А. М. Торгов исследование сил трения в цилиндрической направляющей - pismo.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
С трением мы сталкиваемся на каждом шагу, но без трения мы не сделали... 1 200.87kb.
Исследование Научное исследование 1 процесс выработки новых знаний 1 91.63kb.
Тем больше, чем меньше угол есте­ственного откоса и угол трения 1 137.28kb.
Основные виды маркетинговых исследований 1 90.93kb.
Автономное учреждение организатор торгов, которое самостоятельно... 4 1053.81kb.
Экологическое исследование микрорайона лицея№1 города Пролетарска... 1 114.08kb.
Лабораторная работа №1 исследование электрооптических модуляторов... 1 76.2kb.
Лабораторная работа Исследование свойств полупроводников методом... 3 327.17kb.
Одним из условий успешной адаптации в обществе является успех в учебной... 1 67.27kb.
Журналы российской академии наук 1 50.14kb.
Исследование на тему: «Особенности экономического сознания и отношения... 1 84.75kb.
Инструкция по эксплуатации изделий Завод Фа Син по производству редукторов... 1 29.86kb.
Урок литературы «Война глазами детей» 1 78.68kb.
А. М. Торгов исследование сил трения в цилиндрической направляющей - страница №1/1


Министерство общего и профессионального образования РФ

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции
и ордена Трудового Красного Знамени
технический университет им.Н.Э.Баумана

А.М.ТОРГОВ



ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛ ТРЕНИЯ
В ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ



Методические указания
к лабораторной работе № 13
по курсу
«Основы конструирования приборов»



Оригинал: 2001 г.

Оцифровка: 2005 г.

Под редакцией О.Ф.Тищенко

Москва 2008г

Цель работы


Ознакомление с конструкцией установки для определения суммарной силы трения в цилиндрической направляющей с трением скольжения при различных ре­жимах работы; экспериментально и аналитически определить суммарную силу трения в направляющей и проанализировать полученные результаты.

Конструкция установки


Направляющие используются для направления движения столов, кареток, суппортов, наконечников, и других деталей и узлов машин и приборов. Различают направляющие для криволинейного и прямолинейного движения. Более распространены направляющие для прямолинейного движения. В технике широко используются призматические, прямоуголь­ные, цилиндрические направляющие и направляющие типа «ласточкин хвост». Направ­ляющие могут быть с трением качения и с трением скольжения.

В настоящей работе исследуется трение в цилиндрической направляющей прямоли­нейного движения с трением скольжения.

Направляющие просты и надежны в работе. Они должны воспринимать действую­щие на них нагрузки, обеспечивать малое сопротивление движению, точное его направле­ние и быть износостойкими.

Вследствие износа в направляющих с трением скольжения увеличиваются зазоры, происходят перекосы и нарушается точность направления движения. Поэтому очень часто предусматриваются устройства, позволяющие регулировать зазоры в направляющих, как при сборке, так и в процессе эксплуатации. Величина зазоров может меняться при измене­нии температуры и при деформации при воздействии сил.

Установка для изучения работы прямолинейных направляющих с трением скольже­ния смонтирована на основании 1 (рис. 1,2), на котором установлены механизм передвиже­ния, измерительное устройство и пульт управления 3. Механизм приводится в движение электродвигателем 10, мощность которого 20 Вт, напряжение постоянное 110 В. Двигатель допускает регулировку скорости вращения.

Движение от электродвигателя 10 передается через червячный редуктор 12 с переда­точным отношением 16,5 и через коническую передачу 13 с передаточным отношением 1 на ходовой винт (см. рис.5). С червячным редуктором двигатель соединен муфтой.

Ходовой винт сообщает прямолинейное движение подвижной каретке 2, которая пе­ремещается в направляющей типа «ласточкин хвост». С подвижной кареткой 2 поступа­тельно перемещается цилиндрическая направляющая 16 (см. рис.2). Имеются два переклю­чателя, останавливающие подвижную каретку 2 в крайних положениях путем выключения двигателя.

