45357

Лабораторная установка предусматривает измерение силовых зависимостей в лобо-

вом вариаторе, однако в данной работе эти вопросы не рассматриваются.

Лабораторное задание

1.Определить коэффициенты скольжения в фрикционной паре вариатора.

2.Определить диапазон регулирования лобового вариатора.

3.Оценить результаты обработки теоретических и эксперименталь-ных данных.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с конструкцией и работой лабораторной установки, зарисуйте в отчет кинематическую схему установки. Измерьте с помощью штангенциркуля радиус ролика.

Примечание. При проведении работы перемещайте (вращением рукоятки 10 - см.

рис.2) ролик в осевом направлении только при работающем двигателе.

При измерении радиусов диска используйте измерительное устройство лабораторной установки, а радиуса ролика - штангенциркуль. Измерение частот вращения диска и роли-

ка производите с помощью стрелочных приборов лабораторной установки или, более точ-

но, с помощью секундомера простым подсчетом оборотов по меловой отметке в единицу времени.

2. Включите электродвигатель. Установите вращением рукоятки 10 ведомый ролик в положение I (ближнее положение ролика к оси диска - см. рис.2). По нониусу измеритель-

ного устройства определите величину радиуса Rд min. Измерьте частоты вращения ролика npI и диска nдI.

3. Переведите вращением рукоятки 10 ведомый ролик в положение II (наиболее удален-

ное положение ролика от оси диска - см. рис.2). По нониусу измерительного устройства опре-

делите величину радиуса Rд max. Измерьте частоты вращения ролика npII и диска nдII.

4.Результаты измерений занесите в форму табл.1.

5.По данным табл.1 рассчитайте:

-диапазон регулирования теоретический по формуле (3);

-коэффициенты скольжения по формулам (5) и (6);

-диапазон регулирования с учетом скольжения по формуле (4);

-диапазон регулирования экспериментальный по формуле (7);

-диапазон регулирования экспериментальный уточненный по формуле (8).

51

6. Сравните данные расчетов и оцените влияние различных параметров на величину

действительного диапазона регулирования лобового вариатора.

Форма табл.1

Параметры лобового вариатора

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1)кинематическую схему лабораторной установки и краткое ее описание;

2)теоретические сведения;

3)исходные данные;

4)расчеты искомых величин;

5)сводную таблицу результатов работы, выполненную в форме табл.1.

52

Контрольные вопросы

1.Какое устройство называют вариатором?

2.Каковы достоинства и недостатки лобового вариатора?

3.Объясните смысл диапазона регулирования.

4.Запишите формулы для расчета диапазона регулирования.

5.Объясните принцип работы лабораторной установки.

6.На примере лобового вариатора объясните упругое скольжение в фрикционной па-

ре.

7. На примере лобового вариатора объясните геометрическое скольжение в фрикци-

онной паре.

8. Объясните причины расхождения результатов расчетов диапазона регулирования по разным формулам для лобового вариатора.

53

Лабораторная работа № 8

Экспериментальное определение

параметров звеньев

Цель работы: 1) ознакомление с методами определения положения центра масс звеньев сложной формы; 2) ознакомление с методами определения момента инерции звеньев сложной формы; 3) овладение приемами экспериментального определения центра масс и момента инерции звеньев сложной формы.

Продолжительность работы - 2 часа.

Оборудование и инструменты: штатив с призмой, звенья сложной формы, измеритель-

ная линейка, секундомер, весы, микрокалькулятор.

Теоретические сведения

Для динамического исследования механизмов необходимы данные о таких пара-

метрах, как масса звеньев m или вес G = mg, момент инерции J. Должны быть также известны координаты (положение) центра масс звеньев. В данной лабораторной работе предусмотрено определение указанных параметров звеньев экспериментальными ме-

тодами.

Определение веса mg звеньев производится с помощью весов различной конструкции -

аналитических, чашечных, десятичных и т.п. Вес звена характеризует скалярную величину массы m и пропорционален ей:

m Gg ,

где g - ускорение силы тяжести.

