Лабораторная работа № 6 Определение кпд винтовых пар

Цель работы: изучение аналитического и экспериментального методов определения коэффициента полезного действия винтовой пары.

Аналитический метод

Передачу винт-гайка применяют для преобразования вращательного движения в поступательное. По назначению эти передачи делят на кине­матические, используемые в механизмах настройки и измерительных приборах, и силовые, например в грузоподъемных машинах, натяжных устройствах, винтовых прессах. В металлорежущих станках передача винт-гайка, применяемая для перемещения суппорта, стола станков, явля­ется одновременно кинематической и силовой.

При оценке потерь энергии в передаче винт-гайка обычно делают це­лый ряд допущении. Во-первых, полагают, что давление винта на гайку (и наоборот) происходит по некоторой средней линии резьбы. Это вызва­но тем, что закон распределения давлений по винтовой резьбе неизвестен. Во-вторых, полагают, что действие сил в винтовой паре может быть све­дено к действию сил на ползун, находящийся на наклонной плоскости (рис. 24). Обозначения на рис. 24: r – средний радиус резьбы; h – шаг резьбы, который определяет поступательное движение гайки за один обо­рот винта; Р – движущее усилие; Q – осевая нагрузка на винт; N– сила нормального давления между поверхностью винта и гайкой; F – сила тре­ния; φ - угол трения; R – реакция между винтом и гайкой.

Рис. 24. Схема развертки винта (а) и план сил (б)

Допустим, что ползун движется по наклонной плоскости равномерно. Это допущение позволяет достаточно просто установить соотношение между движущей силой Р и силой сопротивлений Q. В самом деле, при равномерном движении (или покое) векторная сумма сил, действующих на ползун (винт), будет равна нулю. Согласно рис. 24, а имеем

В масштабе план сил показан на рис. 24,б. Из плана сил

следует:

Как известно, коэффициентом полезного действия называют отноше­ние работы сил производственных сопротивлений А_п.с. к работе движу­щих сил _Ад.с . Если перевести это определение на язык математических символов, то

(18)

На наклонной плоскости (рис. 25) работа сил производственных со­противлений сводится к преодолению осевой силы Q на перемещение OA₂. За этот промежуток времени движущая сила Р выполнит работу PO_A1 Следовательно,

Рис. 25. Определение работы сил

Таким образом,

(19)

Описание лабораторного оборудования

Лабораторная установка ТММ-33 изображена на рис.26. Основанием ус­тановки является станина 1. К верхней части станины крепится крон­штейн 2 с подшипниковым гнездом, в котором установлен электропривод с редуктором 3. Выходной вал 4 редуктора связан с винтом 5 исследуемой винтовой пары. В процессе работы винт вращается, а гайка 6 совершает поступательное перемещение вверх-вниз. От поворота гайку предохраня­ет ползун в виде радиального стержня, перемещающегося вдоль паза 7 станины. Опорой винтовой пары является шарикоподшипниковый под­пятник 8 нижнего кронштейна с гнездом для установки нижней цапфы винта.

Как было указано, средний крутящий момент определяется по схеме измерения реактивного момента. В этих целях жестко связанная система корпуса двигателя (статора) и корпуса редуктора не закреплена на стани­не, а может свободно поворачиваться в опорах верхнего кронштейна. При работе установки (при вращении винта) статор двигателя увлекается в направлении вращения ротора. При этом жесткий рычаг 2, укрепленный на крышке редуктора, поворачивается и воздействует на пластинчатую пружину, изгибая ее. Индикатор часового типа 10, имея силовое замыка­ние с пружиной, показывает величину ее прогиба от воздействия реактив­ного момента.

Осевая нагрузка на гайку исследуемой винтовой пары обеспечивается подвешиванием к ней грузов 11. Приспособление для их крепления съем­ное, состоит из двух тяг с траверсой 12 и полочкой для грузов и переме­щается вверх – вниз с гайкой во время работы установки.

Управление работой установки автоматизировано. От каждого нажа­тия кнопки «Пуск» при включенном тумблере «Вкл.» происходит ход гайки вверх, реверсирование двигателя, ход гайки вниз и выключение двигателя.