Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Детали машин. Лабораторный практикум.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ДЕТАЛИ МАШИН
Лабораторный практикум
Для студентов вузов
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов по образованию
в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по направлениям подготовки: «Технология, оборудование и автоматизация
машиностроительных производств», «Конструкторско-технологическое
обеспечение машиностроительных производств», «Автоматизированные
технологии и производства»
Кемерово 2009
2
УДК 621.81(076.5)
ББК 34.44я7
Д 38
Авторы:
Попов А.М., Сорочкин М.С., Гоголина И.В.,
Грачева Л.В., Крылова В.И.
Рецензенты:
Александров Б.А., член-корр. РАЕН, д-р техн. наук, профессор КузГТУ;
Полтавцев В.Н., д-р техн. наук, профессор, зав кафедрой прикладной
механики Кемеровского сельскохозяйственного института.
Рекомендовано редакционно-издательским советом
Кемеровского технологического института
пищевой промышленности
Д 38 Детали машин: лабораторный практикум / [А.М. Попов,
М.С. Сорочкин, И.В. Гоголина, Л.В. Грачева, В.И. Крылова];
/ Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. – Кемерово, 2009.– 139 с.
ISBN 978-5-89289-599-6
Представлены работы по основным разделам курса «Детали машин». Наряду с
описанием конструкции лабораторных стендов и измерительных устройств приводится
методика проведения эксперимента и обработка результатов. Кратко рассмотрены теоретические вопросы, опытная проверка которых и составляет предмет лабораторных
работ.
Лабораторный практикум может быть использован преподавателями при организации и проведении лабораторных занятий, а также студентами вузов, выполняющими
лабораторный практикум по данному курсу.
УДК 621.81(076.5)
ББК 34.44я7
Охраняется законом об авторском праве,
не может быть использовано любым незаконным
способом без письменного договора
© КемТИПП, 2009
3
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………… 4
Техника безопасности при выполнении лабораторных работ ……. 5
Лабораторная работа 1. Строение и структурный анализ механизмов (Грачева Л.В.) ……………………………………………….. 6
Лабораторная работа 2. Детали машин общего назначения (Гого-
лина И.В., Сорочкин М.С.) ………………………………………….. 21
Лабораторная работа 3. Определение коэффициента полезного
действия винтовой пары (Сорочкин М.С., Гоголина И.В.) ……….. 37
Лабораторная работа 4. Исследование напряженного болтового
соединения, нагруженного сдвигающей силой (Грачева Л.В.) …... 45
Лабораторная работа 5. Исследование напряженного болтового
соединения, нагруженного осевой силой (Грачева Л.В.) ….……… 54
Лабораторная работа 6. Анализ работы ременных передач
(Грачева Л.В.) ………………………………………………………... 62
Лабораторная работа 7. Изучение конструкции цилиндрических и
конических редукторов (Крылова В.И.) …………………………… 74
Лабораторная работа 8. Изучение конструкции и регулирование
червячных редукторов (Крылова В.И.) …………………………….. 88
Лабораторная работа 9. Исследование коэффициента полезного
действия зубчатого редуктора (Сорочкин М.С., Гоголина И.В.) … 100
Лабораторная работа 10. Исследование коэффициента полезного
действия планетарного редуктора (Сорочкин М.С.,
Гоголина И.В.) ………………………………………………………..
107
Лабораторная работа 11. Исследование коэффициента полезного
действия червячного редуктора (Сорочкин М.С., Гоголина И.В.) .. 112
Лабораторная работа 12. Изучение конструкции валов
(Крылова В.И.) ……………………………………………………….. 117
Лабораторная работа 13. Исследование критического числа обо-
ротов вращения валов (Попов А.М., Гоголина И.В.) ……………… 130
Список использованных источников ………………………………. 138
4
ВВЕДЕНИЕ
Курс «Детали машин» - фундаментальная дисциплина в системе подготовки инженеров. Этот предмет занимает особое место в ряду изучаемых дисциплин. Он является завершающим в группе общетехнических курсов (математика, физика, сопротивление материалов и др.) и связующим со специальными
дисциплинами. Предметом изучения служат сборочные единицы и детали общего назначения, используемые в большинстве машин.
В данном курсе раскрываются и объясняются физические процессы и явления, сопутствующие работе сборочных единиц и деталей. Методом исследования является анализ физических процессов, происходящих при работе деталей машин, с последующей экспериментальной проверкой результатов и разработка их инженерной оценки по различным критериям работоспособности.
