Методическое пособие 766

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра автоматизированного оборудования машиностроительного производства

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ № 1-3 по дисциплине «Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента»

для студентов направления 15.04.01 «Машиностроение» (программа магистерской подготовки «Обеспечение качественно-точностных характеристик при изготовлении изделий в автоматизированном машиностроительном производстве») очной формы обучения

Воронеж 2016

Составители: д-р техн. наук В.А. Нилов, канд. техн. наук А.В. Демидов, канд. пед. наук О.К. Битюцких

УДК 531.8 – 621.01

Методические указания к выполнению лабораторных работ № 1-3 дисциплине «Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента» для студентов направления 15.04.01 «Машиностроение» (программа магистерской подготовки «Обеспечение качественно-точностных характеристик при изготовлении изделий в автоматизированном машиностроительном производстве») очной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост. В.А. Нилов, А.В. Демидов, О.К. Битюцких. Воронеж, 2016. 58 с.

В методических указаниях рассматриваются лабораторные работы, выполняемые согласно учебному плану и рабочей программе по дисциплине «Основы научных исследований, организация и планирование эксперимента». Приведены необходимые аналитические зависимости, описание лабораторного оборудования, а также методика проведения, выполнения и правила оформления лабораторных работ, проводимых на испытательных стендах.

Предназначены для магистров первого года обучения.

Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле «МУ ОНИ лабор.pdf».

Табл. 4. Ил. 44. Библиогр.: 7 назв.

Рецензент д-р техн. наук, проф. Д.В. Хван

Ответственный за выпуск зав. кафедрой профессор С.В. Сафонов

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2016

1

Лабораторная работа № 1 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

НА СТЕНДЕ

Цель работы: Определение основных параметров ременной передачи и изучение режимов работы стенда с плоским, клиновым и круглым ремнями.

Объект исследования: Автоматизированная лабораторная установка «Исследование ременной передачи», набор гаечных ключей. Контрольно-измерительная система: персональный компьютер (Windows 2000/NT/XP), датчики измерения крутящего момента.

Задачи исследований

1.Изучение конструкции и теоретических основ расчета ременных передач.

2.Знакомство с принципами работы экспериментальной установки и методикой измерения силовых параметров.

3.Выполнение геометрических измерений элементов передачи.

4.Экспериментальное определение влияния предварительного натяжения ремня (плоского) на характеристику работы ременной передачи.

5.Повторить пункт 4 для ремней круглого и клинового.

6.Формированиеотчета и выводов по результатам работы.

Теоретическая часть

Кривые скольжения и КПД

Тяговая способность ремня характеризуется экспериментальными кривыми скольжения. Теория упругого скольжения ремня на шкиве разработана профессорами Н.П. Петровым и Н.Е. Жуковским, которые показали, что упругое скольжение

1

наблюдается при любой нагрузке, а буксование – только при перегрузке (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Зависимости относительного скольжения и КПД передачи от коэффициента тяги

График кривых скольжения и КПД строят в функции коэффициента тяги , который показывает, какая часть предварительного натяжения F0 используется для передачи полезной окружной силы Ft:

На начальном участке графика в интервале значений 0< < 0 имеет место упругое скольжение, изменяющееся почти по линейному закону. Значение 0 является критическим, соответствующим наибольшей допускаемой нагрузке на ремень. Рабочая нагрузка должна быть как можно ближе к 0, так как только в этом случае достигается максимальное значение КПД.

Взоне от 0 до max наблюдается частичная пробуксовка,

апри max – полное буксование. Для плоских ремней 0 = 0.4 –

2

0.6, для клиновых ремней 0 = 0.7 – 0.9. Размер зоны 0… max характеризует способность передачи воспринимать кратковременные перегрузки.

Отношение для 0/ max плоских кожаных и шерстяных ремней составляет 1,35…1,5, прорезиненных – 1,15…1,3, хлопчатобумажных – 1,25…1,4, клиновых 1,5…1,6.

Значения КПД при нагрузках, близких к 0, составляют: для плоских ремней 0,97, клиновых ремней 0,96.

Напряжения в ремне

В различных по длине частях ремня возникают свои напряжения (Рис. 1.2).

Рис. 1.2. Эпюры напряжений в ремне

Для плоского ремня с помощью поперечного сечения можно определить напряжение от начального натяжения:

где A = b h – площадь поперечного сечения ремня; b – ширина ремня; h – толщина ремня.

Напряжение от передаваемого ремнем окружного усилия:

где Ft – окружное усилие.

Напряжение от действия центральных сил:

где V – окружная скорость; h – толщина ремня; – плотность материала ремня.

Напряжение от изгиба:

где E – модуль продольной упругости при изгибе ремня; d – диаметр шкива.

