5. Контрольные вопросы к лабораторным заданиям

1. От чего зависит коэффициент трения скольжения и чему он равен при сухом, граничном и жидкостном трении?

2. Как определяется сила прижатия фрикционных передач?

3. От чего зависит крутящий момент на ведомом валу?

4. Что такое электромеханическая постоянная и как находят практически время разгона двигателя?

5. Как определяются геометрические характеристики фрикционных передач?

6. Каким образом определяются экспериментальные отношения цилиндрических передач?

7. Что такое диапазон регулирования вариатора?

8. Изобразите схему планетарного конического вариатора?

9. Как определяется передаточное отношение конического вариатора?

10. Какие существуют передачи гибкой связи с зацеплением?

11. Как рассчитываются передаточные отношения для механизмов зубоременных передач и передач с перфорированной лентой?

13

6. Указания по оформлению отчета

Отчет оформляется в соответствии с требованиями, изложенными в методических указаниях к лабораторной работе № 1.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Красковский Е.Я. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем / Е.Я. Красковский, Ю.А. Дружинин, Е.М. Филатова.- М.: Высш. шк.. 1991. -480 с.

2. Иосилевич Г.В. Прикладная механика./ Г.В. Иосилевич, Г.Б. Строганов, Г.С. Маслов.- М.: Высш. шк., 1989. -381 с.

3. Справочник конструктора РЭА: Компоненты, механизмы, надежность/ Н.А. Барканов, Б.Е. Бердичевский, П.Д. Верхопятницкий и др.; под ред. Р.Г. Варламова.- М.: Радио и связь, 1985. -384 с.

4. Рощин Г. И. Несущие конструкции и механизмы РЭА/ Г. И Рощин.- М.: Высшая школа, 1981.-375 с.

5. Курсовое проектирование механизмов РЭС /Под ред.

Г.И. Рощина.- М.: Высш. шк., 1991.- 246 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФРИКЦИОННЫХ МЕХАНИЗМОВ С ГИБКОЙ СВЯЗЬЮ

1. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

1. Цель работы.

Исследовать кинематические характеристики фрикционных передач с гибкой связью. Освоить методику расчета силовых и прочностных характеристик фрикционных ременных передач.

14

Исследовать влияние напряжения питания на угловую скорость вращения ведомого звена фрикционных передач с гибкой связью.

1.2. Общая характеристика работы

Основным содержанием практической работы является исследование законов движения фрикционных передач с гибкой связью, изучение влияния напряжения питания на угловую скорость движения ведомого звена фрикционной передачи магнитофона в режиме перемотки и воспроизведения. Анализируются различные фрикционные передачи; их геометрия и динамические характеристики механизмов. Рассматриваются силы, действующие в зацеплении звеньев, методика их расчета и определения. При исследовании механизмов используется лабораторный стенд, содержащий кинематику переносного магнитофона и автомобильной магнитолы, а также электронный блок контроля кинематических параметров ведомых и ведущих звеньев передач. В процессе работы необходимо соблюдать правила по технике безопасности при работе с электроустановками с напряжением до 1000 В. Контроль угловых частот ведомых звеньев осуществляется автоматически с помощью магнитных датчиков, связанных с электронной схемой устройства. Для выключения питания на лабораторной установке установлен выключатель положения, а для очистки разрядов счетчика используется кнопка ‘СБРОС’.

2. ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ

Задание № 1. Изучить основные виды фрикционных механизмов с гибкой связью и определение их передаточного

15

отношения, в заготовку отчета занести основные виды фрикционных передач.

Методические указания по выполнению первого задания

При выполнении задания изучить материал /1, с. 306 – 312; 2, с. 126 – 129; 3, с. 86 – 87/. Анализируя задание следует учитывать, что фрикционные механизмы с гибкой связью применяются для передачи вращения между валом при больших межосевых расстояниях и для преобразования вращательного движения в прямолинейное, и наоборот. Для передачи вращения (рис. 1, а) механизмы имеют передаточное число 7÷10 и обладают плавным ходом, демпфируют и сглаживают колебания крутящего момента, имеют низкую стоимость, не нуждаются в смазке и работают в широком температурном интервале от – 40 до + 80 °С. Эти особенности обусловливают применение ременных передач в системах автоматики и ЭВМ, приводах магнитофонов и видеомагнитофонов. Кроме ременной передачи различают механизмы с непосредственными соединениями, когда гибкая связь 3 закреплена каким - либо способом на барабанах или шкивах; (рис. 1, б).

