5 1 Теория механизмов и машин



Название5 1 Теория механизмов и машин
страница1/9
Дата08.06.2013
Размер1.69 Mb.
ТипЛабораторная работа
источник
  1   2   3   4   5   6   7   8   9

СОДЕРЖАНИЕ


Стр.

Предисловие………………………………………………………………………....5

Общие требования к выполнению лабораторных работ………………….............5


1 Теория механизмов и машин

1.1 Лабораторная работа № 1.

Составление кинематических схем и структурный

анализ плоских механизмов….……………………………………….................6

1.2 Лабораторная работа № 2.

Изучение работы кулачкового механизма….....................................................14

1.3 Лабораторная работа № 3.

Построение эвольвентных профилей зубьев

зубчатых колёс методом огибания…………………………………………….21


2 Сопротивление материалов


2.1 Лабораторная работа № 4.

Испытание образца на растяжение…………………………………………...29

2.2 Лабораторная работа № 5.

Испытание образца на сжатие………………………………………………...39

2.3 Лабораторная работа № 6.

Определение модуля упругости………………………………………………44

2.4 Лабораторная работа № 7.

Испытание цилиндрического образца на скручивание

до его разрушения……………………………………………………………...49

2.5 Лабораторная работа № 8.

Испытание балки на изгиб…………………………………………………….63

2.6 Лабораторная работа № 9.

Испытание на кручение тонкостенной трубы……………………………......72


3 Нормирование точности


3.1 Лабораторная работа № 10.

Измерение ступенчатого валика штангенциркулем

и микрометром…………………………………………………………………79

3.2 Лабораторная работа № 11.

Определение посадок путем измерения

сопряженных деталей………………………………………………………….87

4 Детали машин


4.1 Лабораторная работа № 12.

Изучение работы электромагнитного демпфера…………………………….96

4.2. Лабораторная работа № 13.

Изучение работы винт-гайка………………………………………………...104

4.3 Лабораторная работа № 14.

Определение момента трения в подшипниках качения……………………110

4.4 Лабораторная работа № 15.

Определение коэффициента полезного действия

многоступенчатого редуктора……………………………………………….118

4.5 Лабораторная работа № 16.

Изучение конструкции и определение основных параметров

цилиндрических редукторов…………………………………………………124


Литература………………………………………………………………………..142


ПРЕДИСЛОВИЕ


Лабораторный практикум по прикладной механике охватывает комплекс методически связанных тем по основам теории механизмов, сопротивления материалов, нормирования точности, основам конструирования и расчёта механизмов и деталей машин, приборов и установок.

Лабораторный практикум дополняет курс лекций и практических занятий таким образом, чтобы студенты в процессе самостоятельной работы могли убедиться в тесной связи теоретических положений с техническим исполнением и получить представление о конструкциях механизмов, приборов и их деталях.

Количество и тематика работ, выполняемых студентом, определяется в зависимости от учебного плана для его специальности.

Настоящий сборник предназначен для специальностей: 140211, 200106, 240601, 240801, но может быть использован при обучении студентов других специальностей, в учебный план которых включена дисциплина «Механика».


^ ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ


До начала выполнения работы следует ознакомиться с её описанием по сборнику лабораторных работ и получить допуск у преподавателя на проведение работы, ответив на контрольные вопросы.

После выполнения работы и показа полученных результатов преподавателю студенты оформляют отчёт по лабораторной работе.

В отчёте указывается наименование работы, фамилия и группа студента, выполнившего работу. Далее излагается цель работы, приводятся эскизы оборудования, на котором проводятся эксперименты, схемы, таблицы и графики с результатами экспериментов, необходимые формулы и расчёты. В конце отчёта делаются выводы по проделанной работе.

Занесение данных в таблицы следует производить чётко и аккуратно, выполнение эскизов, схем, графиков – с помощью чертёжных инструментов.

Оформляется отчёт в соответствии с требованиями, предъявляемыми к студенческим учебным работам в ОТИ НИЯУ МИФИ [1].

^ 1 ТЕОРИЯ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН
1.1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1


СОСТАВЛЕНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ И СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ПЛОСКИХ МЕХАНИЗМОВ


Цель работы: развитие умений и навыков составления кинематических схем и структурного анализа механизмов.


