Лабораторный практикум . Часть 2

по дисциплине «Детали и механизмы приборов»

для специальностей

«Механические и электромеханические приборы и аппараты»,

 «Биотехнические и медицинские аппараты и изделия»,

«Технология и производство изделий ювелирного назначения»

 

 

Минск 2021

Содержание

 

1. Лабораторная работа № 1 «Определение крутящего момента электромагнитной муфты»

2. Лабораторная работа № 2 «Определение геометрических и кинематических параметров фрикционных передач»

3. Лабораторная работа № 3 «Определение момента сопротивления вращению подшипника»

4. Лабораторная работа № 4 «Определение геометрических и конструктивных параметров валов и осей»

5. Лабораторная работа № 5 «Определение геометрических и кинематических параметров ременных передач»

6. Лабораторная работа № 6 «Определение жесткости плоских и винтовых пружин»

7. Лабораторная работа № 7 «Определение коэффициента трения в направляющих»

8. Лабораторная работа № 8 «Определение кинематических характеристик винтовых механизмов»

 

Лабораторная работа № 1

 

«Определение крутящего момента электромагнитной муфты»

 

Цель работы: изучить конструкции соединительных муфт и определелить передаваемый крутящий момент электомагнитной муфты.

 

Оборудование и принадлежности

 

1. Стенд «Муфта электромагнитная»

        

Теоретические положения

 

Применение муфт в приборостроении вызвано необходимостью:

- получения длинных валов, изготовляемых из отдельных частей, компенсации небольших неточностей монтажа в относительном расположении соединяемых валов;

- придания валам некоторой относительной подвижности во время работы (малые смещения и перекос геометрических осей валов);

- включения и выключения отдельных узлов;

- автоматического соединения и разъединения валов в зависимости от пройденного пути, направления передачи вращения, угловой скорости, т. е. выполнения функций автоматического управления;

- уменьшение динамических нагрузок.

Современные механизмы состоят из ряда отдельных частей с входными и выходными концами валов, которые соединяют с помощью муфт (рис.1).

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема механизма

 

 

 

Классификация муфт

 

Многообразие конструкций муфт усложняет их классификацию. Простейшая муфта сделана из куска ниппельной трубочки и соединяет вал электромоторчика с крыльчаткой автомобильного омывателя стекла. Муфты турбокомпрессоров реактивных двигателей состоят из сотен деталей и являются сложнейшими саморегулирующимися системами.

Группы муфт различают по характеру соединения валов.

- Муфты механического действия:

а) жесткие (глухие) — практически не допускающие компенсации радиальных, осевых и угловых смещений валов;

б) компенсирующие — допускающие некоторую компенсацию радиальных, осевых и угловых смещений валов благодаря наличию упругих элементов (резиновых втулок, пружин и др.);

в) фрикционные — допускающие кратковременное проскальзывание при перегрузках.

- Муфты электрического (электромагнитного) действия.

- Муфты гидравлического или пневматического действия.

В электрических и гидравлических муфтах, используют принципы сцепления за счет электромагнитных и гидравлических сил. Эти муфты изучают в специальных курсах. Далее анализируются только механические муфты. Большинство применяемых муфт стандартизованы. Основной характеристикой при подборе муфт по каталогу или справочнику является передаваемый момент, учитывающий наиболее тяжелое условие ее нагружения.

Классы муфт различают по режиму соединения валов.

- Нерасцепляемые (постоянные, соединительные) – соединяют валы постоянно, образуют длинные валы.

- Управляемые (сцепные) – соединяют и разъединяют валы в процессе работы, например, широко известная автомобильная муфта сцепления.

- Самодействующие (самоуправляемые, автоматические) – срабатывают автоматически при заданном режиме работы (обгонные, центробежные, предохранительные). 

- Предохранительные муфты, разъединяющие валы при нарушении нормальных эксплуатационных условий работы.

- Прочие.

Основная характеристика муфты – передаваемый вращающий момент.

 

Примеры конструкций муфт

Жёсткие (глухие) муфты

С помощью этих муфт осуществляется жесткое соединение валов. Могут быть втулочными или фланцевыми.

Втулочная муфта является простейшей из жестких муфт. Она представляет собой втулку 3 (рисунок 1.2), посаженную с помощью шпонок, штифтов или шлицев на выходные концы валов 1 и 2.

