№01 (1070343), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рычаги снабжены шкалами и насечками для фиксацииположения грузов и определения величин плеч (на которые действуют грузы) до оси винта.На нижнем основании размещены: тумблер включения питания, а также кнопка включенияэлектродвигателя.В лабораторной работе определяется коэффициент полезного действия передачи винт-гайка.Для того, чтобы можно было его определить по экспериментальным данным, необходимо знатьполезную и полную работы, производимые нагруженной передачей. Полезная работазатрачивается на подъем по винту гайки с грузом. Полная работа определяется подводимой кпередаче винт-гайка энергией, т.е., считая потери (механические и электрические) вэлектродвигателе, потери в редукторе, опорах и направляющей незначительными – механическойэнергией, получаемой от электродвигателя, и может быть найдена по величине создаваемого имкрутящего момента, измерение которого производится в настоящей работе.Метод измерения крутящего моментаВ лабораторной установке для определения крутящего момента на валу электродвигателяприменено методическое решение, в соответствии с которым производится измерение не моментана валу (роторе), а равный ему по величине, в соответствии с третьим законом Ньютона, момент,приобретаемый статором и, следовательно, корпусом электродвигателя (момент реакции статора)(рис.6).
Корпус (статор) электродвигателя закреплен на редукторе. Редуктор конструктивноустановлен на верхнем основании 3 так, что имеет возможность поворачиваться относительнооснования под действием указанного реактивного момента, передаваемого от электродвигателявокруг его вала (т.к. вал и основание соосны).Для измерения реактивного момента электродвигателя в лабораторной работе используетсякосвенный метод: измерение производится при помощи, установленной на верхнем основании 3плоской измерительной пружины 10. О величине момента судят по упругой деформации пружины(отмечаемой на индикаторе 11), происходящей за счет момента от электродвигателя, привоздействии на нее рычагом, закрепленным на подвижном редукторе, при его повороте.Таким образом, устройство для измерения момента включает в себя плоскую измерительнуюпружину 10 и индикатор (измерительную головку) 11 – измеритель ее упругой деформации.Используемый метод измерения требует тарировки.
При тарировке устанавливаетсясоответствие между величиной упругой деформации измерительной пружины 10 и величинойвызывающего эту деформацию крутящего момента от электродвигателя.Погрешности измерения моментаПри измерении крутящего момента на лабораторной установке погрешность результатаизмерения включает как составляющие случайную погрешность измерения и систематическуюпогрешность. Случайная погрешность в большой степени зависит от тщательности проведенияизмерений.
Случайные погрешности неизбежны, т.е. всегда присутствуют в результатеэксперимента. Систематическая погрешность зависит от конструкции лабораторной установки, ееэлементов и используемых средств измерения.Сила, с которой, вследствие имеющегося на валу электродвигателя крутящего момента Μ,рычаг воздействует на измерительную пружину 10 равна (рис.7):M M ⋅ cos ϕ=F=rAгде:r – плечо силы F;A – расстояние от оси вала двигателя (или от оси винта, т.к. они соосны) до точкиприложения силы F;ϕ – центральный угол.Так как деформация измерительной пружины невелика, то при имеющейся величине Aможно считать, что ϕ=0 и r=A.