1.1.1 Основные теоретические сведения


При изучении общих свойств механизмов необходимо выделять наиболее существенные общие признаки механизмов, отвлекаясь от частных признаков, присущих конкретному механизму. Например, при изучении кинематических свойств механизма достаточно иметь его схему, содержащую сведения, необходимые для определения кинематических характеристик: перемещений, скоростей и ускорений.

Конструктивные формы отдельных частей механизма для одной и той же схемы могут быть различными, и они, как правило, не влияют на кинематические характеристики.


1.1.1.1 Основные определения


Механизм – есть система тел, предназначенных для преобразования движения одного или нескольких твердых тел в требуемые движения других твердых тел. Если в состав механизма, кроме твердых тел, входят жидкие или газообразные тела, то механизм называется соответственно гидравлическим или пневматическим.

^ Деталь – изделие, изготовленное без применения сборочных операций из однородного по наименованию и марке материала.

Звеном называется одна или несколько деталей, образующих при движении жесткую систему тел. Например, собранный шатун двигателя внутреннего сгорания.

^ Кинематической парой называется подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев.

Те точки, линии или поверхности, по которым происходит соприкосновение звеньев при образовании подвижного соединения, называются элементами кинематической пары. По характеру соприкосновения элементов, кинематические пары классифицируются по терминологии Ф. Рело на низшие и высшие. В низших парах соприкосновение элементов происходит по поверхности, а в высших парах по линии или в точке.

По классификации И.И. Артоболевского и С.Н. Кожевникова кинематические пары подразделяются на 5 классов, причем номер класса кинематической пары совпадает с числом связей, накладываемых парой на относительное движение звеньев. Например, поступательная и вращательная кинематические пары являются низшими парами 5-го класса (рисунок 1.1).

По предложению В.В. Добровольского, все кинематические пары подразделяются по числу степеней свободы на одно-, двух-, трёх-, четырёх - и пятиподвижные. В отличие от классификации по терминологии И.И. Артоболевского и С.Н. Кожевникова, номер класса кинематической пары совпадает не с числом связей, а с числом степеней свободы, что более логично.

В дальнейшем будем использовать терминологию В.В.Добровольского (на рисунке 1.1 изображены одноподвижные пары).







а) б)


Рисунок 1.1. – Низшие кинематические пары:

а) поступательная; б) вращательная.


Совокупность звеньев, соединенных кинематическими парами, называется кинематической цепью.

Кинематическая цепь с одним неподвижным звеном (стойкой), в которой при заданном движении одного или нескольких звеньев относительно неподвижного все остальные совершают однозначно определяемые движения, образует механизм.

Звенья механизма, законы движения которых заданы, называются начальными. Звено, принятое за неподвижное, называется стойкой.


1.1.1.2 Кинематическая схема механизма


Для изучения движения механизма обычно составляется его кинематическая схема, которая вычерчивается в выбранном масштабе с точным соблюдением основных размеров и форм звеньев. Кинематическая схема должна содержать все основные параметры, необходимые для исследования движения механизма, а именно: длины звеньев, постоянные углы между плечами звеньев, профили элементов высших пар, числа зубцов зубчатых колес и т.д.

При составлении кинематических схем используются условные изображения звеньев и кинематических пар по ГОСТ 2.703-75, ГОСТ 2.770-75.

После составления кинематической схемы вычисляется степень подвижности W механизма, которая равна числу степеней свободы кинематической цепи относительно звена, принятого за неподвижное, и определяет необходимое число ведущих звеньев. Для плоской кинематической цепи, согласно формуле Чебышева,


(1.1)




где n – число подвижных звеньев;

p1 и p2 – соответственно, число кинематических пар одно- и двухподвижных.


1.1.1.3 Структура и классификация механизмов


В современной технике используется огромное количество разнообразных механизмов. Создание методик кинематического и динамического исследования каждого механизма в отдельности является нецелесообразным. Рациональней увязать эти методики со структурной классификацией механизмов. В настоящее время разработаны методы кинематического и силового исследования для простейших кинематических цепей – групп Ассура, которые входят в состав любого рычажного механизма.