Передачи с гибкой связью с непосредственным соединением служат для преобразования движения с высокой точностью на большие расстояния. Так передача (рис. 1, б) служит для линеаризации шкалы прибора и состоит из дисков 1 и 2, связанных гибкой связью 3. В качестве связи выступает металлическая лента. Концы ленты жестко с помощью винтов закреплены на барабанах, что исключает возможность проскальзывания и обеспечивает точное перемещение ведомого звена. Для полновращательной фрикционной передачи (рис. 1, а) в качестве гибкой связи 3 между дисками 1 и 2 выступает ремень.

16

Рис. 1. Фрикционные передачи с гибкой связью

Ремни в поперечном сечении могут быть плоскими (рис. 2, а), клиновыми (рис. 2, б), круглыми (рис. 2, в).

Наиболее проста в конструктивном отношении передача с плоским ремнем; в ней можно применять шкивы меньших диаметров по сравнению с другими ременными передачами, т.е. плоскоременная передача наиболее компактна. Материалом для плоских ремней кроме нитриловой резины служат хлопчатобумажные ткани, различные синтетические материалы. В приборах применяют плоские ремни толщиной до 0,25 мм из полиэфирной пленки. Клиновые ремни применяют для увеличения нагрузочной способности и уменьшения проскальзывания по аналогии с жесткими клиновыми фрикционными колесами /4/. Клиноременные передачи используют для мощностей Р ≥ 30 Вт. Передачи с круглым ремнем (пассиком) используют в звуко – и видеозаписывающих приборах.

17

Рис. 2. Типы ремней

В канавке шкива (рис. 2, в) круглый ремень деформируется, чем достигается тот же эффект, что и при клиновом ремне. Круглоременные передачи работают при меньших натяжениях по сравнению с другими видами ремней, допускают большие неточности взаимного положения шкивов, могут работать в разных плоскостях без скручивания, дешевле клиноременных передач. Круглые ремни изготавливают из нитриловых резин или неопрена. Наилучшая форма канавки шкива – полукруг. Передаточное отношение фрикционного механизма с гибкой связью:

, (1)

где r₁ и r₂ – расчетные радиусы шкивов 1 и 2; ε = 0,005 … 0,02 – относительное упругое скольжение ремня; Д₁ и Д₂ – диаметры шкивов.

Для фрикционных передач с непосредственными соединениями в качестве гибких связей применяются гибкие тросики: стальные диаметром d = 0,6 - 1,02 мм;

18

капроновые d = 0,3 - 0,8 мм и специальные для радиоприемников d = 0,8 - 1,3 мм и гибкие стальные ленты, для которых применяются высокоуглеродистые и пружинные стали толщиной 0,1; 0,12; 0,15; 0,18; 0,2; 0,22; 0,25; 0,28; 0,3 и шириной 4 - 30 мм. Предел прочности при растяжении таких лент 735 - 1175 МПа. На рис. 3 приведены схемы передач гибкой связью с непосредственными соединениями. Для передачи преобразующей линейное перемещение гибкой связи 3 во вращательное движение ролика 1 (рис. 3, а). уравнение движения имеет вид

φ₁ = 180 / π(2l /d + h), (2)

где φ₁ – угол поворота ролика;

l – поступательное перемещение гибкой связи,

d – диаметр ролика;

h – толщина или диаметр тросика

Для передачи (рис. 3, в) уравнение движения задается формулой

φ₂ = φ₁(d₁ + h) / (d₂ + h) (3)

Передачи с гибкой связью могут работать как на ускорение, так и на замедление с i₁₂ до 3:1 или 1:3. Необходимым условием работы передачи с гибкой связью является силовое или кинематическое замыкание. Силовое замыкание передач с одной ветвью чаще всего осуществляется с мощью пружин связанных с ведомым звеном.

