Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ BUCUREŞTI FACULTATEA DE INGINERIA ŞI MANAGEMENTUL SISTEMELOR TEHNOLOGICE DEPARTAMENTUL TEORIA MECANISMELOR ŞI A ROBOŢILOR

LUCRARE DE DISERTAŢIE

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

Coordonator ştiinţific: Senior Lecturer Dr. Ing. Florian Ion T. Petrescu

Absolvent: Suseanu Ioana Simina

BUCUREŞTI 2013

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

Rezumat

Determinarea exactă teoretică și experimentală a randamentelor mecanismelor planetare, bimobile și monomobile, cu foarte mare precizie, este astăzi foarte dificilă, datorită faptului că parametrii care fac ca randamentul mecanic al unui mecanism planetar să varieze foarte mult sunt nu doar mulți, greu de determinat și corelat, dar au uneori și un caracter aleatoriu. Pentru un mecanism deja construit, la care randamentul experimental a fost dedus de mai multe ori (fără sarcină sau cu sarcină foarte mică) s-au obținut valori ridicate, foarte ridicate, sau uneori ceva mai scăzute [6].

Problema nu este atȃt diversitatea randamentelor obținute pe cale experimentală pentru același mecanism ci faptul că nu există o garanție serioasă a repetabilității măsurătorilor efectuate chiar ȋn aceleași condiții de măsurare [6].

O altă problemă majoră o reprezintă chiar condițiile de efectuare a experimentelor, care sunt greu de imitat ȋntocmai: temperatura din mecanism, cea a mediului, a lichidului de ungere și răcire, etc., sarcinile și modul lor de repartizare, pierderile din piesele componente [6].

S-a dovedit clar experimental, că pierderile sunt cu atȃt mai mari cu cȃt mecanismul are mase mai mari și mai multe piese ȋn mișcare de rotație; dacă avem un singur grup satelit pierderile sunt minime, acestea crescȃnd odată cu numărul de grupuri de pinioane satelite. Chiar dacă echilibrarea dinamică este mai bună atunci cȃnd introducem mai multe grupuri de sateliți, pierderile mecanice sporesc. Se presupune că pe lȃngă frecările suplimentare (fiind mai multe piese ȋn contact și suprafețe mai mari de frecare) se produc și pierderi suplimentare datorate mișcărilor de spin ale elementelor suplimentare, dar și pierderi suplimentare datorate deformațiilor elastice ale elementelor suplimentare din timpul funcționării lor.

2

SUSEANU Ioana Simina

Introducere Dezvoltarea şi diversificarea maşinilor şi mecanismelor cu aplicaţii în toate domeniile reclamă noi cercetări ştiinţifice pentru sistematizarea şi perfecţionarea sistemelor mecanice existente, prin crearea de noi mecanisme adaptate cerinţelor moderne, ceea ce implică structuri topologice tot mai complexe.

Industria modernă, practica proiectării şi realizării construcţiilor de maşini se bazează tot mai mult pe rezultatele cercetărilor ştiinţifice şi aplicative.

Fiecare realizare industrială are în spate activitatea de cercetare teoretică şi experimentală asistată de calculator, prin care se rezolvă probleme tot mai complexe cu programe de calcul performante, utilizând software tot mai specializat.

Robotizarea proceselor tehnologice determină şi influenţează tot mai mult apariţia de noi industrii, aplicaţii în condiţii speciale de mediu, abordare de noi tipuri de operaţii tehnologice, manipularea de obiecte în spaţiul extraterestru, teleoperatori în disciplinele de vârf precum medicina, roboţi care acoperă un domeniu tot mai mare al prestaţiilor de servicii în societatea noastră, modernă şi computerizată. În acest context lucrarea de faţă încearcă să aducă o contribuţie ştiinţifică şi tehnică aplicativă în analiza cinematică şi sinteza geometro – cinematică a mecanismelor planetare, cu bare şi roţi dinţate, etc., atât ca structuri plane cât şi spaţiale, ȋncercȃnd o modelare pe baza realizării unui randament maxim.

Această modelare este extrem de utilă în construcţia şi cinematica roboţilor, cu deosebire a mecanismelor de orientare, ceea ce explică interesul deosebit pentru utilizarea mecanismelor planetare, cu bare şi roţi dinţate. Ȋn afara roboticii, mecatronicii, automatizării, sistemele planetare se mai utilizează masiv și ȋn construcția de mașini, ȋn industria autovehiculelor rutiere, ȋn aeronautică, la vehiculele feroviare, etc. E vorba evident de cutiile de viteze automate, de CVT-uri, dar și de clasicele mecanisme diferențiale.

Sinteza optimă a mecanismelor planetare a rămas și astăzi o prioritate majoră ȋn cadrul industriei constructoare de mașini; lucrarea de față ȋși propune să urmărească cȃteva elemente de bază ȋn ceea ce privește sinteza pe baza realizării unui randament ridicat la mecanismele de tip planetar (angrenajele cu axe mobile).

Se prezintă ȋn cadrul lucrării cȃteva metode clasice de determinare a randamentului mecanismelor cu axe mobile, metode teoretice și experimentale.

2. Stadiul actual al cercetărilor ȋn domeniul mecanismelor planetare, cu bare și roți dințate 2.1.

Scurt istoric asupra apariţiei mecanismelor

Începutul utilizării mecanismelor cu bare şi roţi dinţate trebuie căutat în Egiptul antic cu cel puţin o mie de ani înainte de Christos. Aici s-au utilizat, pentru prima dată, transmisiile cu roţi „pintenate” la irigarea culturilor şi angrenajele melcate pentru prelucrarea bumbacului [15].

Cu 230 de ani î.Ch., în oraşul Alexandria din Egipt, se folosea roata cu mai multe pârghii şi angrenajul cu cremalieră.

De asemenea, angrenajele planetare cu roţi dinţate satelit au fost utilizate încă din perioada anilor 10080 î.Ch. la un astrolab din Grecia antică. Acest mecanism ingenios afişa mişcarea soarelui şi a lunii, cu ajutorul a zeci de roţi dinţate de diferite dimensiuni, a căror mişcare venea de la un singur element cinematic de intrare.

Transmiterea mişcării cu ajutorul angrenajelor cu roţi dinţate a cunoscut un progres substanţial începând cu anul 1300 d.Ch., când meşterul italian Giovani da Dondi a realizat un orologiu astronomic, în a cărui componenţă se aflau angrenaje interioare şi roţi dinţate eliptice. În secolul XV Leonardo da Vinci a pus bazele cinematicii şi dinamicii moderne, enunţând printre altele principiul superpoziţiei mişcărilor independente. Acest principiu al însumării mişcărilor independente se va aplica cu succes, în prezenta lucrare, la analiza şi sinteza cinematică a mecanismelor complexe cu bare şi roţi dinţate multimobile.

