Детали машин лабораторный практикум (стр. 3 )

2.4 Порядок выполнения работы

2.4.1 Подбирают из имеющегося комплекта набор пластин, болт с гайкой и соответствующую втулку.

2.4.2 Измеряют штангенциркулем наружный диаметр резьбы болта d , шаг резьбы р, диаметр опорного торца гайки D1, диаметр отверстия под болт в опорной втулке do .

Измеренные величины d и р корректируют по ГОСТ 9150-81 – для резьб с крупным шагом, или по ГОСТ – для резьб с мелким шагом.

По таблицам ГОСТ принимают внутренний диаметр резьбы d1, средний диаметр d2 и внутренний диаметр болта по дну впадин d3, угол подъема резьбы ψ.

Результаты замеров и принятые размеры заносят в лабораторный журнал или таблицу 1 отчета.

2.4.3 Теоретическое определение зависимости сдвигающей силы Fr от момента завинчивания Тзав. Вычисляют допустимую силу затяжки болта [Fзат] по формуле (2.5).

Согласно зависимости (2.2) определяют расчетную силу сдвига Fr из условия допустимой затяжки [Fзат] .

По формуле (2.3) определяют момент завинчивания Тзав, соответствующий допустимой силе затяжки болта [Fзат] .

Результаты расчетов заносят в лабораторный журнал или таблицу 2 отчета.

По полученным данным строят график зависимости Fr=f (Тзав).

2.4.4 Вычерчивают схему нагружения болтового соединения в приспособлении ДМ 23М.

2.4.5 Собирают приспособление ДМ 23м, устанавливая в нем болт принятого ранее размера.

2.4.6 Собранное приспособление устанавливают на подвижную плиту испытательной машины.

2.4.7 Регулируют взаимное расположение пластин так, чтобы нижняя риска на ползуне совпадала с верхней риской боковой пластины.

2.4.8 Затягивают гайку болта динамометрическим ключом с силой затяжки, соответствующей 0,25∙Тзав. Момент фиксируется по шкале индикатора ключа в Н∙мм, рисунок 3.7.

Примечание. Рукоятку динамометрического ключа следует поворачивать плавно, непрерывно до показания на шкале индикатора, отвечающего принятому моменту завинчивания.

2.4.9 Вращением маховика 8, рисунок 3.1, выбирают установочный зазор.

2.4.10 Нагружают болтовое соединение, вращая маховик 14, рисунок 3.1, в направлении стрелки “Сжатие” до начала сдвига ползуна относительно боковых пластин. Начало сдвига определяется по остановке и затем быстрому перемещению (скачку) стрелки индикатора динамометрического кольца в обратном направлении (прекращается прирост нагрузки). Наибольшее показание силы сдвига Fr соответствует силе трения покоя.

Примечание. При работе необходимо следить, чтобы нижняя риска на ползуне не выходила за пределы двух черточек на боковой пластине.

Значение силы сдвига Fr вычисляют по уравнению

Fr = μ∙δ1 ,

где μ=30,4 Н/1 деления индикатора – тарировочный коэффициент деформации, полученный в результате тарировки динамометрического кольца, таблица 3.2;

δ1 – число делений индикатора динамометра.

2.4.11 Последовательно определяют силу сдвига от затяжки болта, соответствующей 0,5∙Тзав; 0,75∙Тзав; Тзав.

После сдвига болт затягивают следующим моментом завинчивания без снятия предыдущей затяжки.

Полученные замеры и результаты вычислений заносят в лабораторный журнал или таблицу 3 отчета.

2.4.12 По полученным данным строят график зависимости сдвигающей силы Fr от момента завинчивания Тзав.

Примечание. При резком отличии отдельных результатов испытаний от выявленной закономерности (теоретически график должен быть прямолинейным) следует повторить данные испытания.

2.4.13 по заданию преподавателя опыт может быть повторен с комплектом пластин, имеющих иную шероховатость поверхностей.

Контрольные вопросы к лабораторной работе

1 Как выражается условие нераскрытия стыка болтового соединения, нагруженного поперечными силами?

2 Сравнительная характеристика соединений, выполненных с болтами, поставленными с зазором и без зазора.

3 Чем вызвана разница в показаниях прямого и обратного хода тарировочных графиков динамометрического ключа?

4 Чем объясняется возможное несоответствие расчетной силы сдвига и определенной экспериментально при каком-либо моменте завинчивания?

5 Какова закономерность изменения силы сдвига при изменении силы затяжки (момента завинчивания) и как она объясняется?

6 Какие изменения следует внести в конструкцию болтового соединения, чтобы при одной и той же силе затяжки увеличить силу сдвига? Чем объясняется изменение силы трения при смене вкладышей (пластин)?

Лабораторная работа № 3 Определение усилий в червячной передаче и к. п.д. червячного редуктора

3.1 Цель работы

Целью работы является экспериментальное определение усилий в червячной передаче и К. П.Д. червячного редуктора при различных режимах его работы.

