Определение КПД передачи винт-гайка

 

Цель и задачи работы. Целью лабораторной работы является ознакомление с методом экспериментального исследования трения в винтовой паре (гайка-винт). Задачи работы: определить КПД передачи винт-гайка для различных материалов, параметров резьбы и различных осевых нагрузок.

Общие указания. Общеизвестно, что трение в кинематических парах всех классов определяется весьма сложным процессом взаимодействия поверхностей звеньев. Поэтому при рассмотрении в них трения обычно делают допущения. Такими допущениями в винтовой паре (рис. 1,а) считают, во-первых, что давление гайки на винт или винта на гайку приложено по средней линии резьбы. Во-вторых, действие сил в винтовой паре может быть сведено к действию сил на ползун (рис. 1,б), движущийся по наклонной плоскости, т.е. при развертывании средней линии винтовой поверхности резьбы на плоскость, пространственная задача сводится к плоской.

Для предполагаемого равномерного перемещения гайки Г в направлении, противоположном осевой силе сопротивления F₀ (см. рис.1а), т.е. вверх вдоль оси Z – Z, нужно к винту приложить вращающийся момент М. Этот момент должен быть равен моменту движущей силы F относительно той же оси Z – Z: М = Fr₂, где r ₂ – расстояние от оси винта Z – Z до средней линии резьбы (средний радиус резьбы),

по отношению к которой сила F является касательной.

 

Рис.1

 

Величина силы F определяется из соотношения:

 

F=F₀ tg (y + j), (1)

 

где y - угол подъема резьбы; j - угол трения винтовой пары (см.рис.1,б).

При подъеме гайки Г работа, затрачиваемая на преодоление сопротивления ее движению, за один оборот винта определяется равенством:

 

А_с=F₀×P_h, (2)

где P_h=nP – ход резьбы; n – число заходов; P – шаг резьбы.

Работа движущей силы F определяется формулой:

 

А_д=F×2p r ₂ (3)

 

или, учитывая, что M=F r ₂,

А_д=М×2p (4)

 

Зная значения работ А_с и А_д, можно определить одну из основных энергетических характеристик – КПД винтового механизма:

(5)

Описание лабораторной уста­новки.

Основанием установки (рис. 2) является станина 1 из швеллера, на которой закреплены подшипники 2 и 3. В подшипнике 2 установлен с возможностью свободного вращении статора, двигатель 4 с редуктором 5, в подшипнике 3 - валик 6. К муфтам этого валика и валика 7 крепится винт 8. При его вращении статор двигателя увлекается в на­правлении, обратной вращению ро­тора, жесткий рычаг с точечными упорами 9, укрепленный на крышке редуктора, деформирует пластинча­тую пружину 10. Индикатор часового типа 11 показывает величину проги­ба пружины от воздействия реак­тивного момента. На винте 8 нахо­дится гайка 12, предохраняемая от поворота пальцем 13, входящим в паз станины. К этой гайке на двух тягах 14 подведен груз 15.

Выполняя лабораторную работу, необходимо строго соблюдать тре­бования техники безопасности:

1) установку винтов,гаек и

Рис.2

грузов выполнять при отключенном от сети электродвигателе;

2) закрепление винтов и гаек должно быть надежным;

3) не касаться движущихся частей при вращающемся роторе.

Зависимость приложенного к винту момента от показаний индикатора.

 

Индикатор оттарирован таким образом, что отклонению стрелки на 1 деление соответствует приращение момента, равное 0,0029Нм.

 

Техническая характеристика

1.Резьба М42´4,5; d₂ = 39,077мм.

2.Резьба прямоугольная однозаходная. Прямоугольная 24´4,5; d₂=21,75мм.

3.Резьба прямоугольная трехзаходная. Прямоугольная 42/3´8; d₂=38,00мм.

Материал всех винтов Ст.45.

Материал сменных гаек вкладышей Ст.20, бр.ОЦС5 – 55.

4. n = 60 об/мин.

5.Рабочий ход гайки вдоль винта 300мм.

6.Масса гайки с подвеской 3 кг.

 

Методика выполнения работы:

1. Записать исходные данные: шаг резьбы, вид резьбы, материалы винта и гаек.

2. Вставить в установку выбранный винт с гайкой, закрепив верхнюю отодвигающую муфту зажимным винтом. Гайку опустить в нижнее положение и установить на ней подвеску (масса гайки с подвеской 3 кг). Тумблером включить питание.

3. Нажатием на кнопку «пуск» включить двигатель. За время движения гайки вверх три раза снять показания индикатора и занести их в протокол.

4. Повторить опыт по п.3 при массе подвески с гирями 5,8 и 10 кг (путем сочетания массы подвески и гирь массой 2 и 5кг.).

5. Вычислить средние значения показаний индикатора для каждого груза. Определить приложенный к винту момент.

6. Определить работы сил сопротивлений и движущих сил за один оборот винта по формулам (2) и (4).

Вычислить КПД для различных осевых нагрузок по уравнению (5).