3

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile Primele transmisii reglabile cu roţi dinţate au fost folosite în 1769 de către Cugnot la echiparea primului autovehicul propulsat de un motor cu abur. În perioada 1778 – 1784, J. Watt a proiectat şi realizat o nouă maşină cu abur, având pistonul cu dublă acţionare, la care mişcarea alternativă de translaţie a pistonului este transformată într-o mişcare de rotaţie continuă şi uniformă a unui volant. Pentru transformarea mişcării de rotaţie oscilantă a balansierului în mişcare de rotaţie continuă a manivelei (solidară cu volanul), Watt a creat mai multe mecanisme distincte, printre care şi mecanismul planetar cu roţi dinţate cilindrice.

Englezul E. Cartwright a creat şi brevetat în 1800 un mecanism de ghidare rectiliniară, cu bare şi roţi dinţate plasate simetric, în scopul transformării mişcării pistonului (acţionat cu abur) în mişcare de rotaţie a volantului. În aceeaşi perioadă, la început de secol XIX, un alt englez, J. White, a descoperit că ghidarea rectiliniară a unui punct se poate face cu un mecanism planetar cilindric, cu angrenaj interior, cu ajutorul căruia se generează o hipocicloidă particulară degenerată în dreaptă.

La sfârşitul secolului XIX, în 1886, germanul Carl Benz a realizat primul autovehicul pe trei roţi propulsat de un motor termic cu un cilindru plasat orizontal. Deoarece volantul avea axul vertical, pentru a transmite cuplul motor, de la volant la roţile de propulsie, s-a utilizat un angrenaj cu roţi dinţate conice. În secolul XX, odată cu dezvoltarea industrială modernă, la maşinile textile şi metalurgice, la automatele de împachetare şi mai recent la manipulatoare şi roboţi industriali apar ca necesare transmisii ale mişcării de rotaţie între arbori cu distanţa variabilă între axe.

Adesea se cere ca prin rotaţia neîntreruptă şi uniformă, a arborelui conducător de mişcare, să se obţină la arborele condus mişcare de rotaţie reversibilă, mişcare cu opriri în timpul limită dat, mişcare în pas de pelerin etc. La o serie de maşini şi manipulatoare-roboţi sunt necesare obţinerea de traiectorii complexe ale unor puncte ale elementelor, care nu pot fi obţinute cu ajutorul mecanismelor cu bare obişnuite.

Astfel de cerinţe tehnice pot fi satisfăcute dacă se folosesc mecanisme cu bare şi roţi dinţate şi transmisii cu roţi dinţate. În acest scop pot fi construite mecanisme, în care sunt cuprinse (montate în paralel, suprapuse) sisteme de bare şi sisteme de roţi dinţate, iar elementele mecanismului cu bare poartă pe axele lor roţi dinţate. De asemenea sunt realizate mecanisme complexe, cu bare şi roţi dinţate, în care roţile dinţate reprezintă părţi componente ale schemei structurale generale.

Ca exemple de astfel de mecanisme combinate, se pot urmări câteva scheme cinematice de mecanisme cu bare şi roţi dinţate, prezentate de S. N. Kojevnikov, J. Volmer, A.S. Şaşkin, D.Maros, W. Rehwald, P. Antonescu, Petrescu [1].

2.2.

Cercetări privind analiza cinematică a mecanismelor cu bare şi r.d.

Cele mai reprezentative şcoli de mecanisme, care s-au dezvoltat şi au iniţiat cercetări ştiinţifice teoretice şi practice, în domeniul mecanismelor cu bare şi roţi dinţate, au fost şcoala germană (K. Hoecken, W. Jahr, P. Knechtel, K. Hain, W. Mayer zur Cappellen, W. Rath, O. Tolle, J. Volmer, R. Neumann, W. Rehwald, K. Luck, K.H. Modler) şi cea rusă (S.O. Dobrogurski, I.I. Artobolevski, S.N. Kojevnikov, L.B. Maisiuk, S.A. Cerkudinov, A.S. Şaşkin). În figura 2.1a se arată mecanismul cu r. d. condusă z3 a cărei mişcare se transmite de la r.d. z2 de pe balansierul c al mecanismului patrulater tip manivelă – balansier. R. d. z2 angrenează cu r.d. z1 care se roteşte în raport cu o axă excentrică [15].

B0 z3

3

3600 c 1800

A0 a A

b

B 00

z1

1800

3600

z2

a)

b) Fig. 2.1

4

1

SUSEANU Ioana Simina În funcţie de dimensiunile corelate ale elementelor bare şi numărul dinţilor al r.d. z3 la arborele de ieşire, rotaţia obţinută poate fi continuă (neîntreruptă), cu grad de neuniformitate dat, mişcare cu opriri, mişcare înainte cu întoarcere parţială (pas de pelerin), fig. 2.1b. În figura 2.2 se arată câteva scheme de mecanisme cu bare şi r.d., construite pe baza mecanismului patrulater cu bare, ale căror r.d. conduse se rotesc în jurul axei fixe a balansierului, iar acţionarea se face de la manivela a.

Fig. 2.2 Diverse combinaţii de mecanisme cu bare şi transmisii cu r.d. cu roţi circulare şi necirculare pot fi construite în număr foarte mare, însă din toate variantele practice se foloseşte un număr redus. În legătură cu cele menţionate să considerăm numai 2 tipuri de mecanisme cu bare şi r.d. şi anume: mecanismele pentru transmiterea mişcării de rotaţie între arbori cu distanţa variabilă între axe şi mecanisme folosite la obţinerea traiectoriilor cu aspect complex şi transformarea mişcării.

Din punctul de vedere al elementelor structurii, toate mecanismele cu bare şi r.d. cu roţi circulare pot fi privite ca lanţuri cu r.d. în serie cu configuraţia variabilă a liniei centrelor, variaţie care determină poziţia elementelor, a axelor r.d. neimportante.

Se poate ca transmiterea mişcării de la r.d. a lanţului la alt element r.d. de la elementul vecin să se realizeze numai în cazul când r.d. de legătură sau r.d. a grupei are axa suprapusă cu axa articulaţiei formată de aceste elemente bare. În cazul general se poate considera că mecanismul cu bare şi r.d. are 2 sau mai multe mobilităţi.

Ca exemplu de mecanism multimobil cu bare şi r.d. se consideră schema cinematică din figura 2.3a; acest mecanism are 3 mobilităţi.

Astfel, viteza unghiulară a oricăreia dintre roţi se poate determina dacă se impun vitezele unghiulare ale barelor a şi b şi a uneia dintre roţile dinţate.

Numărul mobilităţilor şi prin urmare numărul elementelor conducătoare poate fi micşorat dacă se leagă elementele între ele. De exemplu, dacă se leagă roata 1 la bază, iar roata 2 cu elementul b, se obţine mecanismul monomobil (fig. 2.3.b), în care roţile 2 şi 3 nu se rotesc în raport cu bara b, dar punctul C descrie ceea ce se numeşte epicicloida alungită. Un astfel de mecanism mai este denumit tren diadă [1].