3.2 Общие сведения, основные теоретические положения и расчетные зависимости

Червячная передача относится к передачам зацепления с перекрещивающимися осями валов. Угол перекрещивания обычно равен 90о. Червячная передача состоит из червяка-винта с трапецеидальной или близкой к ней резьбой и червячного колеса – зубчатого колеса с зубьями особой формы, получаемой в результате взаимного огибания витками червяка. Движение в червячных передачах преобразуется по принципу винтовой пары. В отличие от зубчатой передачи в червячной окружные скорости червяка и колеса не совпадают ни по величине, ни по направлению – они направлены друг к другу под углом перекрещивания, что и определяет ее кинематические особенности. Основные преимущества червячной передачи: возможность передачи вращения между скрещивающимися валами; возможность получения больших передаточных отношений в одной паре; компактность; плавность и бесшумность работы; повышенная кинематическая точность, самоторможение.

Недостатки: сравнительно низкий К. П.Д.; повышенный износ и склонность к заеданию; необходимость применения для венцов червячных колес дорогих антифрикционных материалов (бронза).

Нагрузка в зацеплении червячной передачи может быть разложена на три взаимно перпендикулярные составляющие: окружную Ft , осевую Fa и радиальную Fr силы, рисунок 2.1.

Окружная сила червяка Ft1 , равная и направленная противоположно осевой силе колеса Fa2

Ft1= Fa2=2∙Т1/d1 . (2.1)

Рисунок 3.1

Окружная сила колеса Ft2 , равная осевой силе червяка Fa2 , но направленная противоположно ей

Ft2= Fa1=2∙Т2/d2 . (2.2)

Радиальная сила Fr для червяка и колеса

Fr=Ft2 ∙tg α , (2.3)

где α=20о – профильный угол червяка в осевом сечении.

В формулах (2.1) и (2.2) Т1 и Т2 – моменты на червяке и колеса

Т2=Т1∙U∙η ,

где U – передаточное отношение червячной передачи (U=ω1/ ω2=n1/n2=Z2/Z1 , здесь ω1, n1, Z1 – соответственно угловая скорость, частота вращения, число заходов резьбы червяка; ω2, n2, Z2 – соответственно угловая скорость, частота вращения, число зубьев червячного колеса).

Д. червячного редуктора

η = η з. п. ∙ η в. п. ∙ η п ∙ ηрм,

где η з. п. – 0,95…0,97 – К. П.Д., учитывающий потери зацепления в зубчатой паре;

η в. п. – К. П.Д. , учитывающий потери в винтовой паре.

Большую часть потерь составляют потери в зацеплении, зависящие от геометрии червяка, точности изготовления и сборки, жесткости всей системы (особенно жесткости вала червяка), материалов червяка и зубьев колеса, их термической обработки, шероховатости контактных поверхностей, скорости скольжения, способа смазки и др. факторов. Потери в подшипниках качения и на размешивание и разбрызгивание масла составляют незначительную часть от потерь в зацепление и их обычно относят к потерям в винтовой паре.

К. П.Д. червячной передачи при ведущем червяке

η = η з. п. ∙ η в. п.= η з. п. ∙ tg γ / tg (γ+φ'), (2.4)

где γ – угол подъема винтовой линии червяка (tg γ=m∙z1 / d1=Z1 / q , здесь m – осевой модуль передачи, мм; d1 - диаметр делительной окружности червяка, мм; q – коэффициент диаметра червяка); φ' – приведенный угол трения, tg φ'=f', здесь f' – коэффициент трения скольжения в червячном зацеплении, зависящий от материала червяка и зубьев колеса, шероховатости, контактных поверхностей, качества смазки и скорости скольжения [1, 2, 3, 4, 5].

Скорость скольжения витков резьбы червяка по зубьям колеса определяется как равнодействующая окружной и осевой скорости

,

где υ1 – окружная скорость червяка, м/с.

Теоретические подсчеты К. П.Д. передачи дают весьма приближенное значение, так как целый ряд влияющих на него факторов отразить в расчетах не представляется возможным. Действительные потери в каждой конкретной червячной передаче могут быть определены лишь в результате экспериментальных исследований.

3.3 Описание лабораторной установки и указания по работе на ней

Установка типа ДМ-55А представляет собой устройство, состоящее из станины 1, смонтированного на ней червячного редуктора, нагрузочного тормоза, приводного электродвигателя и пульта управления.