Рисунок 1.2. – Втулочная муфта: а — крепление на шпонке; б — крепление штифтом

 

Втулочные муфты находят применение в тихоходных и неответственных конструкциях машин при диаметрах валов d < 70 мм.

Достоинство таких муфт — простота конструкции и малые габаритные размеры; недостатки — необходимость при монтаже и демонтаже раздвигать концы валов на полную длину муфты либо сдвигать втулку вдоль вала не менее чем на половину ее длины; необходимость очень точного совмещения валов, так как эти муфты не допускают радиального или углового смещения осей валов (рис. 1.3).

Материал для изготовления втулки — сталь 45; для муфт больших размеров — чугун СЧ25.

Рисунок 1.3. - Возможные смещения валов

 

Фланцевая муфта состоит из двух полумуфт 1 и 2 (рис. 1.4), соединенных болтами 4. Для передачи вращающего момента используют шпоночные или шлицевые соединения. Вращающий момент передаётся за счёт сил трения между фланцами, а когда болты вставлены без зазора, то также и болтами. Фланцевые муфты стандартизованы в диапазоне диаметров 12...250 мм и передают моменты 8...45000 Нм. В тяжёлых машинах полумуфты приваривают к валам.

Эти муфты называют иногда поперечно-свертными. Для лучшего центрования фланцев на одной полумуфте делают круговой выступ, на другой — выточку того же диаметра (рис. 1.4, а) или предусматривают центрующее кольцо 3 (рис. 1.4, б).

Рисунок 1.4. - Фланцевые муфты: а - центровка за счет выступа; б — центровка кольцом

Фланцевые муфты могут передавать значительные вращающие моменты; имеют широкое распространение в машиностроении. Употребляются для валов диаметром d < 350 мм. Достоинство этих муфт — простота конструкции и легкость монтажа; недостаток — необходимость точного совмещения валов и точного соблюдения перпендикулярности соприкасающихся торцовых поверхностей полумуфт к оси вала.                                          

Материал фланцевых полумуфт — сталь 40, 35Л, чугун СЧЗО (для муфт больших размеров).

Компенсирующие муфты

Конструкции этих муфт несколько сложнее, но они допускают некоторые радиальные и угловые смещения осей валов. Основное назначение этих муфт состоит в том, чтобы компенсировать вредное влияние неправильного относительного положения соединяемых валов. Однако эти муфты чувствительны к перекосам. Кроме того, при перекосах валов вследствие трения в зубьях муфта нагружает валы изгибающим моментом примерно 10% от вращающего. Компенсирующие муфты делятся на жесткие подвижные и упругие (деформируемые).

Кулачково-дисковая муфта (рис. 1.5) состоит из двух полумуфт 1 и 2 с диаметральными пазами на торцах и промежуточного плавающего диска 3 (рис. 1.5, а) с взаимно перпендикулярными выступами. В собранной муфте выступы диска располагаются в пазах полумуфт (рис. 1.5, б). Трущиеся поверхности периодически смазывают пластичной смазкой (один раз в смену). Кулачково-дисковая муфта применяется для соединения тихоходных валов (до 250 об/мин). Допустимые радиальные смещения валов — до 0,04 мм, угловое — до 30'. Недостаток этих муфт — повышенная чувствительность к перекосам валов. Эти муфты предназначены главным образом для компенсации относительно параллельного смещения осей валов. Теоретически, при любом смещении передаточное отношение между валами постоянное. При вращении ведущего вала без угловых ускорений ведомый вал также будет вращаться равномерно. Полумуфты и диски рекомендуется изготовлять из стали 45Л.

Рисунок 1.5. - Кулачково-дисковая муфта: а — элементы муфты; б — в собранном виде

 

Упругие муфты

Предназначены главным образом для смягчения (амортизации) ударов, толчков и вибрации. Кроме того, допускают некоторую компенсацию смещений валов.

Главная особенность таких муфт – наличие металлического или неметаллического упругого элемента. Используются различные упругие элементы (рис.1.6) а – звёздочки, б – шайбы, в – упругие оболочки, г – винтовые пружины, д – змеевидные пружины, е – сильфоны и т.п. Способность упругих муфт противостоять ударам и вибрации значительно повышает долговечность машин.

