Контрольні запитання

1. У чому полягає мета лабораторної роботи?

2. Який механізм називається черв’ячним редуктором?

3. Тип редуктора та конструктивні особливості його корпусу.

4. Як конструктивно виконане черв’ячне колесо?

5. Назвати розрахункові залежності для визначення основних параметрів черв’ячного редуктора.

6. Які з параметрів черв’ячного редуктора необхідно узгоджувати зі стандартними?

7. Перерахувати параметри, які вимірювались, та пояснити, як це здійснювалось.

8. Які підшипники застосовуються в опорах валів та як вони установлені?

9. Як змащуються зубці коліс та підшипники опор валів?

10. Як ущільнюються підшипникові вузли та площина роз’єму корпусних деталей?

11. Як виконується регулювання осьового зазору в підшипниках валів черв’яка та черв’ячного колеса?

12. Пояснити спосіб регулювання положення черв’ячного колеса відносно черв’яка.

Література

1. Рудь Ю.С. Основи конструювання машин: Підручник для студентів інженерно-технічних спеціальностей вищих навчальних закладів.- 3-е вид., перероб. – Кривий Ріг: Мінерал, 2005- 462 с.

2. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для машиностроительных и механических специальностей вузов.- 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

3. Павлище В.Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин: Підручник. – К.: Вища школа, 1993. – 556 с.

4. Баласанян Р.А. Атлас деталей машин: Навч. посібник для техн. вузів. – Х.: Основа, 1996. – 256 с.

5. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для машиностроительных специальностей техникумов / С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин.- 1987. – 416 с.

6. Шейблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для техникумов. – М.: Высш. шк., 1991. – 432 с.

7. Прикладная механика. Лабораторный практикум: Учеб. пособие / В.Ф. Мальцев, И.Ф. Сорока, В.И. Крупский и др. – К., Одесса: Вища шк. Головное изд-во, 1988. – 176 с.

Лабораторна робота №8. Визначення моментів і коефіцієнтів тертя в підшипниках ковзання

Мета роботи. Метою роботи є: ознайомлення з режимами роботи підшипників ковзання; аналітичне визначення залежності коефіцієнта тертя та товщини масляної плівки від навантаження; експериментальне дослідження моментів і коефіцієнтів тертя та встановлення переходу від рідинного тертя до напіврідинного при збільшенні навантаження на підшипник.

Теоретичні відомості. В опорах ковзання при різних режимах роботи може бути граничне, напіврідинне або рідинне тертя, що переходить одне в одне внаслідок зміни частоти обертання вала, навантаження тощо. Змінення коефіцієнта тертя при цьому досить добре видно з діаграми Герсі-Штрибека (рис. 8.1). На початку обертання вала коефіцієнт тертя ƒ досягає свого максимального значення. У цей момент він по суті є коефіцієнтом тертя спокою ƒ_0.

Рис. 8.1. Діаграма Герсі-Штрибека

При обертанні у підшипниковій втулці вал стикається з підведеним змащенням. У результаті цього сухе тертя переходить у граничне і коефіцієнт тертя зменшується (точка 1).

Рис. 8.2. Положення цапфи вала у втулці підшипника: а - у стані спокою; б - при обертанні

Величина ƒ_min у точці 2 визначається за формулою Фальца:

ƒ_min = , (8.1)

де p – середній тиск, МПа .

При цьому

р = ; (8.2)

. (8.3)

У цих формулах: – динамічна в’язкість мастила, ;

F_r – радіальне навантаження на підшипник, Н; d, l – діаметр і довжина підшипника, мм; - кінематична в`язкість мастила, м²/с; - кутова швидкість цапфи, яка відповідає точці 2 (рис. 8.1), рад/с; - густина мастила, кг/м³.

Кутова швидкість визначається за формулою:

, рад/с, (8.4)

де - відносний зазор між цапфою і підшипником; - діаметральний зазор, мм; - табличне значення безрозмірного критерію Зомерфельда, що відповідає точці 2 переходу від напіврідинного тертя до рідинного (рис. 8.2, табл. 8.2).

Таблиця 8.1

Густина і кінематична в`язкість (м²/с) деяких мастил при різних температурах

Марка індустріальних мастил	Густина, кг/м3	Кінематична в`язкість (м2/с) при температурі
		300С	500С	800С
І-20А	897	0,72х10-4	0,2х10-4	0,06х10-4
І-30А	900	0,9х10-4	0,3х10-4	0,09х10-4
І-40А	904	1,2х10-4	0,4х10-4	0,13х10-4
І-50А	908	1,5х10-4	0,5х10-4	0,17х10-4

Змінювання кривої в зоні рідинного тертя (після точки 2, рис. 8.1) визначається в залежності від безрозмірної характеристики режиму роботи підшипника:

або .

Тобто із зростанням швидкості обертання вала і в`язкості мастила збільшується внутрішнє тертя у мастильному шарі і коефіцієнт тертя, а для питомого тиску - протилежно.