Скорость вращения вала двигателя показывает постоянно включенный магнитный тахометр 9. Для плавного изменения скорости вращения двигателя служит потенциометр,

Установка позволяет определить суммарную силу трения, действующую между ци­линдрической направляющей 16 и измерительной кареткой 2. Для этой цели использовано относительное движение. Измерительная каретка удерживается измерительным устройст­вом.



Рис.1 Рис.2

Измерительное устройство собрано на вертикальной раздвижной стойке 8. в верхней части, которой имеется кронштейн 14 с закрепленной измерительной пружиной 7. Измери­тельная пружина упирается штифтами у нижнего конца в стойку измерительной каретки. Поступательное движение цилиндрической направляющей вызывает движение на измери­тельную каретку сил трения, которые при рабочем ходе уравновешиваются силой, созда­ваемой измерительной пружиной. Деформация измерительной пружины 7 под действием приложенной силы измеряется индикатором часового типа 5, протарированным по силе. При возврате цилиндрической направляющей, т.е. при холостом коде, измерительное уст­ройство оказывается выключенным.

Измерительная каретка цилиндрической направляющей имеет гильзы с двумя втул­ками, одна из которых перемещается с помощью накидной гайки так, что длина L измери­тельной каретки (рис.3) может изменяться. Величину L устанавливают по специальной шкале.

Измерительную каретку цилиндрической направляющей нагружают грузами 15, причем место расположения центра тяжести можно менять. Для этого груз перемещается вдоль консольного рычага 5 так, чтобы зубец груза западал в одну из впадин рычага. Длина образующегося при этом плеча рычага условно отсчитывается от левого края направляю­щей гильзы до центра тяжести груза. Против впадин на консольном рычаге приведены зна­чения, указывающие длину установленного плеча.

Путем изменения длины раздвижной стойки 8 меняется расстояние от средней линии направляющей до упорных штифтов измерительной шкалы.

При перемещении точки приложения силы измерительной пружины меняются усло­вия работы и сила трения направляющей.

Пульт управления 3 смонтирован на передней панели. На нем установлены тумблер 17 включения установки 6 сеть и тумблер 18 переключения с рабочего хода на возврат, и рукоятка потенциометра 19 для плавного изменения скорости движения.

Силы и моменты в цилиндрической направляющей.

Рассмотрим силы и моменты, действующие на измерительную каретку цилиндриче­ской направляющей (рис.3). При рабочем ходе установки направляющая 16 двигается вле­во, а при холостом ходе вправо.


Рис.3


Суммарная сила трения в цилиндрической направляющей измеряется лишь при ра­бочем ходе. В этом случае силы трения T1 и Т2, действующие у краев каретки, направлены влево, т.е. противоположно относительной скорости. Сила трения T1 и Т2 вызваны действи­ем реакций R1 и R2: , где f — коэффициент трения. В центре тяжести С при­ложен вес измерительной каретки (без груза 5). Плечо l1 и Р1, считаем постоянными. Ниже приближенно указано значение l1 для среднего положения накидной гайки. Вес переме­щающегося груза R2 действует на плече l2. Вес груза Р2, как и плечо l2 можно менять. Сила трения Р3 вызвана действием измерительной пружины, l3 — плечо этой силы. Величина Р3 определяется по индикатору. Плечо силы Р3 можно менять, перемещая измерительную пружину вместе с кронштейном вверх или вниз вдоль стойки 8.

Проектируем силы на горизонталь:

(1)

Сила Рз равна искомой суммарной силе трения в направляющей.

Проектируем действующие силы на вертикаль:

Уравнение моментов относительно точки 0:



Решаем совместно полученные уравнения



(2)

где: d — диаметр направляющей.