Определение положения центра масс производится различными методами. В данной работе рассмотрим один из методов - метод двукратного покачивания звена с двумя втул-

ками-отверстиями по краям детали (рис.1).

Подвешивая звено одной втулкой, как показано на рис.1, сообщают ему небольшое качание и замеряют по секундомеру период одного колебания B. Затем подвешивая звено другой втулкой, приводят его в колебательное движение и замеряют период колебаний C.

54

Рис.1. Расчетная схема маятника

Воспользовавшись известной зависимостью для периода колебаний физического ма-

ятника, можно записать для данного случая следующие формулы:

где B и C - периоды колебаний звена при подвесе его соответственно в точках B и С; JB и

JC - моменты инерции звена относительно точек B и C; b0 и с0 - координаты центра масс,

причем

где l0 - расстояние между точками подвеса.

Моменты инерции JB и JC могут быть определены, с одной стороны, из зависимости

(1)

а с другой стороны - из известных уравнений о связи между моментами инерции относи-

тельно параллельных осей

где JS - момент инерции звена относительно центра масс.

Решив совместно (3) и (4) с учетом (2), после преобразований можно получить зави-

симости для координат центра масс звена:

55

Определение моментов инерции звеньев можно также произвести различными спосо-

бами. Рассмотрим способ физического маятника - подвес на призме.

Уподобив исследуемое звено физическому маятнику, для определения моментов инерции относительно точек подвеса В и С (см. рис.1) можно использовать формулы (3).

Далее с помощью соотношений (4) можно определить момент инерции звена относитель-

но центра масс, т.е. относительно точки S:

где b0 и с0 определяются по зависимостям (5).

Лабораторное задание

1.Определить вес и массу двух исследуемых звеньев.

2.Определить периоды колебания звена, поочередно подвесив звено сначала за одну,

азатем за другую втулки отверстия.

3.Замерить расстояние между точками подвеса для звеньев.

4.Определить координаты центра масс звеньев.

5.Определить моменты инерции звеньев относительно точек подвеса.

6.Определить моменты инерции звеньев относительно центра масс.

Порядок выполнения работы

1.Проверьте горизонтальность установки призмы.

2.Замерьте расстояние между точками подвеса.

3.Подвесьте звено на призме за одну из втулок и, отклонив деталь на 5 - 10 от поло-

жения равновесия, определите период одного колебания B c помощью секундомера.

4. Определите период одного колебания С также с помощью секундомера, надев зве-

но на призму - на вторую точку подвеса. В обоих случаях время по секундомеру возьмите как среднее из 10 или более колебаний. Опыт повторите три раза.

5. Подсчитайте по формулам (5) расстояния, на которые удален центр тяжести S звена от точек В и С.

56

6.Снимите эскизы звеньев и укажите местоположение их центров тяжести.

7.Определите вес звеньев взвешиванием на технических весах.

8.Определите моменты инерции звеньев относительно точек подвеса, воспользовав-

шись формулами (3).

9. По формулам (6) определите моменты инерции звеньев относительно центра масс.

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1)аккуратно выполненные эскизы звеньев;

2)результаты замеров, сведенные в форму табл.1;

Форма табл.1

Измеренные параметры звеньев

3)расчет координат центра масс звена по формулам (5) с указанием местоположения центра масс на эскизе звена;

4)расчет моментов инерции звена относительно точек подвеса по формулам (3);

5)расчет момента инерции звена относительно центра масс;

6)результаты расчетов, сведенные в форму табл.2.

Контрольные вопросы

1.С какой целью определяется положение центра тяжести звена?

2.Как рассчитать период колебаний физического маятника?

3.Как определяют момент инерции звена относительно оси?

4.Почему необходимо знать момент инерции звена относительно оси, проходящей через центр тяжести?

5.Где используется величина момента инерции звена относительно центра масс зве-

на?

6. Запишите формулу, связывающую моменты инерции звена относительно двух осей,

одна из которых проходит через центр масс.

58

Лабораторная работа № 9

Статическая балансировка ротора

Цель работы: 1) ознакомление с методами уравновешивания; 2) приобретение навы-

ков статической балансировки ротора.