5

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

2 B

b

2 B

C

a

C

1

3

A

b

3

A

1 0

a)

b) Fig. 2.3

Mişcarea punctului B (fig. 2.3a) poate fi controlată prin condiţionarea deplasării punctului B, de exemplu (fig. 2.4) pe arcul de cerc cu raza BD şi centrul în D fix.

z2 1 z1

B

2

3

b

C

z3

a

z3’ c

4

A

z4

D

Fig. 2.4 Mecanismul astfel rezultat posedă două mobilităţi; în mişcarea sa roata condusă 4 depinde de viteza unghiulară a uneia din roţile dinţate ale lanţului cu roţi în serie şi de viteza unghiulară a uneia din barele mecanismului patrulater articulat.

Acest mecanism patrulater poate fi admis ca mecanism de bază. Acest caz, pornind de la relaţia cinematică a acestuia, se poate extinde la diferite cazuri particulare.

Se pune problema de a determina viteza unghiulară a uneia din roţile lanţului dinţat, de exemplu z3, în funcţie de 1 şi a date.

Mecanismul cu bare şi r.d., reprezentat în fig. 2.4, poate fi considerat ca două mecanisme diferenţiale cu mişcările barelor a şi c cunoscute, la care vitezele unghiulare ale roţilor 2 şi 3 se găsesc într-un raport determinat.

6

SUSEANU Ioana Simina Dacă se presupune că legătura dintre roţile 2 şi 3 este întreruptă, atunci se pot scrie relaţiile: a i12 

1   a   c c  3 ; i34 2  a 4  c

(2.1)

c a unde rapoartele de transmitere i12 şi i34 sunt calculate în ipoteza angrenajului exterior cu axe fixe: a i12 

z2 ; z1

c i34 

z4 z 3

(2.2)

Din formulele (2.1) se explicitează vitezele unghiulare ale roţilor 2 şi 4: a a  2  1  i21   a (1  i21 );

(2.3)

c c  4   3  i43   c (1  i43 ).

(2.4)

Raportul de transmitere al angrenajului 2, 3 se scrie în raport cu biela b: b i 23 

2  b z  3 3  b z2

(2.5)

Din formula (2.5) se deduce: b b  3   2  i32   b (1  i32 )

(2.6)

Observând formulele (2.3) şi (2.6), din formula (2.4) se obţine expresia vitezei unghiulare a roţii 4 în funcţie de viteza unghiulară a roţii 1 şi a celor trei bare a, b şi c: a b c a b c  4  1  i 21  i32  i 43   a  (1  i 21 )  i32  i 43  b c c   b  (1  i32 )  i 43   c (1  i 43 )

(2.7)

În această ecuaţie (2.7)  b şi  c sunt funcţii de  a şi pot fi determinate ca funcţii de transmitere între barele mecanismului patrulater:

 b   a  iba ;  c   a  ica

(2.8)

De aceea  4 este funcţie de două variabile independente  1 şi  a .

Pentru toate schemele de mecanisme cu bare şi roţi dinţate din fig. 2.2, în care roata 2 este blocată cu braţul a, condiţia necesară este  2   a . În aceste cazuri din ecuaţia (2.3) rezultă 1   a , ceea ce înseamnă că roata z1 este blocată cu manivela a, iar formula (2.7) devine: b c b c c  4   a  i32  i43   b  (1  i32 )  i43   c (1  i43 )

(2.9)

Dacă roţile 2 şi 3 sunt blocate pe biela b, atunci  2   3   b , astfel că din ecuaţiile (2.3) şi (2.4) se deduc relaţiile:

1   b  i12a   a  (1  i12a )

(2.10)

c c  4   b  i43   c  (1  i43 )

(2.11)

Formula (2.10) poate fi folosită pentru calculul vitezei unghiulare a elementului condus al mecanismului motorului Watt (fig. 2.5), în care lipsesc roţile z3 şi z4 şi  c  0 .

7

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile z2 A b c

a A0

z1

B

Fig. 2.5 De menţionat că J. Watt a folosit o astfel de schemă pentru maşina cu abur pe care a brevetat-o în anul 1784.

Urmărind transformarea mişcării de rotaţie oscilantă în mişcare de rotaţie continuă, J. Watt a imaginat un nou mecanism, în care a combinat mecanismul cu bare tip balansier-manivelă cu un mecanism planetar cu două roţi dinţate (fig. 2.6).

B

C

B0

D0

M

D A A0

Fig. 2.6 De observat că mişcarea de translaţie a pistonului este aproximativ menţinută de punctul M de pe biela unui patrulater articulat, de tip balansier-balansier, care fusese deja inventat de J. Watt.

Mişcarea de translaţie a pistonului în cilindrul vertical (fig. 2.6) se transformă mai întâi în mişcare de rotaţie oscilantă a balansierului BB0C, după care mişcarea de balans este transformată în mişcare continuă de rotaţie cu ajutorul mecanismului planetar cu o roată centrală şi o roată satelit solidară cu biela AB. Englezul E. Cartwright inventează în 1800 un mecanism de ghidare cu bare articulate şi două roţi dinţate aşezate simetric (fig. 2.7a), în scopul transformării mişcării rectiliniare a pistonului (pus în mişcare de abur) în mişcare de rotaţie a volantului.

8

SUSEANU Ioana Simina

A0

5

6

A0

B0

B0 6

5 B

A 3 D

4 2

C0 7

A

3 D

C

2

C

B

4

E

E

1 E0

1

0

a)

b) Fig. 2.7

Tija pistonului 1 este articulată cu bara 2 în punctul E, care este situat pe mediatoarea segmentului CD. Traiectoriile punctelor C şi D sunt rectiliniare paralele cu tija pistonului 1. Manivelele A0A şi B0B sunt montate solidar fiecare pe roata dinţată respectivă 5 şi 6, în poziţie simetrică faţă de verticala punctului E, ceea ce le asigură unghiuri de rotaţie egale.

Din analiza schemei cinematice echivalente (fig. 2.7b), în care se precizează elementul conducător 1, simetria este pusă şi mai mult în evidenţă. În structura topologică a acestui mecanism se identifică un lanţ cinematic pasiv (cu mobilitate nulă) a cărui configuraţie este hexagonală.

2.3.

Mecanisme planetare utilizate ȋn industria automobilelor

Primele mecanisme planetare utilizate ȋn industria automobilelor ȋn serie, au fost cele de la transmisiile automate, proiectate și produse de marile concerne americane General Motors și Ford (vezi figurile 1-3) [15].

Primul model automat a apărut ȋn anul 1940 (chiar ȋn timpul ȋnceputului celui de al doilea război mondial) fiind montat pe un Oldsmobile (e vorba de o transmisie hidramatică: a se urmări fig. 1).