Откуда:

Из последнего равенства определим:



(3)

Зависимость (3) можно использовать лишь в тех случаях, когда получившиеся из уравнений (2) значения реакций R1 и R2 положительны.

В рассматриваемой конструкции заклинивание возникает, если знаменатель формуле (3) обратится в ноль. Тогда суммарная сила трения Р3 становится равной бесконечности. Чтобы не было заклинивания цилиндрической направляющей, необходимо соблюдать не­равенство . Значения L и l3, могут в установке меняется. В самом неблагоприятном случае L имеет наименьшее значение (L = 35 мм), l3 — наибольшее (l3 = 80мм). Приняв пред­варительно завышенное значение f = 0,2, получим 35 > 2 ∙ 0,2 ∙ 80 = 32, т.е. конструкция уста­новки для исследования работы направляющей обеспечивает отсутствие заклинивания в направляющей. Когда реакция R1 положительна, а реакция R2 по зависимости (2) имеет от­рицательное значение, то формула для определения Р3 принимает более простой вид:

(4)

Установление значений l2, l3 и L можно рассматривать как прямое измерения по ли­нейной шкале. Определение силы Р3 является косвенным измерением на основании уста­новленного значения градуированного коэффициента. Определение реакций R1 и R2 отно­сится к совокупным измерениям, их значение устанавливается на основании решений уравнений, составленным с использованием результатов прямых измерений.


Градуировка


При градуировке прибор должен быть отключен от электрической сети, т.е. тумблер 19  — в положении «выключено». На упорные штифты измерительной пружины 7 надевается планка с закрепленным на ней шнуром и подвеской (см. рис. 2). Шнур перекидывается че­рез блок 23 (рис.4). Ослабляется винт (см. рис.2), крепящий положение раздвижной стойки 8 по высоте. Измерительная пружина 7 вместе с кронштейном опускается вниз до тех пор, пока шнур между планкой и блоком не займет горизонтальное положение. При этом он бу­дет перпендикулярен к измерительной пружине. Установленное положение фиксируется тем же установочным винтом.



Рис.4

После этого поворотом шкалы стрелка индикатора 6 устанавливается на ноль. На конце шнура имеется крючок, на который подвешиваются градуированные грузы весом Р = 5 Н; 10 Н; 15 Н; 20 Н. При действии нагрузки измерительная пружина изгибается, в результа­те чего перемещается шток индикатора 6. Каждой нагрузке Рi соответствует определенное число делений индикатора Ji. Результаты измерений заносятся в таблицу 1, форма которой приведена в конце описания работы. При градуировке примите меры, чтобы грузы не упа­ли. Для каждого замера подсчитывается значения Ki = Рi/Ji, после чего определяют среднее значение К = (К1 + К2 + К3 + К4)/4. При градуировке следите, чтобы значение К были близки между собой. Если между ними имеется значительные расхождения, то результаты градуи­ровки следует проверить снова. Среднее значение коэффициента К используется при даль­нейшем проведении работы. Для того чтобы экспериментально определить силу Р3, равную суммарной силе трения, действующей в цилиндрической направляющей, используется за­висимость:



(5)

где J — число делений индикатора, соответствующее Р3.

Касание гранями каретки 2 ограничителя приводит к выключению измерительного устройства. Поэтому как при градуировке, так и в процессе проведения испытаний во вре­мя рабочего хода, следите, чтобы касания не происходило.

Последовательность проведения опытов и расчетов


Экспериментальные исследова­ния и расчеты каждым студентом выполняются самостоятельно в соответствии с одним из вариантов. Номер варианта указывается преподавателем. Объем работы для варианта при­веден в таблице 2.

  1. Составьте кинематическую схему установки. На рис. 5 приведена кинематическая схема.

  2. Подключите прибор к сети постоянного тока напряжением 110 В. Проверьте правильность установки напряжения питания, иначе можно пережечь электрический двига­тель. Перед началом испытания градировочные грузы и градуировочная планка должны быть сняты.