В кинематических замкнутых передачах натяжение гибкой связи производится пружиной (рис. 3, в), натяжным роликом (рис. 3, г) или винтовой стяжкой (рис. 3, д).

Шкивы и ролики для передач с гибкими тросиками выполняются с одной круговой и несколькими спиральными канавками. Профиль канавки шкива для увеличения трения обычно делают клиновидным (рис. 4, а).

19

Рис. 3. Схемы передач гибкой связью

Ролики для передач с гибкой лентой выполняют в прямоугольной канавке (рис. 4 б). Величина силы трения гибкой нитью на неподвижном цилиндре равна

F₁ = F₁ – F₂ = e^fα – 1, (4)

где α – угол обхвата цилиндра гибкой нитью (рис. 4, в);

f – коэффициент трения между шкивом и тросиком, равный 0,25 - 0.3

Рис. 4. Профили канавок шкивов

20

Гибкий тросик может передавать шкиву радиусом R вращающий момент Т ≤ F_tR = RF₂(e^fα – 1). Если момент сопротивления вращения шкива будет больше F_tR, то гибкий тросик будет скользить по шкиву и может предохранить механизм хода от перегрузки и поломки.

Задание № 2. Изучить геометрические характеристики фрикционных передач с гибкой связью, в заготовку отчета занести основные формулы расчета геометрии передачи.

Методические указания по выполнению второго задания.

При выполнении задания изучить материал /1, с. 309; 2, с.137/. Следует учитывать, что основными геометрическими параметрами передачи являются: диаметры шкивов Д₁ и Д₂, межосевое расстояние а, длина ремня L и угол обхвата на меньшем шкиве α. Минимальный размер Д_min для клинового и поликлинового ремней Д_1min= 2(2,5…4)h, для круглых ремней диаметр малого шкива рекомендуется принимать Д_1min= 4d при частоте n ≤ 3000 об/мин и Д_1min= 2(2,5÷4)d при больших n ≥ 3000 об/мин; для плоских ремней

Д_1min = 50÷70δ,

где d, h, δ – размеры ремней (рис. 2). Значение Д₂ находят из формулы

Д₂ = Д₁i₁₂(1 – ε) (5)

Экспериментально установлено , что ε = 0,015 ÷ 0,02 – для клиноременных, ε = 0,02 для круглоременных передач.

Минимальное межосевое расстояние определяют из соотношения

а_min= 0,55(Д₁ + Д₂) (6)

21

Максимальное межосевое расстояние (во избежания увеличения габаритов и стоимости ремней) рекомендуют ограничивать значением

а_max= (1,5 - 2)ּ(Д₁ + Д₂) (7)

Угол обхвата меньшего шкива Д₁ равен

α= 180° - 57° [ (Д₂ – Д₁) ] / а (8)

Требуемая длина ремня L при заданном межосевом расстоянии а и угле обхвата α определяется соотношением

L = 2a + 0,5π(Д₁ + Д₂) + 0,25(Д₂ – Д₁)² / а (9)

Длину ремня передач с натяжным роликом также находят из геометрических соображений. Шкивы изготавливают из стали, легких сплавов и пластмасс. Наименьший размер шкива Д_min= 6 ÷ 8 мм, угол обхвата ведушего звена α₁ = 100 ÷ 150°.

Задание № 3. Изучить определение коэффициента полезного действия для фрикционной передачи с гибкой связью.

Методические указания по выполнению третьего задания.

При изучении задания проработать материал /2, с 132/ и учесть, что при работе плоскоременной передачи часть энергии расходуется на упругий гистерезис, сдвиг, изгиб, на скольжение ремня по шкивам, аэродинамическое сопротивление движению ремня и шкивов, сопротивление трению подшипниках валов передачи. В клиноременной и круглой передачах добавляются потери на трение при радиальном перемещении ремня в процессе входа в канавку шкива и выхода из нее, а также потери на упругий гистерезис при изгибе ремня.