9

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile Primele transmisii automate (cu roti dintate si mecanisme planetare)

Fig. 2 Fig. 1 Fig. 3 Transmisia Hydra-Maticã din Fig. 1, este un model de transmisie automatã experimentat de concernul General Motors pe modelul Oldsmobile în anul 1940; Modelul Dynaflow (Fig. 2), creat tot de General Motors în 1948, pentru marca Buick, era mult mai eficient; Modelul particular Powerglide, care a fost proiectat de General Motors în 1953, era o transmisie automatã tipicã cu douã viteze, care a servit ca model-etalon pentru alte companii; astfel: Ford anunta pe baza lui modelul Ford-O-Matic (Fig. 3).

Apoi s-au dezvoltat cutiile de viteze automate moderne și CVT-urile (Transmisiile Variabile Continue); a se urmări schemele din figurile 4-8.

Cutiile de viteze automate moderne si CVT-urile

Fig. 4

10

SUSEANU Ioana Simina

Fig. 5

Noutãti CVT clasicã, sau Transmisia Variabilã (automatã) Continuã, modelul clasic.

Fig. 6

11

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

Cutie de Viteze cu Mecanism Schimbãtor Oscilant. Acest mecanism, schimbãtor de viteze oscilant, este condus de un cilindru cu came, cuplate la un mecanism închizãtor (rezultã astfel o vitezã ridicatã de schimbare a treptelor de vitezã).

Mecanismul oscilant se poate vedea în diapozitivul urmãtor.

Fig. 7

Compact Rotor CVT (Euro Patent) Acest proiect (grand european), cuprinde o transmisie completã, care include: Cutia de Viteze, un ambreiaj, un mecanism cu angrenaje pentru mers înainte, un alt mecanism cu angrenaje pentru mersul înapoi, si un diferential la partea inferioarã.

Observatie importantã: toate functiile sunt realizate (configurate) în jurul axei de iesire, folosindu-se un singur mecanism planetar.

Fig. 8

12

SUSEANU Ioana Simina 2.4.

Mecanisme planetare utilizate ȋn robotică și mecatronică

Mecanismele cu bare şi roţi dinţate sunt folosite tot mai mult în construcţia manipulatoarelor şi a roboţilor industriali, în mod special în componenţa mecanismelor de orientare (MOr). În componenţa lanţurilor cinematice deschise ale mecanismelor de poziţionare (MPz) ale roboţilor, denumite şi generatoare de traiectorii, se evidenţiază un prim lanţ cinematic cu bare, la care este ataşat un lanţ cinematic cu roţi dinţate cilindrice, conice şi hipoide [15].

2.4.1. Mecanisme complexe cu bare şi roţi dinţate specifice roboţilor Se analizează o schemă cinematică complexă (fig. 9) cu bare şi roţi dinţate conice a unui manipulatorrobot cu 6+1 mobilităţi, la care mecanismul de poziţionare (de tip RRR) nu se distinge de mecanismul de orientare RRR. Cele două lanţuri cinematice ale MPz (RzRxRx) şi MOr (RzRxRz) sunt înseriate (în prelungire). La partea terminală (în punctul O6) a lanţului cinematic articulat O0O1O2O3O4O5 se ataşează mecanismul de apucare (MAp), realizat cu două paralelograme articulate.

Toate cele 6+1 lanţuri cinematice sunt acţionate prin intermediul unor reductoare melcate (cu roţi hipoide) de motoare electrice situate la bază (fig. 9).

Lanţul cinematic cu bare este reprezentat simplificat în stânga figurii 9, iar în dreapta este o proiecţie axială a schemei cinematice complete a mecanismului cu bare şi roţi dinţate.

Mecanismul cu bare articulate (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) cu şase elemnte mobile este lanţul cinematic principal la care se ataşează şase lanţuri cinematice cu roţi dinţate conice.

O6

6

6

O5 O4

5

5 4

4

O3 3

3 O2

2

2

O1 1

1 O0

0

0 M2

M1 M3

M4 M6

M5 M7

Fig. 9. Schemă cinematică complexă

13

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

2.4.2. Mecanisme cu b. şi r.d. din structura MPz Se consideră un MPz tip RRR varianta R||R||R (fig. 10), care reprezintă lanţul cinematic cu bare, la care se ataşează două lanţuri cinematice cu r.d. conice. Acţionarea se face prin motoare electrice plasate la bază de o parte şi de alta a unei carcase deschise.

Motorul M1 acţionează, prin intermediul unui angrenaj cilindric, braţul 1 care se roteşte în jurul axei fixe 1 (fiind prevăzute două lagăre coaxiale în carcasa fixă).

3’

3 3

9’ 2

9 8

2’

2

7’ 1

5’ 1

M1 5 M2

4

M3

1

6

7 0

Fig. 10. Schema cinematică a unui MPz tip RRR varianta R||R||R Motorul M2 acţionează braţul 2 prin lanţul cinematic ataşat la bara 1, acesta fiind format din două angrenaje conice ortogonale.

Braţul 2 se roteşte în jurul axei mobile 2, această mişcare fiind posibilă prin intermediul a două lagăre coaxiale montate în braţul 1.

Motorul M3 acţionează bara 3 prin intermediul lanţului cinematic format din patru angrenaje conice ortogonale.

Bara 3 se roteşte în jurul axei mobile 3, rotaţie care se realizează în două lagăre coaxiale montate la capătul barei 2.

14

SUSEANU Ioana Simina 2.4.3. Mecanisme cu b. şi r.d. cilindrice din structura MOr Un MOr este un subsistem al robotului industrial, prin care se realizează orientarea şi micropoziţionarea unui obiect într-un subdomeniu restrâns, în vecinătatea unor puncte din spaţiul de lucru al robotului.

Micropoziţionarea unui corp, prins prin intermediul mecanismului de apucare, se obţine prin însumarea unor rotaţii succesive limitate ale MOr. Se consideră un MOr tip vertebroid care este realizat prin ataşarea la un lanţ cinematic cu bare a unui lanţ cinematic cu roţi dinţate cilindrice (fig. 11).

2

4

4

1

1

1

3 3

0 A0 0

2

z1 z3

z2 z4

2

3

1 1

5

5

A

2

B

5 4 C

D

5  5 5

Fig. 11 Mecanismul complex cu bare şi roţi dinţate este reprezentat în două proiecţii, cea de sus este realizată într-un plan axial, iar cea de jos este realizată pe un plan transversal la axele articulaţiilor din A, B şi C. Lanţul cinematic cu bare articulate (0, 1, 2, 3, 4, 5) este de tip R  R || R || R  R, având plasate trei motoare electrice în cuplele A0 (0, 1), A (1, 2) şi D (4, 5).

Lanţul cinematic ataşat este format din două angrenaje de sectoare dinţate cilindrice cu axele în articulaţiile A, B şi C. Primul sector dinţat este solidar cu carcasa motorului din cupla A, respectiv cu bara 1, care, la rândul ei, este solidară cu rotorul motorului din A0.