Таблиця 8.2

Значення критерію Зомерфельда , відповідно умовній межі між напіврідинним і рідинним тертям ( при - тертя рідинне, при - тертя напіврідинне).

Відношення l/d	Діаметри цапфи вала, мм
	40	50	60	80	100
	при = 0.001
0,6	0,35	0,42	0,53	0,80	1,00
0,8	0,54	0,64	0,80	1,20	1,50
1,0	0,72	0,85	1,00	1,50	1,90
при = 0.002
0,6	0,53	0,65	0,80	1,40	2,00
0,8	0,80	0,95	1,20	1,90	2,70
1,0	1,00	1,20	1,50	2,40	3,30
при = 0.002
0,6	0,80	1,00	1,40	3,00	4,00
0,8	1,20	1,50	1,90	4,00	5,00
1,0	1,70	1,90	2,40	4,50	6,00

Експериментальна установка для визначення моментів тертя підшипників ковзання. Установка ДМ 29М складається із корпусу, на якому змонтовано шпиндель із підшипником, привод, механізм навантажування, вимірювальний пристрій і систему подачі масла (рис. 8.3).

Шпиндель 1 знаходиться у двох шарикопідшипникових опорах і обертається за допомогою електродвигуна через клинопасову передачу. Досліджуваний підшипник ковзання становить собою обойму 2 із бронзовим вкладишем 3, що встановлюється консольно на кінці шпинделя (вала). Навантаження підшипника радіальною силою здійснюється гвинтом 4 з гайкою-маховиком 5 через динамометр 6 і тяговий паралелограм. Останній становить собою дві тяги 7, шарнірно зв’язаних з коромислом 8 і обоймою. Таким чином величина радіального навантаження підшипника визначається динамометром.

Вимірювальний пристрій момента сил тертя складається із укріпленого на обоймі важеля 9 та закріплених на корпусі нерухомого кронштейна 10 із індикатором 11 і хитного кронштейна 12 із вимірювальною пружиною 13 й індикатором 14. Ніжка верхнього індикатора упирається у важіль, а ніжка нижнього індикатора – у вимірювальну пружину, котра у свою чергу упирається в п’яту важеля.

Хитний кронштейн закріплений на корпусі на осі і може обертатися гвинтом 15. На нерухомому кронштейні є жорсткий упор 16 обмеження важеля. Зрівноважування важеля здійснюється вантажем 17, що переміщується на різьбі штангою, укріпленою з іншого боку обойми.

При обертанні шпинделя проти годинникової стрілки обойма під дією момента сил тертя обертається в тому ж напрямку, а важіль натискає на вимірювальну пружину, деформацію якої фіксує індикатор 11.

На пружині наклеєні також тензодатчики електричного опору із виведенням на 3 клеми передньої панелі.

Система подачі мастила у підшипник складається із мастильного бачка 18, крана 19 і подавальної трубки. Рівень мастила контролюється покажчиком.

Електрична напруга на силові кола і кола керування установки подається автоматичним вимикачем, який розташовано ліворуч на панелі. Пуск електродвигуна здійснюється натисканням кнопки „Пуск” чорного кольору. Зупинка електродвигуна здійснюється натисканням кнопки „Стоп” червоного кольору. Установка заземлюється за допомогою болта заземлення.

Рис. 8.3. Схема експериментальної установки

Рис. 8.4. Тарувальний графік пружини установки

ДМ-29М

Технічна характеристика

1. Підшипник ковзання: а) діаметр d = 60 мм, довжина l = 60 мм, діаметральний зазор вимірюється і повідомляється студентам викладачем; б) матеріал втулки – бронза Бр А9Ж4, матеріал вала – сталь 45 із твердістю HRC 30...34.

2. Сила навантаження F_r = 500...5000 Н.

3. Частота обертів вала – 760; 1350; 2400 об/хв (або 80; 141; 251, рад/с) повідомляється викладачем.

4. Рекомендовані мастила – індустріальні І-20А, І-30А, І-40А, І-50А (уточнюється викладачем), кількість мастила, що заливається – 3 літри. Подача мастила у підшипник – 30...40 краплин за хвилину.

5. Привод - електродвигун А02-12-4; потужність Р = 0,8 кВт, частота обертів n = 1350 об/хв (141 рад/с); живлення від мережі електричного струму із напругою 380 В.

6. Габаритні розміри – 585х550х1100 мм. Маса –170 кг.

Порядок проведення лабораторної роботи

1. Складають характеристику підшипника та умов змащування відповідно до табл. 8.3. Діаметральний зазор підшипника Δ та вид мастила повідомляється викладачем. Густина мастила та його кінематична в’язкість приймаються із табл. 1. Динамічна в’язкість мастила визначається за формулою (3).

2. Розраховують середній тиск у підшипника р для умов навантаження F_r = 500...5000 Н з інтервалом навантаження 700 Н за формулою (2) і заносять до табл. 8.4.

3. Визначають розрахункові значення коефіцієнта рідинного тертя ƒ_р і найменшої товщини мастильного шару h_min для розрахованих раніше значень середнього тиску р за формулами:

ƒ_р = ; (8.5)

; (8.6)

де с = 1 + d/l - коефіцієнт урахування кінцевої довжини підшипника.

