2.2. Описание лабораторной установки

Установка (рис. 2.2) состоит из основания 1, двух шкивов 2, установленных на одинаковой высоте на стойках 3.

Рис. 2.2. Установка для определения коэффициента трения скольжения между различными материалами.

В данной установке шкивы, кинематически связанные между собой перекрестной ременной передачей 4, получают вращение в противоположных направлениях от синхронного электродвигате­ля 5 через ременную передачу 6. Включение электродвигателя в работу осуществляется тумблером 7.

В комплект установки входят также однородные стержни 8, выполненные из разного материала. Стержень 8, установленный на вращающихся навстречу друг другу шкивах с начальным сме­щением влево или вправо от середины между их осями, соверша­ет гармонические колебания. Период колебаний зависит от коэф­фициента трения скольжения между стержнем и шкивами.

2.3. Порядок выполнения работы

1. Положить стержень №1 на шкивы 2, сместив от середины между осями шкивов на величину Х₀= 60...100 мм (см. рис. 2.1).

2. Включить установку в работу тумблером 7.

3. Замерить секундомером время пяти полных колебаний стержня. Опыт повторить 3 раза.

4. Сказанное в п. 1, 2, 3 повторить для стержня №2.

5. Результаты опытов занести в таблицу для подсчета периода колебаний стержней №1 и №2.

6. Вычислить по формуле (2.7) коэффициенты трения сколь­жения стержней по поверхности шкивов.

2.4. Содержание отчета

1. Номер и название работы.

2. Цель работы.

3. Схема к определению коэффициента трения скольжения

между стержнем и шкивами.

4. Результаты исследований по форме:

Номер опыта		Время пяти полных колеба­ний tt, с	Период колеба­ний Тi = τi / 5, с
Стержень №1	I
	2
	3
	Среднее значение
Стержень №2	I
	2
	3
	Среднее значение

5. Определение коэффициентов трения скольжения стержня по поверхности шкивов по формуле (2.7).

6. Выводы.

2.5. Контрольные вопросы.

1. Объясните причину гармонических колебаний стержня.

2. От каких факторов зависит период колебаний стержня?

3. От чего зависит амплитуда колебаний?

4. Оказывает ли влияние частота вращения шкивов на период колебаний стержня?

5. Грани стержня выполнены из разного материала. Произой­дет ли изменение периода и амплитуды колебаний, если стержень перевернуть на другую грань?

РАБОТА 3.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В ЭЛЕК­ТРОДВИГАТЕЛЕ.

Цель работы - определение среднего значения момента сил сопротивления вращению ротора электродвигателя.

3.1. Теоретическое обоснование работы

Процесс преобразования электрической энергии в механиче­скую сопровождается потерями. В них существенную долю со­ставляет механическая часть потерь.

Исследуем механические потери в асинхронном электродви­гателе с короткозамкнутым ротором, расположенным горизон­тально.

Ниже приведены технические данные электродвигателя, не­обходимые для исследований.

Технические данные лабораторной установки

1. Тип электродвигателя - асинхронный с короткозамкнутым ротором.

2. Момент инерции ротора J_x . кг-м² 0,0017

3. Угловая скорость вращения ротора ω₀ , рад/с 104,5

При подключении электродвигателя к сети питания возникает движущий момент в роторе. В результате ротор начинает вра­щаться. Через некоторое время угловая скорость стабилизируется, становится равной с со₀.

При отключении электродвигателя от сети питания ротор продолжает вращаться по инерции. Однако из-за механических потерь угловая скорость вращения ротора постепенно падает, и через определенное время он останавливается. При этом механи­ческие потери складываются из момента трения в опорах и мо­мента сил сопротивления воздуха при вращении ротора (рис. 3.1).

Рис 3.1. Схема к исследованию механических потерь в электродви­гателе .

Момент трения в опорах ротора является постоянной величи­ной, зависящей от сил реакции и коэффициента трения в опорах, т. е. определяется по формуле:

Гдеf₁, f₂ - условные коэффициенты трения в подшипниках;

R₁, R₂ - реакции опор;

d_b d₂ - диаметры цапф ротора под подшипники (часто при­нимают оба подшипника одинаковыми).

Момент сил сопротивления воздуха пропорционален угловой скорости вращения ротора, т. е. определяется по формуле:

М_в =μω

где μ. - коэффициент сопротивления воздуха при вращении ро­тора;

ω - угловая скорость вращения ротора.

Момент сил сопротивления воздуха определяется теоретиче­ски с невысокой точностью, так как большие трудности возника­ют в определении коэффициента сопротивления воздуха μ. По­этому для практической оценки механических потерь в электро­двигателе ограничимся определением среднего значения момента М_Ср сил сопротивления вращению ротора электродвигателя.

Рассмотрим вращательное движение ротора после отключения от сети питания электродвигателя. При этом движение ротора можно описать дифференциальным уравнением вида:

(3.1)

где J_x - момент инерции ротора;

со - текущее значение угловой скорости ротора. Разделяя пе­ременные, взяв от обеих частей равенства соответствующие ин­тегралы, получим:

где ω₀ - угловая скорость вращения ротора в момент отключения электродвигателя от сети питания;

t - время свободного вращения ротора до полной остановки. Откуда после преобразований

(3.2)