Наибольшие напряжения σmax возникают в ведущей ветви на шкиве меньшего диаметра:

Достоинства и недостатки передачи

К достоинствам ременной передачи относятся:

-плавность и бесшумность работы;

-предохранение механизмов от перегрузки, за счет возможного проскальзывания ремней;

-простота конструкции и эксплуатации, так как не требуется смазывания передачи;

-возможность работы при больших окружных скоростях

(до 100 м/с);

-передача вращения при значительном межосевом расстоянии (15 м и более);

-сравнительно низкая стоимость;

-возможность бесступенчатого регулирования: скоростей (плоскоременная).

-возможность передачи движения от одного ведущего шкива к нескольким ведомым.

Недостатками передачи являются:

4

-большие габаритные размеры;

-непостоянство передаточного числа из-за проскальзывания ремня;

-повышенная нагрузка на валы и опоры (в 2…3 раза по сравнению с зубчатой передачей);

-низкая долговечность ремней (1000…5000 ч);

-сравнительно небольшая передаваемая мощность (в большинстве случаев не более 50 кВт).

Виды ремней

Ременные передачи (рис. 1.3) являются разновидностью фрикционных передач, где движение передается посредством специального кольцевого замкнутого ремня.

Рис. 1.3. Ременная передача

Ременные передачи применяются для привода агрегатов от электродвигателей малой и средней мощности; для привода маломощных двигателей внутреннего сгорания.

Ремни имеют различные сечения: а) плоские, прямоугольного сечения; б) трапециевидные, клиновые; в) круглого сечения; г) поликлиновые.

Наибольшее распространение имеют плоские и клиновыеремни. Плоские ремни применяются как простейшие, с минимальными напряжениямиизгиба,аклиновыеимеютповышеннуютяговуюспособность.

Клиновые ремни применяют по несколько штук, чтобы варьировать нагрузочную способность и несколько повысить

5

надёжность передачи. Кроме того, один толстый ремень, поставленный вместо нескольких тонких будет иметь гораздо большие напряжения изгиба при огибании шкива.

В лёгких передачах благодаря закручиванию ремня можно передавать вращение между параллельными, пересекающимися, вращающимися в противоположные стороны валами. Это возможно потому, что жёсткость на кручение ремней вследствие их малой толщины и малого модуля упругости мала.

Критерии расчета ременных передач

Основными критериями расчёта ременных передач являются:

-тяговая способность или прочность сцепления ремня со шкивом;

-долговечность ремня.

Если не будет выдержано первое условие, ремень начнёт буксовать, если не выполнить второе – ремень быстро разорвётся. Поэтому основным расчётом ременных передач является расчёт по тяговой способности. Расчёт на долговечность выполняется, как проверочный.

Для создания трения ремень одевают с предварительным натяжением Fo. В покое или на холостом ходу ветви ремня натянуты одинаково (рис. 1.4). При передаче вращающего момента Т1 натяжения в ветвях перераспределяются: ведущая ветвь натягивается до силы F1, а натяжение ведомой ветви уменьшается до F2.

а) холостой ход б) с нагрузкой Рис. 1.4. Силы, действующие в ветвях ремня

6

Времне действуют следующие напряжения:

1)предварительное напряжение (от силы натяжения Fo):

При этом напряжения изгиба не влияют на тяговую способность передачи, однако являются главной причиной усталостного разрушения ремня.

Силы натяжения ветвей ремня (кроме центробежных) воспринимаются опорами вала. Равнодействующая нагрузка

Обычно эта радиальная нагрузка на опору в 2…3 раза больше передаваемой ремнём вращающей силы.

Обеспечениенатяжениявремне

Натяжение ремня существенно влияет на долговечность, тяговую способность и КПД передачи. Чем выше предварительное натяжениеремняFo, тем большетяговаяспособность иКПД, но меньше долговечностьремня.

Натяжениеремнявпередачахосуществляется:

1) Устройствами периодического действия, где ремень натягивается винтами. Ремень периодически подтягивается по меревытяжки. Требуется систематическое наблюдение за передачей, иначе возможнобуксованиеибыстрыйизносремня.

7

2)Устройствами постоянного действия, где натяжение создаётсягрузом, весом двигателяилипружиной.Частонатяжениепроисходит за счёт массы двигателя на качающейся плите. К таким устройствам относятся натяжные ролики. Натяжение ремня автоматическиподдерживаетсяпостоянным.

3)Устройствами, автоматически регулирующими натяжение в зависимости от нагрузки с использованием сил и моментов, действующих в передаче. Шкив установлен на качающемся рычаге, который также является осью ведомого колеса зубчатой передачи. Натяжение ремня 2Fo равно окружной силе на шестерне и пропорциональнопередаваемомумоменту.

Устройство и принцип работы установки

Изучение работы ременной передачи проводится на специальном испытательном стенде (рис. 1.5) при различных значениях передаваемой нагрузки.

Рис. 1.5. Кинематическая схема стенда

Кинематическая схема стенда включает: 1 – электродвигатель; 2 – подшипники качения радиальные; 3 – датчики индуктивные; 4 – шкив ведущий; 5 – шкив ведомый; 6 – ремень.

8