Принцип образования плоских механизмов был впервые сформулирован в 1914 году Леонидом Владимировичем Ассуром. Согласно этому принципу «схема любого механизма может быть составлена последовательным присоединением к начальному звену (начальным звеньям) и стойке кинематических цепей с нулевой степенью подвижности относительно тех звеньев, к которым группа присоединяется».

Эти кинематические цепи с нулевой степенью подвижности называются группами Ассура.

Согласно классификации Ассура - Артоболевского, группы Ассура образуются звеньями, входящими только в кинематические одноподвижные пары.

Условие, которому должны удовлетворять группы Ассура можно записать так:


(1.2)

,

откуда


.


Следовательно, число звеньев и число кинематических пар группы Ассура определяется формулами


(1.3)

n = 2k и p = 3k,


где k – любое целое число.

Все группы, удовлетворяющие условию (1.3), можно разбить по классам в зависимости от числа k:


Таблица 1 – Классы групп Ассура


k

1

2

3

…..

n

2

4

6

…..

p1

3

6

9

…..

Класс группы

II

III и IV

V и VI

…..


Начальное звено, имеющее степень подвижности W=1, относят к первому классу.

Простейшее сочетание звеньев и пар в группе Ассура (при k=1) n = 2, p1 = 3 образует группы первого класса второго порядка (рисунок 1.2), при этом порядок группы определяется числом свободных элементов кинематических пар, которыми группы Ассура присоединяются к основному механизму.

















а)

б)

в)

г)

д)


Рисунок 1.2 – Группы Ассура I класса второго порядка:

а) 1-го вида; б) 2-го вида; в) 3-го вида;

г) 4-го вида; д) 5-го вида.


Сочетание n = 4, p1= 6 может образовывать группы Ассура третьего и четвёртого класса (рисунки 1.3 и 1.4).






Рисунок 1.3 – Группа III класса третьего порядка

Рисунок 1.4 – Группа IV класса второго порядка

Отличительной особенностью группы Ассура III класса третьего порядка является наличие базисного звена, входящего в три кинематические пары и образующего некоторый жесткий замкнутый треугольник контур ВСD. Отличительной особенностью группы IV класса второго порядка является наличие четырехстороннего замкнутого подвижного контура BCEF.

Аналогично образуются группы Ассура более высоких классов (рисунок 1.5), но используются крайне редко.




Рисунок 1.5 – Группы Ассура V и VI классов третьего порядка.


Целью структурного анализа является определение степени подвижности механизма и его расчленение на группы Ассура. При структурном анализе кинематическую схему выполнять в масштабе не обязательно.


1.1.1.4 Замена высших кинематических пар


В тех случаях, когда в механизм входят как высшие, так и низшие кинематические пары, для структурного анализа выполняют замену высших пар цепью, состоящей из звеньев, входящих только в одноподвижные пары. Одну высшую пару в простейшем случае можно заменить одним звеном, входящим в две низшие кинематические пары, расположенные в центрах кривизны профилей, образующих высшую пару. В результате такой замены будут выполнены следующие условия:

1) сохранится прежняя степень подвижности механизма, в котором производится замена;

  1. характер относительного мгновенного движения звеньев механизма при этой замене не изменится.

Рассмотрим несколько примеров замены высших пар кинематической цепью с низшими парами.

Пример 1. На рисунке 1.6,а показан механизм, в котором звенья 1 и 2 образуют двухподвижную пару. Для замены этой кинематической пары, проводим общую нормаль N-N в точке касания звеньев и находим центры кривизны, помещаем в них вращательные одноподвижные пары А и В и соединяем их прямой АВ (1 и 2 – радиусы кривизны).

Заменяющий механизм представлен на рисунке 1.6,б.

Для основного механизма (рисунок 1.6,а) степень подвижности определяется:


W = 3n – 2p1 – p2 = 3  2 – 2  2 – 1 = 1.







Рисунок 1.6 – Механизм с двухподвижной кинематической парой:

а) схема механизма; б) схема заменяющего механизма.