У формулах (8.5) і (8.6) розмірності величин: d, Δ, l – мм, р – МПа, μ – Н с/м², n - об/хв, h_min – мм.

Результати розрахунків зводять до табл. 8.4.

4. Складають графік змінювання ƒ_р і h_min від р за даними табл. 8.4 (на одній координатній сітці).

5. Перед проведенням випробувань на установці важіль 9 (рис. 8.3) обойми підшипника врівноважують вантажем 17. Гвинтом 15 хитний кронштейн повертають так, щоб вимірювальна пружина упиралась у важіль 9 знизу, а згори важіль має впиратися у ніжку верхнього індикатора 11. У цьому положенні стрілки індикатора установлюють на нуль.

Вмикають обертання вала. Подають краплями мастило в підшипник і за допомогою гайки-маховика створюють зусилля навантаження на динамометрі 500Н. Дають попрацювати установці 5 хв. Якщо установка не обладнана термометром, то вважають, що температура мастила в робочій зоні підшипника досягла 50 С. Потім за допомогою гвинта 1 хитного кронштейна виводять верхній індикатор на нуль і записують показання нижнього індикатора (або показання осцилографа при тензометруванні).

За допомогою тарувального графіка (рис. 8.4) визначають силу Q натиску укріпленого на обоймі підшипника важеля 5 на вимірювальну пружину, після чого розраховують момент тертя в досліджуваному підшипнику:

Т_т = Q l₀, Нм, (8.7)

де l₀ = 0,3 м – відстані від осі шпинделя до ніжок індикаторів.

Коефіцієнт тертя, згідно з даними експерименту, визначають за формулою:

ƒ_е = . (8.8)

6. Збільшують зусилля навантаження ступенями по 700 Н до отримання раптового збільшення моменту тертя (але не більше 5000 Н). З цього моменту підшипник працює в режимі напіврідинного тертя. При цьому на кожному ступені навантаження за допомогою гвинта хитного кронштейна виводять верхній індикатор на нуль і записують показання нижнього індикатора, за допомогою тарувального графіка визначають силу натиску Q, а також розраховують Т_т і ƒ_е. Отримані дані зводять до табл. 8.5. Значення F_т , р, і ƒ_р записують у таблицю.

7. Знаходять експериментальні значення Т_т , р, , при

яких Q, Т_т і ƒ_е мінімальні. Для цього значення розраховують також ƒ_р за формулою (8.5). Це і буде момент переходу рідинного тертя до напіврідинного.

8. Складають графік змінювання коефіцієнтів тертя ƒ_р і ƒ_е від характеристики режиму роботи підшипника (на одній координатній сітці).

Примітка. За вказівкою викладача окремі пункти роботи виконуються при трьох швидкостях обертання вала. Зміна швидкості обертання вала здійснюється перестановкою паса клинопасової передачі при знеструмленій установці.

Зміст звіту з лабораторної роботи

У звіті до лабораторної роботи має бути:

1. Назва і мета лабораторної роботи.

2. Схема установки та ескіз підшипника ковзання.

3. Характеристика підшипника та умови змащення згідно з табл. 8.3.

Таблиця 8.3

Характеристика підшипника та умов змащення

Матеріал	вала
	вкладиша
Діаметр і довжина підшипника		d, мм
		l, мм
Діаметральний та відносний зазор підшипника		Δ, мм
		Ψ, град
Назва мастила
Густина, кінематична та динамічна в’язкість мастила		ρм, кг/м3
		, м2/с
		,Н с/м2

4. Формули (8.2), (8.5) і (8.6) для визначення середнього тиску в підшипнику, коефіцієнта тертя і мінімальної товщини мастильної плівки.

5. Розраховані значення р, , ƒ_р і h_min згідно з табл. 8.4.

Таблиця 8.4

Розрахункові значення параметрів змащення підшипника ковзання

Радіальне навантаження Fr, Н	Середній тиск р, МПа	Характеристика режиму роботи,	Коефіцієнт тертя, ƒр	Мінімальна товщина мастильної плівки hmin, мкм
500
1200
1900
2600
3300
4000
4700

6. Графік залежності ƒ_р і h_min при рідинному терті від середнього тиску (на одній координатній сітці).

7. Таблиця 8.5 експериментальних даних визначення ƒ_е і порівняння його з ƒ_р.

8. Графік залежності коефіцієнтів тертя ƒ_е і ƒ_р від характеристики роботи підшипника (на одній координатній сітці).

9. Зазначити, за яких величини Fr, р і тертя із рідинного переходить до напіврідинного.

10. Стислі висновки до роботи (як змінюються ƒ_р і h_min при рідинному терті від середнього тиску, причини різниці між ƒ_е і ƒ_р тощо).

Таблиця 8.5

Експериментальні дані змащення підшипника ковзання

Fr, Н	Р, МПа		Q,, Н	Тт, Н м	ƒе	ƒр.
500
1200
1900
2600
3300
4000
4700