Al doilea sector dinţat este solidar cu bara 3, reprezentând roata satelit cu bara 2 ca braţ portsatelit. Al treilea sector dinţat este solidar cu bara 2, a cărei rotaţie este dată de motorul din cupla mobilă A (1, 2). Al patrulea sector dinţat este solidar cu bara 4 şi reprezintă al doilea satelit, având ca braţ portsatelit bara 3.

2.4.4. Mecanisme cu b. şi r.d. cilindrice şi conice din structura MOr Se consideră schema cinematică a unui MOr trimobil cu lanţuri cinematice cuplate (fig. 12), acţionat cu motoare electrice şi reductoare cilindrice.

15

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

A

2

1 A0 4

2’

B

5 3’

5 4 1

0

6

7’

6’

7

3 32

Fig. 12 Lanţul cinematic cu bare A0AB (0, 1, 2, 3) este de tip R  R  R , la care elementele 1 şi 2 sunt realizate în stilul, carcase de forme speciale.

La acest lanţ cinematic principal cu bare (fig. 12) se ataşează două lanţuri cinematice cu roţi dinţate conice şi cilindrice: lanţul format din angrenajul conic (4, 2’) şi lanţul format din trei angrenaje în serie (5, 6), (6’,7) şi (7’, 3’). Angrenajele (5, 6) şi (7’, 3’) sunt conice ortogonale, iar angrenajul intermediar (6’, 7) este cilindric exterior, pentru care elementul 2 este braţ portsatelit.

2.4.5. Mecanisme sferice cu b. şi r.d. conice din structura MOr Aceste mecanisme complexe au în componenţă angrenaje conice cu toate axele concurente ortogonale sau neortogonale. Prin dispunerea elementelor cinematice, mecanismele sferice complexe formează un sistem mecanic compact şi sunt folosite ca MOr la roboţii industriali moderni (fig. 13). Se consideră două variante de astfel de mecanisme sferice, acestea fiind prezentate ca scheme cinematice cu angrenaje conice exterioare şi interioare. Prima variantă este realizată cu trei angrenaje conice exterioare şi un angrenaj conic interior (fig. 13a), iar cea de a doua variantă are în structură trei angrenaje conice interioare (fig. 13b).

3 3 2

A

2

1 A0 5  4 1 0

4

2’

6’

5 1 S 6

3’

B

A0 3

3

32

a)

5  4  1 0

1 2’ 4

3’

6’

1 5

S 6

b) Fig. 13

16

32 B 2

A 2

SUSEANU Ioana Simina

Ambele variante de mecanisme au în structură un lanţ cinematic sferic cu bare (0, 1, 2, 3), ale cărui articulaţii sunt plane, având axele 1, 2 şi 3 concurente în punctul S. La acest lanţ sferic articulat sunt ataşate două lanţuri cinematice cu roţi dinţate conice, dintre care unul este format din angrenajul conic interior (4, 2’). Cel de al doilea lanţ cu roţi dinţate este compus, în cazul primei variante (fig. 13a) din două angrenaje conice exterioare (5, 6) şi (6’, 3’), iar în cazul celei de a doua variante (fig. 13b) din angrenajele interioare (5, 6) şi (6’, 3’). Fiecare lanţ cinematic corespunde unei mobilităţi, deci mecanismul sferic complex are trei rotaţii independente respectiv trei viteze unghiulare ( 1 ,  4 ,  5 ) ale arborilor de intrare (fig. 13). Bara 3 este elementul condus, a cărui rotaţie respectiv viteză unghiulară (  3 ) este funcţie de toate cele trei viteze unghiulare de la intrare.

2.4.6. Mecanisme cu b. şi r.d. conice din structura Mor tip vertebroid Se consideră schema cinematică a unui mecanism spaţial tip vertebroid cu o structură geometrică parţial simetrică (fig. 14), prevăzut cu trei arbori de intrare şi un arbore de ieşire.

1’

1

3’ 3

5 A0 6 5  1

0

1

6

7

7’ 2 2

2’

9’

8 8’

4’ 9

A

C

3

4

4

43

B

Fig. 14 Prima etapă în procesul de sinteză a acestui mecanism complex constă în alegerea unui lanţ cinematic simetric cu bare articulate (0, 1, 2, 3, 4), cu o axă fixă 1 şi trei axe mobile 2, 3 şi 4.

Acest prim lanţ cinematic spaţial deschis are patru mobilităţi, care corespund celor patru bare mobile şi reprezintă rotaţiile faţă de cele patru axe din articulaţii.

Dacă se leagă barele 1 şi 3 printr-un angrenaj conic (1’, 3’), lanţul cinematic principal rămâne cu trei mobilităţi.

La acest lanţ cinematic cu bare articulate se ataşează două lanţuri cu roţi dinţate conice cu structuri simetrice (fig. 14).

Primul lanţ ataşat este format dintr-un angrenaj conic (5, 2’) şi face legătura celui de al doilea arbore conducător cu bara 2, iar al doilea lanţ ataşat este montat în interiorul lanţului tubular cu bare. Acest lanţ este format din patru angrenaje conice care leagă axele extreme 1 şi 4 prin intermediul axelor 2 şi 3.

Aceste angrenaje conice sunt simetrice două câte două faţă de un plan transversal dus prin generatoarea comună a roţilor 1’ şi 3’.

17

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

3. Metode teoretice de determinare a randamentului mecanismelor cu axe mobile 3.1. Metoda Profesorului Univ. Dr. Doc. St. Ing. |Christian Pelecudi| tratează separat prin formule diferite (individualizate) randamentul mecanismelor planetare (a se urmări relațiile de calcul din figura 15).

Pentru mecanismele planetare simple (fig. 16) avem cazurile cȃnd bara S (brațul port satelit) este element conducător (1) și cȃnd roata centrală 3 este element conducător. Apoi pentru fiecare din cele două cazuri, S se consideră situațiile ȋn care i31 este fie situat ȋntre 0 și 1, fie negativ sau pozitiv dar supraunitar.

Formulele se modifică corespunzător pentru fiecare din cele patru situații descrise (fig. 15) [12].

Fig. 15

Fig. 16 Rezultă din relațiile teoretice prezentate randamente ȋn general mari sau foarte mari ale mecanismelor planetare simple, care urmăresc de cele mai multe ori pierderile datorate angrenajelor cu roți dințate. Ȋn anumite situații ȋnsă randamentul planetarului simplu poate fi chiar mai mare decȃt cel al angrenajelor componente (vezi diagramele din figura 17).

18

SUSEANU Ioana Simina S Randamentul mecanismelor planetare simple, scade doar ȋn zona ȋn care i31 are valori apropiate de 1.

Aici apare zona de autoblocare a mecanismului (atunci cȃnd randamentul scade la valori foarte mici, chiar la zero, și poate lua chiar și valori negative; fig. 17) [12].