Техническая характеристика установки ДМ-55А

Червячная передача:
тип червяка	- архимедов;
осевой модуль	- m=3 мм;
число заходов червяка	- z1=2;
число зубьев колеса	- z2=40;
коэффициент диаметра червяка	- q=12;
передаточное отношение	- U=20.
Наибольший тормозной крутящий момент	- Тт max =100 Н∙м.
Метод создания нагружения	-разомкнутый, посредством нагрузочного тормоза.
Метод измерения величины крутящего момента	- измерением деформации нагрузочного пружины балансирной системы двигателя и тормоза.
Метод измерения усилий в зацеплении	- измерением усилий на опорах червячного колеса динамометрами с тензодатчиками сопротивления.
Тип нагрузочного тормоза	-электромагнитный порошковый с водяным охлаждением.
Частота вращения тормоза	- n=1420/2780 мин – 1.
Питание	- от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 380 В.
Привод установки – двухскоростной электродвигатель 4Ах80А4/2УЗ:
мощность	- Р=1,1/1,5 кВт;
частота вращения	- n=1420/2780 мин – 1.

Перед работой необходимо:

- проверить щупом уровень масла в редукторе;

- проверить уровень магнитной смеси в расширительной масленке тормоза и при необходимости долить масла.

3.4 Порядок выполнения работы

Лабораторная работа выполняется в следующей последовательности:

3.4.1 Подключают установку к электросети. К измерительному пульту через усилитель подключают осциллограф. Отчеты индикаторов устанавливают на “нуль” (по точной шкале) “Мертвые зайчики” от каких-либо невключенных шлейфов совмещают с “зайчиками” шлейфов от измеряемых усилий.

3.4.2 Определение усилий в червячной передаче в статике

Вращением рукоятки “нагрузка” полностью затормаживают нагрузочный тормоз. Блокируют балансирную систему тормоза, вставив в щель статора и вилки ротора клин. Надевают на червячный вал нагрузочный рычаг.

Фиксируют показания динамометров и величину нагружения. При этом следует учитывать крутящий момент от собственной массы рычага, которая в пересчете на место установки грузов составляет 0,3 кг (l=250 мм).

Производят подсчет усилий, действующих непосредственно в зацеплении:

- окружное усилие на червяке Ft1 (осевое на колесе Fa2 )

,

где FB1, FB2 – реакции на опорах 1, 2 вала колеса в вертикальной плоскости, Н;

L – расстояние между опорами, мм;

d2 – диаметр делительной окружности колеса, мм;

- окружное усилие на колесе Ft2 (осевое на червяке Fa1)

Ft2= Fг1+ Fг2,

где Fг1, Fг2 – реакция на опорах 1, 2 вала колеса в горизонтальной плоскости, Н;

- радиальное усилие на колесе и червяке

Fr = FB1+FB2 .

Определяют усилия в зацеплении расчетным путем, исходя из действующего крутящего момента:

- окружное усилие на колесе Ft2 (осевое на червяке Fa1)

Ft2= 2∙Т2 / d2,

где Т2 – крутящий момент на колесе, Н∙мм;

- окружное усилие на червяке Ft1 (осевое на колесе Fa2 )

Ft1=Ft2 ∙tg (γ – φ');

- радиальное усилие на колесе и червяке

,

где α=20о – профильный угол зацепления.

3.4.3 Определение усилий в червячной передаче при вращении

По указанию преподавателя устанавливают требуемую скорость вращения двигателя.

Включают двигатель. Вращением рукоятки “Нагрузка” последовательно (по ряду нагрузок) нагружают передачу, для большей точности эксперимента повторяя каждый опыт 2-3 раза.

Фиксируют величины крутящих моментов на двигателе, тормозе, а также показания динамометров, подсчитывают их средние значения.

Значения крутящих моментов на входном Т1 и выходном Т2 валах редуктора определяют по зависимостям

Т1=μ1∙δ1 ср , Т2= μ2∙δ2 ср,

где μ1 , μ2 - тарировочные коэффициенты, Н∙мм/1 деления индикатора;

δ1 ср, δ2 ср - средние значения показаний индикатора измерительных устройств двигателя и тормоза по двум-трем замерам.

Определяют усилия в зацеплении по экспериментальным данным.

Величину составляющих усилий нагружения в опорах вала колеса и червяка определяют по формуле

F=kп∙Пср или F=kосц∙вср,

где kп, kосц – масштабные тарировочные коэффициенты по показаниям прибора измерительного пульта и шлейфового осциллографа, Н/1 деления шкалы прибора, Н/мм;

Пср – среднее значение показаний стрелки прибора измерительного пульта по двум-трем замерам;

вср – среднее значение величины перемещения “зайчика” шлейфа от датчика на экране (ленте) осциллографа, мм.

Определяют усилия в зацеплении расчетным путем, исходя из действующего крутящего момента.

3.4.4 Д. червячного редуктора

Опытное определение К. П.Д. редуктора основано на одновременном и независимом измерении крутящих моментов на входном и на выходном Т2 валах редуктора.

По полученным опытным путем данным определяют К. П.Д. редуктора при различных нагрузках

η=Т2/Т1∙U.

Производят расчетное определение К. П.Д. при различных нагрузках и скорости вращения

.

Результаты опытов и расчетов заносят в лабораторный журнал или таблицы отчета, оформляемого по прилагаемой форме.

3.4.5 По табличным данным строят графики зависимости η=f(T2) при n=const и η=f(n) при T2=const .