22

Коэффициент полезного действия (к.п.д) ременной передачи зависит от коэффициента тяги φ и соответствующего ему относительного скольжения ремня ε. Наибольший η соответствует некоторому значению Ψ₀ на линейном участке кривой скольжения (рис. 5).

Рис 5. Кривая скольжения ξ от коэффициента тяги Ψ

Шкивы и ролики для передач с гибкими тросиками выполняются с одной круговой и несколькими спиральными канавками. Профиль канавки шкива для увеличения трения обычно делают клиновидным (рис. 4, а). При увеличении Ψ₀ происходит снижение к.п.д. из-за нарастания потерь энергии на трение. Эффективным считают нагруженные передачи, соответствующие наибольшему к.п.д и некоторому запасу по сцеплению ( Ψ₀ = 0,4 ÷ 0,5) – для плоскоременных передач, ( Ψ₀ = 0,5 ÷ 0,6) – для круглоременных передач, ( Ψ₀ = 0,6 ÷ 0,7) – для клиноременных передач. При этом η равен η = 0,97 ÷ 0,98 для плоскоременной передачи, η = 0,95 ÷ 0,97 для круглоременной передачи и η = 0,92 ÷ 0,97 для клиноременной передачи

Задание № 4. Изучить определение силового усилия в фрикционных передачах с гибкой связью, в заготовку отчета занести основные расчетные соотношения.

23

Методические указания по выполнению четвертого задания

При выполнении задания следует проработать материал / 1, с. 309-311; 5, с. 123-124 / и учесть, что начальная сила натяжения гибкой связи равна

F ₀ = σ ₀S , (10)

где σ₀ – напряжение предварительного натяжения, зависящее от типа гибкой связи;

S - площадь сечения гибкой связи.

Для передач с ремнем из синтетических волокон и полиамидным покрытием при толщине ремня δ ≤ 1 мм. Напряжение σ₀ =12 ÷ 15 МПа, для передач, используемых в механизмах настройки, ввиду меньшей упругости применяемых материалов и малой величины окружного усилия σ₀ = 0,5 ÷ 1 МПа. Передача окружного усилия F₁ = F₁ – F₂ вызывает перераспределения F₀ при n₁ = 0 (рис. 4, в) до значения F₁ > F₀ в ведущей ветви и F₂ < F₀ в ведомой ветви при n₁ > 0. Для создания сил трения необходимо, чтобы F₂ > 0. Из системы уравнений

F₁ = 2T₁ / Д₁ = F₁ – F₂ (11)

2F₀ = F₁+F₂ (12)

следует

F₁ = F₀T₁ / Д и F₂ = F₀T₁ / Д₁ (13)

Предельное соотношение между силами f₁ и f₂ определяется формулой Эйлера

F₁ = F₂e^fα , (14)

Где f - коэффициент трения скольжения,  - угол обхвата

24

Из (13) и (14) начальная сила натяжения равна

(15)

При этом угол обхвата гибкой связью меньшего шкива определяется выражением (8). Гибкая связь может передавать шкиву вращательный момент Т ≤ F₁Д₁ / 2 = Д₁ / 2 F₂ (e^fα – 1). Для увеличения F₁ в механизмах настройки угол обхвата α увеличивают до 360° и более. Предварительное натяжение гибкой связи осуществляется как показано выше (рис. 3) с помощью натяжного устройства, а также путем предварительного растяжения при ее установке на шкивы и прикрепления ее конца к шкиву через пружину (рис. 3, в). Расчет таких передач на прочность рассмотрен в задании 1. Передачи с гибкой связью при ее непосредственном соединении со шкивами применяют, когда требуется осуществить настройку. При небольших крутящих моментах Т₁ расчет передачи ведут по формулам (10...15), задаваясь сечением ремня, коэффициентом трения скольжения и геометрией прецизионного перемещения исполнительного звена, так как здесь исключена возможность проскальзывания гибкой связи по шкивам за счет ее жесткого закрепления на них.