  3. Включите тумблером 17 прибор.

  4. Установите индикатор 6 на ноль поворотом его шкалы при движении подвиж­ной каретки 8 с цилиндрической направляющей 9 вправо, т.е. при холостом ходе (возврат). После этого шкалу индикатора перемещать не следует, иначе при измерении будут получе­ны неправильные результаты. Переключение установки с рабочего хода на возврат, и на­оборот, производится тумблером 18.

  5. Приступите к испытаниям в соответствии заданным вариантам. Для каждого замера должны быть установлены заданные длина направляющей L, длины плеч l2, l3, вес груза 15 (Р2) и частота вращения двигателя Nд. Длина L устанавливается поворотом гайки 4, которая при этом перемещается вдоль шкалы. Указателем служит левый край гайки. Плечо l3 меняется при перемещении груза 15 (Ре) вдоль консольного рычага 5. Левый зуб груза Ра должен в ходить в соответствующее деление рычага 5. Плечо 13 меняется при пе­ремещении измерительной пружины 7 вместе с верхней частью раздвижной стойки 8. Для этого ослабляется винт верхняя часть стойки 8 перемещается на необходимую высоту вдоль вертикальной шкалы. Указателем в данном случае являются упорные штифты пру­жины 7. Новое положение вновь фиксируется винтом. Число оборотов двигателя Nд прове­ряется по тахометру 9 и устанавливается поворотом рукоятки потенциометра 19. Скорость направляющей подсчитывается по формуле:

(6)

где Nд [об/мин], S — шаг винта (S = 4 мм),


h — число заходов ходового винта 6 (h = 1),
lч — передаточное отношение червячного редуктора (),
lк — передаточное отношение конической передачи (),
UH — мм/с.

Режим работы установки изменяется при выключенном двигателе. Изменение скоро­сти вращения двигателя можно производить, когда двигатель работает. При изменении ре­жима работы установки скорость вращения двигателя меняется. Поэтому в процессе испы­тания следите за показаниями тахометра, поддерживая необходимую скорость поворотом рукоятки потенциометра. Экспериментальное определение суммарной силы трения в ци­линдрической направляющей определяется по индикатору 6. При этом используется фор­мула (5) и средние градуировочного коэффициента. Число делений индикатора и экспери­ментальные значения Р3 записываются в таблицу 3.

В процессе проведения эксперимента студент следит, чтобы при рабочем ходе не вступал в действие ограничитель, так как в этом случае установка не выдает правильные результаты измерения.

После отановки подвижной каретки 2 у одного из краев направляющей установка пускается снова переключением тумблера 18. Можно не дожидаться автоматического оста­нова и тумблером переключить с холостого хода на рабочий и наоборот.

Показания индикатора могут меняться при движении на различных участках направ­ляющей, т.е. трение по мере движения может меняться, хотя условия проведения опыта ос­таются прежними. В таких случаях записываются средние значения показании индикатора. Значительные изменения показаний индикатора, особенно в начале и конце движения, мо­гут вызываться загустевшей смазкой.

Рывок показаний индикатора при пуске установки принимать во внимание не следу­ет. Если при включении установка не работает, так как момент двигателя оказался недоста­точным для приведения ее в действие, то в таблице пишут «не тянет». Если же установка начинает работать рывками, то в таблице указывают «дробит». Последнее часто происходит при значениях J, близких и Jmax т.е. вступает в действие «ограничитель». В таких случаях установку следует немедленно выключить.

Не работающую установку включенной оставлять не следует. После окончания экс­перимента отключите установку от сети.


  1. Выполните расчеты суммарной силы трения в цилиндрической направляющей Р3 по зависимости (3). В процессе расчета заполняйте таблицу 3. Необходимые данные для расчета приведены в этой таблице. Получившиеся в результате расчета по формуле (3) зна­чение силы Р3 временно в таблицу 3 не заносят.