На этом этапе будущий инженер впервые сталкивается с многообразием
тесно связанных между собой факторов, влияющих на выбор того или иного
решения поставленной задачи. Нередки случаи, когда влияние отдельных факторов на несущую способность деталей машин не может быть учтено теоретическим путем, а оценивается на основании практики их эксплуатации или результатов специально поставленных экспериментов. Отсюда следует, что экспериментальное изучение работы деталей машин является неотъемлемой частью курса.
В процессе выполнения лабораторных задач студенты должны ознакомиться с методикой эксперимента, научиться замерять напряжения и деформации, усилия и вращающие моменты, перемещения и другие величины.
Перед тем как приступить к выполнению заданной лабораторной работы,
студент должен усвоить краткие теоретические положения по теме, изучить
объект исследования, приборы и инструменты, методику проведения эксперимента, и затем повести обработку результатов и представить отчет.
Тематика и содержание работ подчинены задаче освещения узловых вопросов основных разделов курса «Детали машин», особенно трудных для усвоения студентами. При этом авторы стремились соотнести трактовку этих вопросов и терминологию с таковой в учебниках и учебных пособиях по деталям
машин.
В лабораторном практикуме приведены тринадцать лабораторных работ
по основным разделам курса. В зависимости от специальности и количества
времени, отводимого на лабораторный практикум, студенты выполняют те или
иные работы. Не обязательно выполнение одних и тех же задач. Приведенные в
настоящем руководстве лабораторные работы рассчитаны на самостоятельное
выполнение их студентами. После выполнения работы каждый студент представляет отчет, по которому производится опрос, имеющий целью установить
степень усвоения студентом той или иной темы лабораторной работы.
В учебных целях данный лабораторный практикум выполнен в соответствии с ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам».
5
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
К выполнению лабораторных работ студенты допускаются только после
прослушивания инструктажа по технике безопасности и противопожарным мерам. После инструктажа каждый студент расписывается в специальном журнале.
Начинать работу можно только после ознакомления с методикой ее проведения.
Включать установки в сеть, проводить исследования, связанные с работой
на установках, под руководством учебно-воспомогательного персонала или
преподавателя.
Имеющиеся кожухи на установках должны быть плотно закрыты.
Перед включением установок необходимо проверить заземление и положение тумблеров на «выкл.».
Во избежание ожогов не прикасаться к тормозному шкиву и колодкам во
время работы.
Не трогать вращающиеся детали установок.
Запрещается работать неисправным инструментом. Прежде чем начать
какие-либо действия, убедиться, что они не принесут вреда окружающим.
Снятые детали и узлы редуктора следует положить на стол или подставку
таким образом, чтобы они не могли упасть от случайного толчка. Передавая деталь для осмотра другому студенту, убедиться, что он ее держит, прежде чем
отпустить деталь самому.
При сборке редуктора не подкладывать пальцы под детали и, особенно,
под крышку редуктора. С деталями и моделями механизмов следует обращаться осторожно, не ронять их на пол.
Не делать резких нажимов при работе отверткой, ключами, съемниками.
При нарушении требований техники безопасности студент отстраняется
от дальнейшего выполнения лабораторной работы. Если действия студента не
привели к серьезным последствиям, то он может быть вновь допущен к лабораторным занятиям после повторного инструктажа.
6
Лабораторная работа 1
СТРОЕНИЕ И СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ
1 Цель работы
• Усвоить основные понятия и определения теории механизмов и ма-
шин.
• Ознакомиться с простейшими видами механизмов и названиями их
звеньев.
• Научиться определять, какие схемы кинематических цепей являются
схемами механизмов.
• Научиться по моделям строить структурные схемы простейших пло-
ских механизмов, определять степень подвижности их и выделять
группы Ассура.
2 Теоретические положения
2.1 Основные понятия и определения
Звено – одно или несколько жестко соединенных твердых тел, входящих
в состав кинематической цепи (механизма).
Кинематическая пара – подвижное соединение двух соприкасающихся
звеньев, допускающее вполне определенное движение относительно друг друга.
Кинематическая цепь – система звеньев, связанных между собой кине-
матическими парами.
Механизм – такая кинематическая цепь, в которой при заданном движении одному или нескольким звеньям относительного любого из них, все остальные звенья совершают однозначно определяемые движения.
Плоскими механизмами называются такие, точки звеньев которых описывают траектории, лежащие в параллельных плоскостях.
Кинематические звенья, кинематические пары, кинематические цепи и
механизм изображают графически, используя рекомендуемые обозначения
(таблица 1).
Звенья механизмов делятся на подвижные и неподвижные. Неподвижное
звено называют стойкой. На рисунке 1 стойка обозначена цифрой ноль (0).