Тогда F=M/A. Исходя из схемы нагружения измерительной6МУ к л/р №1, «Винт-гайка»пружины, упругая деформация ее в точке К – линейное перемещение δк, измеряемое индикатором(измерительной головкой) равно:F ⋅ a 2 ( 3λ − a ) 2 M ⋅ a 2 ( 3λ − a )(4)δк ==6⋅E ⋅JE ⋅ t ⋅ c3 ⋅ Aгде:λ и a – расстояния от места крепления пружины (заделки) до точки приложения силы F и доточки контакта с ножкой индикатора (точки К) соответственно;E – модуль упругости материала пружины;t ⋅ h3J=– момент инерции поперечного сечения пружины;12t – ширина пружины;c – толщина пружины.E ⋅ t ⋅ c3 ⋅ A ⋅δk.M=22a ( 3λ − a )Из формулы (4) имеем:Систематическая погрешность измерения крутящего момента будет, таким образом,определяться погрешностью измерения линейного перемещения Δδk, а также погрешностямиизготовления и взаимного расположения элементов измерительной цепи установки Δa, Δв, Δc, ΔA,Δt и будет равна:()333E ⋅ t ⋅ c ⋅ A ⋅ δk 6Aп − aE ⋅ t ⋅ c ⋅ δkE ⋅t ⋅c ⋅ AΔM = 2Δδk + 2ΔA +Δa −232a 3λ − a2a 3λ − a2a 3λ − a()()()332E ⋅ c ⋅ A ⋅ δk3E ⋅ t ⋅ c ⋅ A ⋅ δk3E ⋅ t ⋅ c ⋅ A ⋅ δk−⋅ Δt +⋅ Δc2 ⋅ Δλ + 2222a 3λ − a2a 3λ − a2a 3λ − a(())((5))Поскольку погрешность, входящая в формулу (5) может принимать как отрицательные, так иположительные значения, то справедливо считать, что максимальная величина погрешностьюΔmaxM равна:()333E ⋅ t ⋅ c ⋅ A ⋅ δk 6λ − aE ⋅ t ⋅ c ⋅ δkE ⋅ t ⋅c ⋅ AΔ M= 2Δδk + 2ΔA +Δa +2max32a 3λ − a2a 3λ − a2a 3λ − a()()()332E ⋅ c ⋅ A ⋅ δk3E ⋅ t ⋅ c ⋅ A ⋅ δk3E ⋅ t ⋅ c ⋅ A ⋅ δk+⋅ Δt + 2Δc2 ⋅ Δλ + 222a 3λ − a2a 3λ − a2a 3λ − a()()()(6)Максимальная относительная систематическая погрешность измерения момента при этомбудет равна:Δ max M Δ δ k Δ A (6λ − a ) Δ a 3Δ λΔ t 3Δ c=++⋅++ +A (3λ − a ) a 3λ − a tcδMk(7)7МУ к л/р №1, «Винт-гайка»СВЕДЕНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИВНИМАНИЕ!!! Работать разрешается только на исправной экспериментальной установке.Она подключается к сети переменного тока с напряжением 220В и частотой 50Гц.
Все провода,имеющиеся в ней и провода, подводящие питание от сети, не должны иметь оголенных участков иконцов.Работа с грузами при тарировке и нагружении передачи винт-гайка требует повышенноговнимания. Подвешивание и установка грузов на гайке должно быть надежным – соскакиваниегрузов недопустимо. Оно может привести к травмам экспериментатора и порче лабораторногооборудования.Повышенного внимания требуют также винт и гайка исследуемой передачи. В процессеэкспериментов оба эти элемента имеющие резьбу, приводятся в движение. Исходя из конструкцииустановки и способа нагружения гайки, передача винт-гайка оставлена открытой.ВНИМАНИЕ!!! Во избежание аварии и нанесения травм, запрещается касаться резьбывинта работающей передачи любыми предметами и руками.
Экспериментаторы, имеющиедлинные волосы, должны их прибрать, во избежание травм при попадании и наматывании навращающиеся элементы установки.УСПЕШНОЕВЫПОЛНЕНИЕЛАБОРАТОРНОЙРАБОТЫТРЕБУЕТНЕУКОСНИТЕЛЬНОГО СОБЛЮДЕНИЯ ПРАВИЛ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ!ТАРИРОВКАПри проведении экспериментов ставится задача определения момента, приводящего вовращение винт передачи винт-гайка по деформации измерительной пружины. Эта деформацияизмеряется в процессе эксперимента индикатором 11.Тарировка представляет собой процесс установления соответствия между известнойвеличиной момента и деформацией измерительной пружины (а, значит, и числом деленийиндикатора), прогибающейся под действием этого момента.