Для заменяющего механизма (рисунок 1.6,б) степень подвижности равна:


W = 3n – 2p1 = 3  3 – 2  4 = 1.


Пример 2. Рассмотрим механизм, изображенный на рисунке 1.7,а.





Рисунок 1.7 – Кулачковый механизм:

а) схема механизма; б) схема заменяющего механизма.


Здесь W = 3n – 2p1p2 = 3  2 – 2  2 – 1 = 1.

Этот механизм можно заменить другим (рисунок 1.7,б), включающим только низшие кинематические пары. Степень подвижности заменяющего механизма:


W = 3n – 2p1 = 3  3 – 2  4 = 1.


Заменяющий механизм (рисунок 1.7,б), обладая той же степенью подвижности, что и основной, не изменит характер мгновенного относительного движенья звеньев.

Пример 3. Заменить зубчатый механизм с высшей кинематической парой (рисунок 1.8,а), образованной двумя эвольвентными профилями зубьев, кинематической схемой рычажного механизма, включающего только низшие пары.




Рисунок 1.8 – Зубчатый механизм:

а) схема механизма; б) схема заменяющего механизма.


Степень подвижности зубчатого механизма:


W = 3n – 2p1p2 = 3  2 – 2  2 – 1 = 1.


Заменяющий его механизм показан на рисунке 1.8,б. Степень подвижности заменяющего механизма:


W = 3n – 2p1 = 3  3 – 2  4 = 1.

1.1.2 Порядок структурного анализа механизма (порядок выполнения лабораторной работы)


1.1.2.1 Составить кинематическую схему механизма.

1.1.2.2 Выявить и устранить лишние степени подвижности и избыточные связи. Определить степень подвижности механизма.

1.1.2.3 Заменить высшие кинематические пары кинематическими цепями с низшими парами. Определить степень подвижности заменяющего механизма.

1.1.2.4 Расчленить заменяющий механизм на группы Ассура:

а) первой отсоединяется группа, наиболее удаленная от начального звена, причем звенья оставшейся части механизма не должны изменить своего движения;

б) вначале следует попытаться выделить группу Ассура второго класса, если это невозможно – третьего и т.д.;

в) звенья и кинематические пары принимаются в расчет только один раз (либо с оставшейся, либо с отсоединенной частью механизма);

г) класс механизма определяется высшими из классов групп Ассура, на которые расчленили механизм.


1.1.3 Контрольные вопросы


1.1.3.1 По каким признакам классифицируются кинематические пары?

1.1.3.2 Как определяется степень подвижности механизма?

1.1.3.3 Принцип образования групп Ассура.

1.1.3.4 Какие связи являются избыточными?

1.1.3.5 Какие степени подвижности называются лишними?

1.1.3.6 С какой целью при анализе высшие кинематические пары заменяются низшими?

^ 1.2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2


ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ КУЛАЧКОВОГО МЕХАНИЗМА


Цель работы: экспериментально определить кинематические характеристики кулачкового механизма.


1.2.1 Краткие теоретические сведения


Кулачковый механизм позволяет связывать входную величину с выходной почти любой используемой в технике непрерывной зависимостью.

По назначению кулачковые механизмы подразделяются на три основные группы:

а) функциональные кулачковые механизмы, преобразующие один вид движения в другой, связанный с первым определенной зависимостью;

б) операционные кулачковые механизмы, предназначенные для выполнения циклически повторяющихся операций;

в) арретирующие кулачковые механизмы, служащие для закрепления механизма в нерабочем положении и возвращения подвижных частей прибора в нулевое положение.

Любой кулачковый механизм состоит из двух основных элементов: кулачка, имеющего форму, соответствующую функции, решаемой механизмом, и толкателя, находящегося непрерывно в контакте с поверхностью кулачка и перемещающегося пропорционально искомой функции. Контакт толкателя с кулачком большей частью обеспечивается при помощи пружины.

Рассмотрим работу плоского кулачкового механизма с остроконечным аксиальным толкателем (рисунок 2.1).

В общем случае угловая скорость кулачка  =  (t), а профиль кулачка определяется функцией


r = r (),


где t – текущее время;

r – радиус кулачка (радиус-вектор);

φ – угол поворота кулачка.