Пользуясь зависимостями (2), проверьте, сохраняют ли реакции R1 и R2 положитель­ные значения при условиях опыта, указанных в варианте. Если значения реакций R1 и R2: получились по зависимостям (2) положительными, то в таблице 3 записываются значения, подсчитанные по формуле (3). Если же реакция R1 получилась положительной, а реакция R2 - отрицательной, то подсчет и запись делается с использованием формулы (4).

  1. По результатам эксперимента и расчетов постройте графики.

  2. Проанализируйте полученные результаты.

  3. Оформите отчет.

  4. Приведите в порядок рабочее место.


Таблица 1




P1, H

Деления индикатора J1

K1 = P1/J1, H/дел

1

2

3



4

5

10

15



20








Содержание отчета


  1. Наименование и цель работы.

  2. Схема установки.

  3. Формулы, по которым велись расчеты и исходные данные для расчетов.

  4. Экспериментальные данные и расчеты, таблицы, результаты градуировки.

  5. Графики зависимостей, подученных экспериментально и расчетном путем.

  6. Выводы из выполненной работы. Ответы на контрольные вопросы.

Объем работ по вариантам


Эксперименты провести при следующих условиях:

Таблица 2


Вариант

Nд

об/мин

Р2
Н


l2

мм

l3

мм

L

мм

Построить графики зависимости

1

10

75

0

105


135

165


195

225


35

55

P3 = f(l2)

2

1000

10

65

75


105

135


165

195


20

55

P3 = f(l2)

3

1000

10

155

60

45

50


55

60


65

70


P3 = f(L)

4

600

800 1000 600

800 1000


10

75

245


20

45

P3 = f(l2),

при
l2 = 135 мм и



l2 = 245 мм

5

1000

10

105

0

10


20

40


60

80


79

P3 = f(l3)

Значения, отмеченные в ячейке таблицы один раз, не изменяются в течение всего эксперимента. Пустые строки в ячейке означают, что значение должно оставаться таким же, как и на предыдущем этапе эксперимента.

Расчетное и экспериментальное определние суммарной силы трения в направляющей


Примерный вариант оформления отчета

Вариант №…



Среднее значение Кi …… (Н/дел)

Среднее значение коэффициента трения f = 0,1

Параметры ходового винта S = 4 мм

Передаточное отношение Iч = 16,5



Передаточное отношение Iк = 1

h1 = 1

P1 = 0,9 H

l1 = 50 мм

d = 15 мм

Таблица 3





Условия опыта

Результаты расчетов

Результаты

Nд

Р2

l1

l2

L

UН

1

2

3

4

5

Р2

Р3

Ji

P3

об/мин

Н

мм

мм

мм

мм/сек

мм

Н∙мм

мм

Н∙мм

мм

Н

Н

дел

н
















































Формулы для графы «Результаты расчетов»

1.

2.

3.

4.

5.

Контрольные вопросы


  1. Расскажите, как работает установка для определения суммарной силы трения в направляющей с трением скольжения.

  2. Как градуировалось измерительное устройство?

  3. Какие требования предъявляются к направляющим?

  4. Изложите вывод расчетной зависимости для определения суммарной силы тре­нии в направляющей.

  5. Когда возникает заклинивание в напровляющей?

  6. Объясните результаты, полученные при выполнении работы.

Литература


Элементы приборных устройств. Основной курс.

(Под ред. Тищенко О.Ф. Высшая школа, 1982г.)


Содержание


Москва 2008г 1

Цель работы 2

Конструкция установки 2

Градуировка 5

Последовательность проведения опытов и расчетов 6

Содержание отчета 8

Объем работ по вариантам 8

Расчетное и экспериментальное определние суммарной силы трения в направляющей 9

Формулы для графы «Результаты расчетов» 9

1. 9


2. 9

3. 9


4. 9

5. 9


Контрольные вопросы 10

Литература 10



Содержание 11