Тарировка имеет своей цельюустановление цены деления шкалы индикатора в единицах момента (оперделение тарировочногокоэффициента КТ).Тарировка должна проводится на установке, обязательно отключенной отэлектрической сети. Передача винт-гайка должна быть не нагружена (гайка и рычаги должныбыть освобождены от грузов).Приспособление для тарировки состоит из двух блоков (рис.6), один из которых 12закреплен неподвижно на корпусе редуктора соосно с валом электродвигателя и служит длязакрепления шнура и создания известного момента в горизонтальной плоскости. Второй блок 13имеет возможность свободно вращаться относительно горизонтальной оси, на которой онустановлен, и которая, в свою очередь, закреплена на верхнем основании. При помощи этоговторого блока 13 сила, создающая момент в горизонтальной плоскости на плече (равном радиусупервого блока), относительно оси вала двигателя, переводится в вертикальную плоскость и можетбыть легко получена при подвешивании на шнуре известного груза – блок служит дляпропускания через него шнура с крючком, на котором подвешиваются тарировочные грузы.При тарировке с помощью грузов и системы блоков создается известный крутящий моментMт, вызывающий поворот корпуса редуктора относительно верхнего основания 3.
Величинамомента Mтi определяется массой используемого для его создания груза mi в соответствии сформулой:Mтi=migD/2где D – диаметр блока; g=9,81 м/с2.При выполнении тарировки:1. Перекиньте шнур через блоки 12 и 13 так, чтобы он огибал блок 12 в направлении противчасовой стрелки, если смотреть на блок сверху.2. Подвесьте поочередно на крючке шнура тарировочные грузы, имеющие различную массу:100г, 200г, 300г, 400г и для каждого груза определите показания (число делений) V индикатора 11.8МУ к л/р №1, «Винт-гайка»ВНИМАНИЕ!!! При подвешивании грузов следите, чтобы шнур не соскакивал с блоков.
Дляуменьшения влияния трения в опорах установки и элементах передачи движения в самоминдикаторе 11 на результаты тарировки, можно в процессе ее проведения легко (!) постукиватьладонью по вертикальной стойке установки.Значения масс тарировочных грузов, значения моментов, вычисленные для них по формуле(масса в кг; момент в Нмм):МТi =9.81·mi·D/2где D=60мм – диаметр блока 12; mi – масса тарировочного груза, а также соответствующиепоказания индикатора 11 занесите в тарировочную таблицу, которая должна иметь вид:Таблица 1№Массатарировочного груза,кгМоментН⋅ммЧисло деленийиндикатораViТарировочныйкоэффициентКТi1.2.3.
Для каждого значения момента МТi подсчитайте величину тарировочного коэффициента,как: КТi =MТi /Vi:Результаты расчетов занесите в тарировочную таблицу. ПРИМЕЧАНИЕ: полученныезначения тарировочного коэффициента КТi должны быть близки между собой.4. Подсчитайте среднее арифметическое значение тарировочного коэффициента Кт, котороезафиксируйте в отчете и используйте при обработке результатов эксперимента.Определение коэффициента полезного действияпо результатам экспериментовВ экспериментальной части лабораторной работы производится измерение величинымомента, необходимого для приведения во вращение от электродвигателя винта передачи винтгайка при различных значениях ее осевой и эксцентричной нагрузки. Измерение производитсякосвенным методом: для измерения указанного момента служит индикатор 11 (непосредственноизмеряющий деформацию измерительной пружины), цена деления шкалы, которого в единицахмомента была установлена при тарировке.Полная работа, совершаемая электродвигателем при повороте винта на Nоб оборотов – угол2π•Nоб (работа при вращательном движении), равна:A1 = 2π·Nоб M, где: – M – момент,создаваемый двигателем, определяется по показаниям индикатора 11 (с учетом тарировки).Работа, затрачиваемая при подъеме на высоту S1·Nоб (S1 – ход резьбы) гайки с грузами повинту, при функционировании передачи винт-гайка (полезная работа) равна:A2 =P·S1·Nоб,где P – суммарная сила действующая на винт: при осевом нагружении P=P0+P1;при эксцентричном нагруженииP= P2(без учета веса гайки);при комбинированном нагружении P=Pк=P0+P1+P2.Коэффициент полезного действия экспериментальной установки определяется как:ηуст=ηподш·ηред·ηэксп=A2/A1=(P·S1)/( 2π·M)где ηподш=0,9 – КПД подшипников винта; ηред=0,9 -КПД редуктора; ηэксп – КПД передачивинт-гайка устанавливаемый экспериментально.Откуда коэффициент полезного действия передачи винт-гайка равен:η эксп =P ⋅ S12 ⋅ π ⋅ M ⋅ η подш ⋅ η(8)ред9МУ к л/р №1, «Винт-гайка»ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И РАСЧЕТОВ1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