Ход толкателя при повороте кулачка на угол  от начального положения


(2.1)

h = x – х,


где x – координата толкателя;

х – начальная координата толкателя.

Для аксиальной схемы координата толкателя совпадает с радиусом вектора кулачка и, следовательно,


h = r – r0,


где r0 – начальный радиус кулачка или максимальный радиус вписанной в кулачок окружности;

r – текущий радиус.




Рисунок 2.1 – Схема плоского кулачкового механизма с аксиальным толкателем (1 – кулачок, 2 – толкатель).


Линейная скорость толкателя



(2.2)
.

Ускорение толкателя


(2.3)
,

где – угловое ускорение кулачка.

Линейная скорость кулачка



(2.4)
,


где  – угол подъема профиля кулачка.


Этот угол, как видно из рисунка 2.1, находится между касательными, проведенными через точку контакта кулачка с толкателем: одна t - t – к профилю кулачка (n - n –нормаль к профилю кулачка в точке контакта), другая – к окружности с центром в точке О и радиусом r.



(2.5)
.


Скорость относительного движения профилей, или скорость скольжения,



(2.6)
.


Между векторами нормальной силы и скорости толкателя находится угол давления . Для аксиального механизма = . При углах давления max наступает явление заклинивания кулачкового механизма. Значения максимальных углов давления зависят от конструкции толкателя и лежат в пределах max = 300 …450.

Момент, необходимый для вращения кулачка, определяется по формуле



(2.7)
,


где F – сила давления толкателя;

 – угол трения при взаимодействии кулачка с толкателем;

f – коэффициент трения скольжения в направляющих кулачка.


1.2.2 Описание прибора


Прибор ДП - 15 для изучения работы кулачкового механизма (рисунок 2.2) состоит из эксцентрикового кулачка 7 с приводом, толкателя 3, механизма для измерения углов давления и устройства для записи крутящего момента Ткр. Все узлы прибора смонтированы на основании 1, представляющем собой литую коробчатую конструкцию. На передней стенке основания расположена панель 5 с элементами управления. Внутри основания помещены элементы электрической схемы и двигатель записывающего устройства.

Привод кулачка осуществляется от электродвигателя 2 (тип СД 54, U = 127 В, n = 3,14 об/мин) или вручную через червячную передачу при помощи рукоятки 4. Червячная передача включается и выключается с помощью специального кулачкового устройства.




Рисунок 2.2 – Прибор для изучения работы кулачкового механизма

Вал кулачка 7 испытываемого механизма вращается в опорах стойки 6. С лицевой стороны прибора на валу кулачка имеется шкала 8 углов поворота, за которой расположено червячное колесо ручного привода кулачка.

Толкатель 3 испытываемого механизма поступательно перемещается в вертикальных направляющих кронштейна 18, закрепленного на стойке 6. Кронштейн может перемещаться относительно стойки в горизонтальном направлении с помощью винта 17, что позволяет смещать ось толкателя относительно оси кулачка в обе стороны на расстояние а до 10 мм. Установка в нулевое положение делает толкатель аксиальным.

Измерение величины перемещения толкателя производится индикатором 12, который прикреплен хомутиком к толкателю. Упор для индикатора, расположенный на кронштейне на нижней направляющей толкателя является сменным. Толкатель также снабжен сменным наконечником 11, который может быть остроконечным, сферическим или роликовым. Максимальный ход толкателя h = 30 мм.

Механизм измерения углов давления установлен на толкателе и состоит из сектора с угловой шкалой 9 и стрелки с роликами 10. Нулевое деление шкалы лежит в плоскости, перпендикулярной к оси толкателя. Стрелка показывает направление касательной к поверхности кулачка в середине расстояния между роликами, что соответствует точке контакта кулачка и толкателя.