Fig. 17

Randamentul teoretic al unui planetar simplu calculat ȋn acest mod depinde doar de raportul de S transmitere i31 (cinematic) și de randamentul angrenajelor componente (randamentul planetarului atunci cȃnd se transformă ȋntr-un mecanism cu axe fixe, prin imobilizarea brațului portsatelit, notat aici cu S). Ȋn teoria dezvoltată de specialiști de la disciplina organe de mașini, un rol important ȋn determinarea randamentului mecanic al mecanismelor cu axe mobile ȋl au forțele, momentele (sarcinile din mecanism), turația și puterea de intrare, factorii constructivi (dimensiuni, lățime roți, mase), coeficienții de frecare, calitatea uleiurilor de ungere, și chiar greutățile și momentele de inerție ale elementelor componente, ȋmpreună și cu condițiile de montaj.

Determinări experimentale au scos ȋn evidență faptul că randamentul mecanic al unui planetar (simplu sau complex) poate varia foarte mult ȋn funcție de toți factorii enumerați anterior.

Dacă sarcina aplicată la intare (generată de motorul de acționare) crește (datorită sarcinii de la ieșire) atunci randamentul mecanic al mecanismului planetar scade. Cu cȃt sarcina ce acționează asupra mecanismului este mai mare cu atȃt și randamentul său mecanic va fi mai mic, tot mai mic, scăzȃnd de la valori de 95% la 75%, 50%, 30%, 15%, 10%, 5%, sau chiar 3-4%.

Influența sarcinii din mecanismul planetar nu mai poate fi neglijată ȋn aceste condiții, iar relațiile generale cunoscute (ȋn funcție doar de randamentul mecanismului cu axe fixe și de raportul de transmitere S i31 ) nu mai sunt satisfăcătoare, ȋn condițiile ȋn care pot postula un randament mecanic mediu de 99%, iar cel real poate să scadă chiar și pȃnă la valoarea de 3-4%.

3.2. Metoda Prof. Univ. Consul. Dr. Ing. Păun Antonescu Randamentul angrenajelor planetare bimobile [1] Se face ipoteza că, atȃt la mecanismul planetar bimobil real, cȃt și la mecanismul transformat (obținut prin imobilizarea brațului port-satelit), momentul-cuplu al rezistențelor tehnologice se menține același.

Pentru calculul randamentului mecanic se folosește o metodă generală, care se poate aplica oricărui mecanism bimobil, indiferent de schema cinematică analizată.

Ilustrarea metodei se face pe un mecanism planetar cilindric bimobil (fig. 18) cu două roți centrale, un satelit cu două roți și un braț port-satelit, p.

19

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

a)

b)

c)

Fig. 18

Utilizȃnd metoda Willis, prin imobilizarea brațului port-satelit p, raportul de transmitere ȋntre roțile centrale 1 și 3 are expresia (1).

i13p 

1   p 3   p

(1)

Același raport de transmitere se exprimă prin produsul rapoartelor parțiale ale celor două angrenaje montate ȋn serie (unul exterior și altul interior; 2).

i13p  i12p  i23p  

z 2  z3 z1  z2'

(2)

Ecuația cinematicii mecanismului planetar bimobil (3) se deduce din (1).

1  i13p  3  i13p  1  p  0

(3)

Deoarece mecanismul considerat (fig. 18) are mobilitate dublă, se pot realiza trei variante de funcționare practică. Aceste variante funcționale se obțin dacă se consideră următoarele perechi de elemente cinematice conducătoare: (1,p), (p,3) și (1,3), iar ca element cinematic condus vor rezulta (ȋn ordinea menționată): roata 3, roata 1, brațul port-satelit p. Pentru fiecare din cele trei variante amintite, se deduce separat (din 3), tot ȋn ordinea deja menționată, viteza unghiulară la ieșire (sistemul 4).

20

SUSEANU Ioana Simina

 1 p 3  p  1  i13  1   p i13    p p 1  i13  3  i13  1   p  1  i13p  3     p 1  i13p 



 







(4.1) (4.2)

(4)

(4.3)

Calculul randamentului mecanic se face ȋn continuare pentru fiecare variantă ȋn parte.

Varianta I (1 și p conducătoare, 3 condus) (fig. 18, b) [1] Ȋn această variantă cuplurile motoare M1 și Mp au același sens cu vitezele unghiulare ale elementelor respective 1 și p, asupra mecanismului acționȃnd cuplul motor Mm=M1+Mp. Cuplul rezistent M3 este aplicat pe arborele condus, fiind un moment al forțelor productive, opus vitezei unghiulare 3, mai mic ȋn modul decȃt cuplul motor Mm. Puterea medie necesară ȋnvingerii forțelor de rezistență tehnologică (productivă) se exprimă prin formula 5.

Prt  M 3  3  M 3  3

(5)

Puterea medie dezvoltată de forțele motoare se obține prin ȋnsumarea puterilor motoare de la intrare (6).

Pm  M1  1  M p  p  M 1  1  M p   p

(6)

Randamentul mecanic al mecanismului se calculează cu formula 7.

 (1, p )3 

Prt M 3  3  Pm M 1  1  M p   p

(7)

Ecuația de echilibru energetic a mecanismului bimobil se scrie sub forma (8), și se aranjează apoi sub forma (9).

M 1  1  M p   p  M 3  3  0 M 1  1 M 3  3  1  0 M p  p M p  p Dacă arborii 1 și p sunt conducători, raportul

(8)

(9)

M 1  1  0 , și din (9) se deduce relația (10).

M p  p

M 3  3 M  1  0  3  i 3p  1  0 M p  p Mp

(10)

Pentru mecanismul transformat prin imobilizarea brațului p, pot exista două cazuri: 1) roata dințată 1 rămȃne element conducător ( M1  1p  0, M 3  3p  0) ;

21

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile 2) roata dințată 1 devine element condus ( M 1  1p  0, M 3  3p  0) . Ȋn primul caz, randamentul mecanismului transformat se calculează cu formula (11).

13p 

 M 3  3p M 3 1 i13p     M 1 i13p i13p M 1  1p

(11)

Ȋn al doilea caz, randamentul mecanismului transformat (cu axe fixe) se calculează cu formula (12).

 M 1  1p M 1 p i13p     i13  p M3 M 3  3p i13 p 31

(12)

Se mai poate scrie și relația (13).

M 3  0x  i0  M 1

(13)

p , i0  i13p , x  1 Semnul se stabilește ȋn modul următor: Unde s-au utilizat notațiile:  0  13p  31

a)

x  1 daca (M 1  1p  0, M 3  3p  0); sau(i p1  1, i p3  1);

b)

x  1 daca( M 1  1p  0, M 3  3p  0); sau(i p1  1, i p 3  1).

Randamentul angrenajului cu axe fixe se obține din produsul angrenajelor componente (14).