Рисунок 1.6. - Конструкции упругих муфт

Муфта с упругой торообразной оболочкой может, фактически, рассматриваться, как упругий шарнир Гука. Она способна компенсировать значительные неточности монтажа валов.

Лёгок монтаж, демонтаж и замена упругого элемента. Допускаются радиальные смещения 1...5 мм, осевые 2...6 мм, угловые 1,5...2⁰, угол закручивания 5...30⁰.

Электромагнитные муфты

Для регулирования частоты вращения, вращающего момента на валу, для соединения и разъединения ведущего и ведомого валов применяются электрические аппараты в виде муфт с электрическим управлением.

Более широко применяются электромагнитные муфты, в которых используется электромагнитное усилие притяжения между ферромагнитными телами. Эти муфты удобны в эксплуатации, имеют малые габаритные размеры и небольшое время срабатывания, передают большие мощности на валу при сравнительно малой мощности управления.

Простейшая конструкция электромагнитной муфты представлена на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7. - Электромагнитная муфта

Постоянное напряжение подводится к щеткам, скользящим по контактным кольцам 1, соединенным с выводами обмотки 2. Обмотка имеет цилиндрическую форму и окружена магнитопроводом ведущей части 3 муфты. Направляющая втулка 7 имеет выступ 6, который входит в паз 8 полумуфты 5, которая может перемещаться вдоль оси, оставаясь соединенной с валом 10.

В обесточенном состоянии пружина 9 упирается в направляющую втулку 7, жестко закрепленную на валу 10, и отодвигает подвижную часть полумуфты 5 вправо. При этом поверхности трения (диски 4) не соприкасаются и ведомый вал 10 разобщен с ведущим валом 11.

При подаче на обмотку управляющего напряжения возникает магнитный поток Ф. На полумуфты 3, 5, выполненные из магнитомягкого материала, начинает действовать электромагнитная сила, притягивающая их друг к другу. Таким образом, полумуфты и обмотка представляют собой электромагнит. Между дисками 4, жестко связанными с деталями 3 и 5, возникает сила нажатия, обеспечивающая необходимую силу трения и их надежное сцепление.

Лабораторная установка

 

Стенд состоит из следующих основных частей:

– блока питания 1;

– усилителя сигнала датчика 2;

– цифрового вольтметра 3;

– муфты электромагнитной 4;

– индикатора тока муфты электромагнитной 5;

– индикатора напряжения муфты электромагнитной 6;

–

4

3

2

привода вращения 7.

	1

6

5

Рисунок 1.8 – Фотография общего вида стенда

 

Порядок выполнения работы

 

1. Перед выполнением работы получить у инженера или преподавателя принадлежности к работе и установку.

2. Ознакомиться с принципом работы лабораторной установки.

3. Начертить схему установки.

4. Перед подключением установки (стенда) к сети установить органы управления в следующее положение:

– регулятор напряжение муфты в крайнее левое положение (против часовой стрелки);

– выключатель муфты электромагнитной в положение включено.

– подключить стенд к сети 220 вольт;

– включить питание выключателем сеть при этом включится зелёный индикатор питания стенда и электромотор стенда;

– дать стенду перед началом измерений поработать 5 минут на холостом ходу.

5. При измерений характеристик муфты электромагнитной плавно изменять напряжение на муфте, устанавливая 4-5 точек измерения и снимая показания вольтметра, миллиамперметра.

Внимание! Напряжение питания муфты электромагнитной необходимо изменять плавно чтобы избежать резких ударов механизма об ограничители.

6. Результаты измерений занести в таблицу.

 

Содержание отчета

1. Титульный лист.

2. Цели и задачи выполнения работы.

3. Оборудование и принадлежности к работе.

4. Схема установки.

5. Результаты измерений.

6. Выводы.

Контрольные вопросы

 

1. Назначение муфт.

2. Классификация муфт.

3. Принцип действия жесткой муфты.

4. Принцип действия упругой муфты.

5. Принцип действия электромагнитной муфты.

6. Поясните результаты измерений.

Лабораторная работа № 2

 

«Определение геометрических и кинематических параметров фрикционных передач»

 

Цель работы: Ознакомление с основными типами вариаторов, принципом их работы и определением их геометрических и кинематических параметров.