ДМ / Лабораторная работа №2

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н. Э. БАУМАНА

Калужский филиал

РУКОВОДСТВО

к лабораторной работе № 2

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО

ДЕЙСТВИЯ ВИНТОВОЙ ПАРЫ»

Калуга, 2005 г.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментальное определение коэффициента полезного действия винтовой пары с различными резьбами.

2. РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Коэффициент полезного действия винтовой пары вычисляется по формуле:

где: – угол подъёма развёртки винтовой линии по среднему диаметру резьбы

(Рис. 2);

– приведенный угол трения.

Приведённый угол трения в резьбе соответствует приведённому коэффициенту трения:

Для нормальных метрических и других резьб приведённый коэффициент трения связан с действительным коэффициентом трения зависимостью:

где: – угол профиля резьбы; – для метрической резьбы; – для трапецеидальной резьбы; – для прямоугольной резьбы.

d – наружный диаметр;

d₁ – внутренний диаметр;

d₂ – средний диаметр.

Р

3

ис. 1

Рис. 2

где: n – число заходов резьбы;

P – шаг резьбы.

Рис. 3

4

– наружный диаметр опорной поверхности гайки или головки винта, равный размеру “под ключ”, (мм);

– диаметр отверстия под болт (винт) в опорной втулке, (мм);

– усилие затяжки, равное осевой силе на болте (Н).

При затяжке резьбового соединения, или при перемещении винтом некоторого груза, на гайку действует момент на ключе (), преодолевающий момент в резьбе () и момент трения на торце гайки или головки болта (см. рис. 3)

Момент в резьбе () затрачивается на:

а) создание силы затяжки (или перемещения);

б) преодоление сил трения в резьбе.

Момент в резьбе можно определить опытным путём или по формуле:

откуда:

5

Рис. 4

1 – Упругий элемент

2 – Индикатор упругого элемента

3 – Исследуемый болт

4 – Гайка

5 – Динамометрический ключ

6 – Индикатор динамометрического ключа

7 – Упорный шарикоподшипник

8 – Втулка

9 – Сферическая шайба

10 – Запорная скоба

6

3. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис. 4)

Установка, на которой производится эксперимент, состоит из: упругого элемента (1), индикатора упругого элемента (2), исследуемого болта (3) с гайкой (4), динамометрического ключа (5) с индикатором (6), упорного подшипника (7), втулки с вилкой (8) и сферического подшипника (9).

При затягивании гайки (4) упругий элемент (1) деформируется на величину , пропорциональную усилию затяжки () и определяемую с помощью индикатора (2). Коэффициент пропорциональности (Н/мкм) указан на упругом элементе.

(H)

При затягивании гайки (4) рукоять динамометрического ключа (5) прогибают на величину , пропорционально моменту завинчивания (). Величина определяется по индикатору ключа (6) коэффициент пропорциональности которого (Н·м/мкм) указан на ключе.

(Н·м)

Для определения КПД винтовой пары втулку (8) устанавливают так, чтобы она вращалась совместно с гайкой (4). В этом случае будет отсутствовать трение на торце (). Момент завинчивания () будет равен моменту в резьбе ().

4. ПОДГОТОВКА К ЭКСПЕРИМЕНТУ

1. Познакомится с установкой.

2. Произвести необходимые замеры и заполнить в лабораторном журнале таблицу 1 “Исходный данные”.

3. Принять максимальную затяжку винтов (по указанию преподавателя).

4. Определить показания индикатора упругого элемента (2) для вышеуказанного значения силы затяжки .

5. Собрать установку для определения КПД винтовой пары, установить винт с резьбой.

6. Выставить индикаторы (2) и (6) на “0”.

7. Надеть динамометрический ключ (5) на гайку и приступить к эксперименту.

7

5. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Один студент завинчивает гайку (4), плавно вращая динамометрический ключ (5) и внимательно наблюдает за показаниями его индикатора (6); по команде «замер» он снимает с него показания (z₂).

2. Второй студент наблюдает за показаниями индикатора (2) и дает команду «замер» в момент достижения определенного значения (z₁) указанного в таблице 2 и соответствующего значению F_зат.

3. Эксперимент проводят три раза, после чего определяют среднее значение показаний индикатора (6). Полученное среднее значение умножают на коэффициент пропорциональности ключа K₂ и определяют момент завинчивания (Т_зав), равный моменту в резьбе (Т_р).

T_р = K₂ · z₂ (Н·м)

4. Аналогичные эксперименты проводят с винтами, имеющими другую резьбу.

6. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

1. Обработку результатов эксперимента проводят согласно таблице 2.

2. Строится график зависимости КПД винта от типа резьбы.

3. Выводы.

8

Контрольные вопросы

1. Напишите условие самоторможения резьбы.

2. Как влияет угол подъёма резьбы (ψ) на величину коэффициента полезного действия винта?

3. Какие резьбы применяются для ходовых и грузовых винтов, почему?

4. Как можно измерить усилие затяжки болта?

5. На чем основан принцип замера момента завинчивания динамометрическим ключом?

6. Как влияет угол профиля резьбы α на величину КПД винта?

7. При каком значении угла подъёма резьбы (ψ) наибольший КПД винта?

8. Как определить коэффициент трения в резьбе?

9. Как определить коэффициент трения на торце гайки или головки болте?

Список литературы

1. Иванов М.Н., Финагенов В.А. Детали машин. «Высшая школа», 2002 г.

9

Приложение

1. Исходные данные.

Таблица 1

Наименование параметра		Тип резьбы
		Метрич. P >	Прямоуг.	Трапец.	Метрич. P =
Наружный диаметр резьбы, мм	d
Средний диаметр резьбы, мм	d2
Шаг (ход) резьбы, мм	P
Тангенс угла подъёма резьбы	tgψ
Угол подъёма резьбы, град.	ψ
Материал гайки

2. Выбор усилия затяжки.

Усилия затяжки принимать одинаковые для всех винтов в пределах 4000…12000 Н по указанию преподавателя или учебного мастера.

Принимаем F_зат = Н.

^{Показания индикатора пружины}

3. Экспериментальные данные и подсчет.

10

Таблица 2

	Показания индикатора			Тр = K2 · z2 Нм.		tg (ψ + φ′)
	Пружины z1	Ключа z2
		при замере	среднее
Метриич. Р >
Прямо-угольн.
Трапец.
Метриич. p =

Коэффициенты K₁ = 35 Н/мкм. K₂ = 0,3 Нм/мкм.

11

4. Диаграмма зависимости КПД винта от типа резьбы.

0,6
0,4
0,2
0	Метрическая p1	Прямоугольная	Трапецеидальная	Метрическая p2

5. Выводы.

6. Ответы на контрольные вопросы.

12