0  12p  2p'3

(14)

Exemplu de calcul Ȋn varianta analizată ȋn fig. 18,b cu puterile P1>0, Pp>0, P3<0, se deduc (din distribuția vitezelor) relațiile: (i p1  0  1, i p3  1) ceea ce conduce la cazul a) unde x=+1. Momentul M3 se obține din formula (13) și capătă forma (15).

M 3  0  i0  M 1

(15)

Din ecuația de echilibru a momentelor exterioare scrisă sub forma (16), utilizȃnd și relația (15) se obține cu ajutorul expresiei (17) momentul Mp ȋn funcție de M1.

M1  M 3  M p  0 M p  (1 0  i0 )  M 1

(16) (17)

Se ȋnlocuiesc apoi M3 din expresia (15) și Mp din expresia (17) ȋn relația (7) și se obține expresia randamentului mecanic al planetarului (18) (se ȋmparte ȋn același timp expresia și la viteza unghiulară 1, iar la final s-a și explicitat i31 din relația 3).

 (1, p )3 

1  (1  i0 )  i p1 Prt M 3  3  0  i0  i31    0  Pm M 1  1  M p   p 1  (1   0  i0 )  i p1 1  (1  0  i0 )  i p1

(18)

Varianta II (3 și p conducătoare, 1 condus) [1] Ȋn această variantă cuplurile motoare M3 și Mp au același sens cu vitezele unghiulare ale elementelor respective 3 și p, asupra mecanismului acționȃnd cuplul motor Mm=M3+Mp. M1 este acum cuplu rezistent (rezistență tehnologică), ceea ce implică pentru puterile corespunzătoare valorile P3>0, Pp>0, P1<0.

22

SUSEANU Ioana Simina Aceasta presupune că ȋn relația (13) se schimbă ȋntre ele momentele M3 și M1, relația (13) scriindu-se acum ȋn forma (19).

1  M3 i0

M 1   0x 

(19)

Cele două criterii ale mecanismului transformat (figura 18, c) cu P1<0, P3>0, sunt: a) x  1 daca ( M 1  1p  0, M 3  3p  0); sau(i p1  1, i p 3  1); b) x  1 daca ( M 1  1p  0, M 3  3p  0); sau(i p1  1, i p 3  1).

Exemplu de calcul Ȋn varianta analizată ȋn fig. 18, c (cu x=+1), relația (19) se scrie sub forma (20).

M 1   0 

1  M3 i0

(20)

Introducȃnd relația (20) ȋn expresia (16) se obține formula (21).

Mp 

 0  i0 i0

 M3

(21)

Cu ultimile două relații scrise (20, 21) randamentul mecanic al planetarului ȋn varianta II (fig. 18,c) se va calcula cu formula (22).

0  (3, p )1 

i0

1

 i13

 0  i0 i0

 i p3

 1 1  1    i p 3  i0   0   1  1  1   0   i p 3  i0 

(22)

Varianta III (1 și 3 conducătoare, p condus) [1] Ȋn această variantă cuplurile motoare sunt M1 și M3, iar cuplul rezistent tehnologic este Mp și consumă puterea (23):

Prt  M p   p  M p   p

(23)

Puterea motoare se obține prin ȋnsumarea puterii produse de cele două cupluri motoare (24):

Pm  M1  1  M 3  3  M1  1  M 3  3

(24)

Randamentul mecanic al planetarului bimobil se calculează cu formula (25).

 (1,3) p 

 M p  p Prt  Pm M 1  1  M 3  3

(25)

Prin transformarea mecanismului planetar, cu P1>0, P3>0, ȋn mecanism ordinar, cele două criterii se pot scrie sub formele următoare: p p a) x  1 daca ( M 1  1  0, M 3  3  0); sau(i p1  1, i p 3  1); p p b) x  1 daca ( M 1  1  0, M 3  3  0); sau(i p1  1, i p 3  1).

23

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile Primul criteriu [a), cu x=+1] corespunde distribuției vitezelor din prima variantă (fig. 18 b), cȃnd se poate realiza i p1  1, i p 3  1 , ceea ce permite folosirea relațiilor (15, 17) de la varianta I.

Astfel, dacă ȋn formula (25) se introduc relațiile (15, 17), rezultă expresia (26).

 (1,3) p 

1 0  i0  M 1   p  M p  p Prt   Pm M 1  1  M 3  3 M 1  1   0  i0  M 1  3

(26)

Din ecuația cinematicii mecanismului planetar bimobil (3) se explicitează raportul  p / 1 (relația 27).

p   1  1   1  i0  3    1  i0  i31  1 1  i0  1  1  i0

(27)

Introducȃnd relația (27) ȋn formula (26) se obține expresia (28).

 (1,3) p 

1 0  i0  M 1   p  M p  p 1 0  i0  1  i0  i31  Prt    Pm M 1  1  M 3  3 M 1  1  0  i0  M 1  3 1  i0   1  0  i0  i31 

(28)

Ȋn tabelul de mai jos (tabelul 1) sunt prezentate formulele randamentelor mecanismelor monomobile, care sunt obținute din cele trei variante de mecanisme planetare bimobile deja prezentate.

Tabelul 1. Randamentele mecanice ale planetarelor monomobile

24

SUSEANU Ioana Simina

Discuție și Concluzii finale Determinarea exactă teoretică și experimentală a randamentelor mecanismelor planetare, bimobile și monomobile, cu foarte mare precizie, este astăzi foarte dificilă, datorită faptului că parametrii care fac ca randamentul mecanic al unui mecanism planetar să varieze foarte mult sunt nu doar mulți, greu de determinat și corelat, dar au uneori și un caracter aleatoriu. Pentru un mecanism deja construit, la care randamentul experimental a fost dedus de mai multe ori (fără sarcină sau cu sarcină foarte mică) s-au obținut valori ridicate, foarte ridicate, sau uneori ceva mai scăzute [6].

Problema nu este atȃt diversitatea randamentelor obținute pe cale experimentală pentru același mecanism ci faptul că nu există o garanție serioasă a repetabilității măsurătorilor efectuate chiar ȋn aceleași condiții de măsurare [6].

O altă problemă majoră o reprezintă chiar condițiile de efectuare a experimentelor, care sunt greu de imitat ȋntocmai: temperatura din mecanism, cea a mediului, a lichidului de ungere și răcire, etc., sarcinile și modul lor de repartizare, pierderile din piesele componente [6].

S-a dovedit clar experimental, că pierderile sunt cu atȃt mai mari cu cȃt mecanismul are mase mai mari și mai multe piese ȋn mișcare de rotație; dacă avem un singur grup satelit pierderile sunt minime, acestea crescȃnd odată cu numărul de grupuri de pinioane satelite. Chiar dacă echilibrarea dinamică este mai bună atunci cȃnd introducem mai multe grupuri de sateliți, pierderile mecanice sporesc. Se presupune că pe lȃngă frecările suplimentare (fiind mai multe piese ȋn contact și suprafețe mai mari de frecare) se produc și pierderi suplimentare datorate mișcărilor de spin ale elementelor suplimentare, dar și pierderi suplimentare datorate deformațiilor elastice ale elementelor suplimentare din timpul funcționării lor (fig.