Продолжительность работы - 2 часа.

Оборудование и инструменты: установка ТМт-05 для статической балансировки де-

талей вращения, брусковый уровень, весы, свинцовая дробь, измерительная линейка, от-

вертка.

Теоретические сведения

Роторами называют быстро вращающиеся детали, поперечные сечения которых представляют собой круг. Если центр масс ротора С смещен относительно его оси О на величину эксцентриситета e, при вращении ротора возникает сила инерции

Fин = mр an = mр e 2 = D 2,

где mр - масса ротора, кг; an - нормальное (центростремительное) ускорение, мкм/с2; e -

эксцентриситет (расстояние от центра масс до оси вращения), мкм; - угловая скорость

(круговая частота) вращения ротора, рад/с; D - дисбаланс ротора, кг мкм = г мм.

Вращающаяся сила инерции вызывает дополнительные нагрузки на опоры вала рото-

ра и вибрации (периодические колебания) конструкции с частотой f = /2 (Гц). Если эта частота совпадает с частотой собственных колебаний вращающейся системы вал - ротор f0, наступает резонанс. При вращении ротора на частотах, близких к резонансным, резко возрастает амплитуда вибраций, что может привести к многочисленным поломкам.

С целью снижения уровня вибраций и нагрузок на опоры проводится балансировка

(уравновешивание) ротора. Количественной мерой неуравновешенности ротора является его дисбаланс D = mр e. Чаще всего балансировка ротора состоит в установке корректи-

рующих грузов для уменьшения дисбаланса.

Наиболее полное уравновешивание ротора достигается при динамической баланси-

ровке, когда корректирующие грузы устанавливаются не менее чем в двух плоскостях.

Динамическую балансировку производят на специальных балансировочных станках (ус-

тановках) с принудительным вращением роторов. Так балансируют относительно длин-

ные роторы: шпиндели, турбины, валы, колеса легковых автомобилей.

59

Для дискообразного ротора с отношением его длины к диаметру не более 0,20 - 0,25

можно принять, что вся масса сосредоточена в одной плоскости. Уравновесить такой ротор можно с помощью статической балансировки, когда на ротор устанавливается один коррек-

тирующий груз.

Известны два метода статической балансировки:

- балансировка в динамическом режиме, при которой ротор вращается на балансиро-

вочном станке или устанавливается на вибрирующем основании;

- балансировка в статическом режиме, когда ротор на оправке устанавливается на гра-

ни двух горизонтальных призм.

Если ротор не уравновешен, его сила тяжести Gр = mр g (рис.1,а) создает относительно оси О момент МG = Gр h = mр g ecos. Под действием момента МG ротор начинает катить-

ся по призмам до тех пор, пока его центр масс после нескольких колебаний не займет наи-

низшее положение (рис.1,б). В этом положении ротор останавливается, поскольку момент

МG равен нулю. Тяжелое место ротора оказывается в нижней точке, а легкое место, где следует устанавливать корректирующий груз (противовес), - в верхней точке А0.

Рис.1. Неуравновешенный ротор: а - произвольное положение; б - положение равновесия; в - положение для установки корректирующего груза

Силы трения между оправкой ротора и призмами, которые воздействуют на ротор до его остановки, вызывают появление погрешности при определении места установки кор-

ректирующего груза. С целью снижения этой погрешности ротор устанавливают на приз-

мы несколько раз, поворачивая его относительно начального положения в одну и в дру-

гую сторону и каждый раз отмечая положение верхней точки Аi. Окончательно точку А установки корректирующего груза находят как среднее положение отметок Аi.

Для определения значения массы mк корректирующего груза ротор необходимо по-

вернуть на угол 90 относительно положения равновесия (рис.1,в). Подбор массы коррек-

тирующего груза ведется до тех пор, пока момент от его силы веса Мк = mк g rк не станет равным моменту от силы веса ротора МG = mр g e. Уравновешенный ротор будет нахо-

диться в состоянии безразличного равновесия, когда он останется неподвижным, на какой

60