Входное звено – звено, которому сообщается движение, преобразуемое
механизмом в требуемые движения других звеньев. На схемах входному звену
задается движение стрелкой: звено 1 на рисунке 1, а, б, в; звено 8 на рисунке 1, г; звено 10 на рисунке 1, д.
Выходное звено – звено, совершающее движение, для выполнения которого создается механизм: звенья 3, 5, 7, 9, 11 на рисунке 1.
А
7
Таблица 1 – Условные обозначения пар и звеньев механизмов
Условное обозначение Названия изображения.
Комментарий
Стержень, рычаг, ось, вал, шатун и т.п.
(звено).
0
Звено в форме треугольника. Базисное
звено.
Соединение стержней – жесткое. Каж-
дое представляет собой одно звено.
Поступательно движущееся
звено: ползун или камень кулисы.
Вращательная кинематическая пара.
Соединение ведущего звена со стойкой
вращательной парой А.
Поступательно движущееся звено,
состоящее из двух жестко соединенных
деталей.
Шарнирное соединение стержня с
поступательно движущимся звеном.
8
Продолжение таблицы 1
Условное обозначение Названия изображения.
Комментарий
а)
б)
в)
а)
б)
в)
Ползун в направляющих: а и б – направляющие (неподвижные) охватывают ползун. Ползун охватывает направляющую – в.
Камень кулисы: а и б – камень кулисы охватывает кулису; в –
кулиса охватывает камень кулисы.
Фрикционный механизм.
Наличие окружности, выполненной
штрих-пунктиром, обозначает, что на
схеме представлен зубчатый механизм.
Варианты обозначения зубчатых
механизмов, состоящих из двух
цилиндрических колёс внешнего
зацепления.
Кривошип – звено, совершающее полный оборот вокруг неподвижной оси
(рисунок 1, а, б, в).
Камень кулисы – звено, поступательно движущееся относительно под-
вижной направляющей (звено 2, рисунок 1, а).
Кулиса – подвижная направляющая поступательной кинематической па-
ры (звено 3, рисунок 1, а), которая соединена со стойкой (звено 1, рисунок 1).
Шатун – звено, совершающее сложное плоско-параллельное движение и
не имеющее кинематических пар со стойкой (звено 4, рисунок 1, б).
Ползун – звено, образующее со стойкой поступательную пару (звено 5,
рисунок 1, б).
9
Коромысло – звено, совершающее колебательные движения относительно
неподвижной оси (звено 7, рисунок 1, в).
Кулачок – звено, которое выполнено в виде поверхности переменной кри-
визны (звено 8, рисунок 1, г).
Толкатель – звено кулачкового механизма, взаимодействующее с рабочей
поверхностью кулачка и совершающее поступательное движение (звено 9, рисунок 1, г).
Шестерня – зубчатое колесо с меньшим числом зубьев (меньшего диа-
метра) по сравнению с другим зацепляющимся с ним зубчатым колесом (на
рисунке 1, д, шестерня 10, зубчатое колесо 11).
Названия рычажным механизмам дают по входному и выходному звеньям. На рисунке 1, а «кривошипно-кулисный механизм», «кривошипно-ползунный» (рисунок 1, б). Название механизма на рисунке 1, д соответствует конструктивному исполнению звеньев в виде тел вращения с нарезанными зубьями
– «зубчатый механизм», на рисунке 1, г – «кулачковый механизм».
Рисунок 1 – Схемы механизмов
−⋅−⋅=
10
2.2 Классификация кинематических пар
Любая кинематическая пара ограничивает движение звеньев, эти ограничения называют связями.
Кинематические пары классифицируют по следующим признакам:
По числу связей, налагаемых на относительное движение их звеньев.
Класс кинематической пары определяется числом связей.
По форме контакта соприкасающихся звеньев: по поверхности – такие
кинематические пары называются низшими; по линии или в точке – высшими.
По виду относительного движения для каждого из образующих ее звеньев:
обратимые кинематические пары реализует один и тот же вид движения
для каждого звена (кинематические пары III, IV, V классов);
необратимые кинематические пары (I, II классов) реализуют разные виды
движения для каждого звена образующих их.
2.3 Структурный анализ
Степень подвижности плоских механизмов определяется по формуле Чебышева
, (1)
23 ppnW
45
n – число подвижных звеньев механизма;
где
– число кинематических пар пятого класса;
p
5
– число кинематических пар четвертого класса.
p
4
В основе структурной теории лежат два понятия: механизм первого клас-
са и структурная группа (группа Ассура).
Механизмом первого класса или начальным механизмом – условно назва-
но входное звено, соединенное со стойкой кинематической парой V класса,
вращательной или поступательной (рисунок 2) .
Рисунок 2 – Механизмы первого класса