Устройство для записи крутящего момента на валу кулачка состоит из самописца (карандаша) 15, столика 16 с бумажной лентой, плоской измерительной пружины 13 и рычажной системы 14, соединяющей самописец и пружину. Пружина деформируется от действия реактивного момента, действующего на статор электродвигателя и равного крутящему моменту Ткр, развиваемому электродвигателем для вращения кулачка. Деформация пружины пропорциональна Ткр. Величина крутящего момента зависит от давления толкателя и задается с помощью грузов, надеваемых на толкатель. Для этого используется набор сменных грузов. Наибольшая допускаемая нагрузка на толкатель 30 Н.

Запись крутящего момента начинается одновременно с включением двигателя записывающего устройства, перемещающего столик с бумажной лентой. Величина перемещения столика соответствует времени, за которое кулачок делает полный оборот на 3600. Перемещение пера самописца на 1 мм в направлении перпендикулярном движению столика соответствует моменту 60 Нмм.

Измерительные устройства прибора обеспечивают точность измерения:

а) перемещение толкателя h =  0,01 мм;

б) угол поворота кулачка    6;

в) угла давления    .

1.2.3 Порядок выполнения работы


      1. Ознакомьтесь с описанием прибора.

      2. Подготовьте прибор к работе: включите вилку прибора в сеть и тумблером «сеть» на панели прибора включите прибор. При этом должна загореться сигнальная лампочка.

      3. Определите зависимость угла давления и перемещения толкателя от угла поворота кулачка: = f  и h = f , для чего:

а) отключите электродвигатель и установите кулачок в нулевое положение; установите на нуль индикатор измерения перемещения толкателя;

б) поворачивая кулачок ручным приводом, записывайте показания индикатора и стрелки через каждые 300 до полного оборота кулачка. Следите, чтобы оба ролика были прижаты к кулачку и катились по нему;

в) повторите опыт, изменяя следующие параметры механизма (по указанию преподавателя):

  • положение кронштейна 1 (расстояние между осями кулачка и толкателя);

  • конструкцию наконечника толкателя;

  • размеры и форму кулачка.

      1. Запишите диаграммы Ткр = f , для чего:

а) отключите червячную передачу ручного привода;

б) установите груз на толкатель;

в) приводите вручную столик в крайнее переднее положение (при этом должна загореться лампа «готовность»);

г) заправьте бумажную ленту;

д) тумблером «кулачок» включите двигатель и нажмите кнопку «пуск» включения записи;

е) повторите опыт, изменяя (сменой грузов) давление толкателя (по указанию преподавателя);

ж) повторите опыт, изменяя параметры механизма согласно пункту 1.2.3.3, в.

      1. Произведите обработку результатов экспериментов:

а) постройте графики зависимостей   f  и h = f , а также (при изменении расстояния, а между осями)   f (а) и h = f (а);

б) определите по формуле (2.4) линейные скорости кулачка Vк и толкателя Vт, а по формуле (2.6) скорость скольжения Vск и постройте зависимость Vт = f  и Vск = f , а также (при необходимости) Vт = f (а) и Vск = f (а);

в) сравните экспериментальные результаты, полученные при записи диаграмм Ткр = f , с расчетными, полученными по формуле (2.7). При расчете принять силу давления толкателя F равной весу груза, установленного на толкатель. Коэффициент трения в направляющих кулачках f = 0,07…0,1 (контакт стали и бронзы со смазкой). Значение угла трения задается по указанию преподавателя;

г) постройте по экспериментальным данным графики зависимости Ткр = f (F) и (при необходимости) Ткр = f (α).


1.2.4 Контрольные вопросы



  1. В каком случае толкатель является аксиальным?

  2. Как влияет на работу кулачкового механизма увеличение расстояния между опорами толкателя?

  3. Как осуществляется силовое замыкание кулачкового механизма?

  4. К какой основной по назначению группе относятся испытываемый кулачковый механизм и кулачковый механизм включения червячной передачи?

  5. В каких случаях и как отличается угол подъема профиля кулачка и угол давления?

  6. В каких случаях и почему происходит заклинивание кулачковых механизмов?



^ 1.3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Добавить документ в свой блог или на сайт


Похожие:



Если Вам понравился наш сайт, Вы можеть разместить кнопку на своём сайте или блоге:
refdt.ru


©refdt.ru 2000-2013
условием копирования является указание активной ссылки
обратиться к администрации
refdt.ru