19) [6].

Fig. 19 Dacă avem mai puține piese ȋn mișcare pierderile sunt evident mai mici. Cȃnd momentele (sarcinile) cresc, și pierderile cresc rapid, ajungȃnd ca la ȋncărcări foarte mari un planetar ce genera randamente de circa 96% descărcat să lucreze acum (sub sarcină) cu randamente de 4-30%. Deși s-au amestecat și puterea și turația și sarcina ȋmpreună cu raportul de transmitere și anumiți parametrii constructivi (cum ar fi lățimea roților, numărul de dinți, etc.), și mulți alți parametrii, totuși realitatea arată că randamentul mecanic al unui planetar crește atunci cȃnd sarcina scade și invers (scade cȃnd sarcina crește) [6].

Evident, dacă menținem puterea la intrare constantă, crescȃnd turația de intrare, sarcina de la intrare scade și din acest motiv crește randamentul mecanic efectiv al planetarului utilizat, și nu pentru că a crescut turația de intrare (cum se arată ȋn diverse studii experimentale); ȋn schimb, dacă se menține turația de intrare constantă și se crește puterea motorului electric care acționează planetarul, avem o scădere a randamentului planetarului, datorată nu creșterii puterii de intrare ci creșterii sarcinii de la intrare [6].

25

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile Se arată că randamentul unui planetar scade considerabil la pornirea unui motor, pȃnă la un moment dat (cȃnd se atinge regimul normal de funcționare), cȃnd parametrii dinamici se stabilizează (și randamentul se stabilizează și el). S-au făcut tot felul de supoziții, dar factorul principal de pierderi este tot frecarea și pierderile de energie termică; ori uleiul rece face ca pierderile să fie mai mari la pornire și datorită pierderilor mai mari la temperaturi mai scăzute; cȃnd se ating temperaturile ridicate de lucru, pierderile prin frecări și prin pierderi termico-mecanice se limitează tocmai datorită stabilizării regimelor termice; elementele componente trec de la rece la temperaturi ridicate (maxime), unde pierderile prin frecare sau termice sunt deja la limită, și ȋn plus lichidul de răcire ajunge și el la un anumit echilibru termic[6].

S-a dovedit că pe lȃngă pierderile ȋnsemnate prin frecare (cu atȃt mai mari cu cȃt sarcinile sunt mai mari) apar și pierderi termice, datorate elementelor alfate ȋn mișcare de spin (de rotație), acestea depinzȃnd ȋn primul rȃnd de turația pieselor ȋn mișcare și de masele acestora, deci practic pierderile termice sunt mai mari cu cȃt energia cinetică este mai mare; dacă numărul pieselor aflate ȋn mișcare de rotație crește atunci crește și pierderea de energie termică. Dacă se limitează masa pieselor componente randamentul planetarului crește corespunzător [6].

Randamentul real (ȋn funcționare) al unui mecanism planetar, se poate determina teoretic, numai printr-o relație complexă, care să țină cont și de pierderile prin frecare, de pierderile termice ale elementelor componente (mase, momente de inerție), dar și de sarcina la intrarea ȋn mecanism, metodele clasice care țin cont doar de raportul de transmitere și de randamentul mecanismului cu axe fixe avȃnd astăzi mai mult un caracter orientativ [6].

26

SUSEANU Ioana Simina

Bibliografie 1. ANTONESCU, P., Mecanisme. Ed. Printech, Bucureşti, 2003.

2. ANTONESCU, P., PETRESCU, R., ADÎR, G., ANTONESCU, O. Mecanisme cu roţi dinţate. Editura PRINTECH, 1999.

3. BOTEZ, E., Angrenaje. Editura Tehnică, Bucureşti, 1962.

4. CRUDU, I., ş.a., ATLAS Reductoare cu roţi dinţate. Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1982.

5. CREŢU, S., ş.a., Angrenaje. Îndrumar de proiectare. Lito I.P. Iaşi, 1979.

6. R. Hilty, AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF SPIN POWER LOSSES OF PLANETARY GEAR SETS, Teză de doctorat, Ohio State University, USA, 2010.

7. HOROVITZ, B., Reductoare şi variatoare de turaţie. Editura Tehnică, Bucureşti, 1963.

8. MARGINE, AL., Contribuţii la sinteza geometro-cinematică şi dinamică a mecanismelor planetare cu roţi dinţate cilindrice. Teză de doctorat, U.P.B., 1999.

9. MILOIU, Gh., ş.a., Transmisii mecanice moderne. Editura Tehnică, Bucureşti, 1980.

10. MAROŞ, D., Cinematica roţilor dinţate. Editura Tehnică, Bucureşti, 1958.

11. OCNĂRESCU, C., Cercetări teoretice şi experimentale în domeniul roboţilor poliarticulaţi cu bare şi roţi dinţate. Teză de doctorat, UPB, Bucureşti, 1996.

12. PELECUDI, CHR., ș.a., Mecanisme, Editura D.P., Bucureşti, 1985.

13. PETRESCU, V., PETRESCU, I., ANTONESCU, O. Randamentul cuplei superioare de la angrenajele cu roţi dinţate cu axe fixe. În al VII-lea Simpozion Naţional cu Participare Internaţională Proiectarea Asistată de Calculator, PRASIC'02, Braşov, 2002, Vol. I, p. 333-338. th

14. PETRESCU, R., PETRESCU, F. The gear synthesis with the best efficiency. In the 7 International Conference, FUEL ECONOMY, SAFETY and RELIABILITY of MOTOR VEHICLES, ESFA 2003, Bucharest, May 2003, Vol. 2, p. 63-70.

15. PETRESCU, F.I., PETRESCU, R.V., Angrenaje. Editura Create Space, USA, 2011, ISBN-13: 978-1-4680-9240-0, 92 pagini.

16. STOICA, I. A., Interferenţa roţilor dinţate. Editura DACIA, Cluj-Napoca, 1977.

17. TEMPEA, I., LAZĂR, I., Consideraţii preliminare asupra unei clasificări structural sistemice a mecanismelor cu roţi dinţate cu axe mobile. PRASIC’94. Transmisii mecanice, Braşov, 1994, p. 171-178.

27

Metode de determinare a randamentului la angrenajele cu axe mobile

Anexa I Prezentarea cȃtorva aplicații ale mecanismelor planetare, de mărimi mari și foarte mari.

Fig. 20. Mecanismul unei mori de ciment

Fig. 21. Mecanismul automat al unei mori de vȃnt (de la o uzină ce produce energie electrică din eoliană)

28

SUSEANU Ioana Simina

Fig. 22. Mecanismul unei macarele de turnﾄフorie

Fig. 23. Angrenajul unei cutii de viteze automate

29