Главная
Лабораторная работа №11
Оценка КПД винтовой пары
Цель
работы: знакомство с производственным методом оценки КПД винтовой пары.
Из технической литературы известно, что теоретически
КПД винтовой пары определяется следующим образом:
где 
- угол подъема винтовой линии на среднем
диаметре винта (рис.10), 
- ход винта, z -
число заходов резьбы (в данной работе принимается z=1), t - шаг резьбы (рис.2), 
- средний диаметр винта (рис.2), 
- наружный диаметр винта, 
- внутренний диаметр винта, 
- угол трения
пары “винт-гайка”, f -
коэффициент трения скольжения передачи винт-гайка. При использовании трапецеидальной резьбы приближенно
считают, что движение гайки относительно винта аналогично движению клинового
ползуна по желобу, у которого угол между вертикальной осью симметрии и стенками
желоба равен 
(рис.2). Для
такой резьбы используется приведенный коэффициент трения скольжения
где 
- угол профиля
трапецеидальной резьбы.
Практически КПД винтовой пары называется отношение
работы сил полезного сопротивления к работе сил движущих (затраченной работе)
за один цикл при установившемся движении, т.е.
где 
- работа сил
полезного сопротивления Q, 
- работа
движущей силы d.
За один оборот винта груз Q полезного сопротивления поднимается на величину хода
винта S и совершает полезную работу:
Работа движущей силы P равна:
где 
- расчетный диаметр, d
- диаметр шнура (принимается d=1 мм, 
- диаметр шкива (определяется измерением).
Тогда найдем коэффициент полезного действия по формуле
где P -
движущая сила (Н), величина задаваемая, Q
- вертикальная нагрузка на винт (Н).
С учетом абсолютной погрешности КПД винтовой пары
определяется по формуле 
где 
- абсолютная
погрешность.
Она равна
где 
=0,003 Н, 
=0,005 Н - погрешности измерительного средства (определены
взвешиванием).
Коэффициент трения скольжения для трапецеидальной
резьбы
Устройство
установки
Установка (рис.1) состоит из стального винта (1) со
сменной гайкой (10), нагружающих устройств (2), (3), (5), (7), (9) грузов (4),
(6). Винт установлен на платформе (8) и жестко соединен со шкивом (2), на
котором с помощью троса (3) крепится груз (4) (Р). Сила веса груза (4) является движущей. Нагружающее устройство
имеет линейку (5), по которой смещается груз (6) (
) до тех пор, пока груз (4) не начнет опускаться
равномерно. Работа силы движущей груз (4) в этом случае затрачивается на подъем
груза 6 и преодоление сил трения в гайке (10), блоке (7), тросе (3).
Рис.1. Схема установки: 1- стальной
винт; 2-шкив; 3-трос; 4-груз; 5-линейка;
6-подвижный груз; 7-блок; 8-платформа;
9-подшипник; 10-гайка.
Основные
технические данные передачи “винт-гайка”.
Параметры резьбы: (определяются по справочнику и при помощи
измерительных инструментов)
z=
t=
=
=
=
Справочные данные
|
Материал |
Коэффициенты трения скольжения |
|
|
Со смазкой |
Без смазки |
|
|
Сталь-сталь |
|
f=0,15 |
|
Сталь-бронза |
|
f=0,1 |
|
Сталь-алюминий |
|
f=0,18 |
|
Сталь-чугун |
|
f=0,18 |
Параметры установки (схема нагружения):
- вертикальная нагрузка на винт (рис. 2),
где 
=19,6 Н - нагрузка от винта, шкива, подшипника
(величина постоянная),
- нагрузка на
винт (величина постоянная),
=9,8 Н - вес линейки с упором (величина постоянная),
- нагрузка на
винт от веса подвижного груза (6), который является величиной переменной.
=18 Н - вес
подвижного груза (величина постоянная).
Плечи для соответствующих сил (рис.2) для
трапецеидальной резьбы:
=167 мм, 
=247 мм, 
- отсчет по
линейке, P - вес груза 4 (величина переменная), 
- расчетный
диаметр.
Рис.2. Схема нагружения:
а) схема нагружения линейки;
б) параметры резьбы; в) угол подьема
Порядок выполнения работы
1. Винт (1) установите так, чтобы участок троса (3)
между шкивом (2) и блоком (7) был параллелен платформе (8) (рис.1).
2. Навивка троса (3) должна быть такой, чтобы при
опускании груза (4) винт (1) поднимался (вывинчивался).
3. Плавно перемещая подвижный груз (6) по линейке,
добейтесь равномерного опускания груза (4).
4. Зафиксируйте положение груза (6) при равномерном
движении и определить 
.
5. Определите вертикальную нагрузку Q на винт.
6. Вычислите КПД винтовой пары практически (по формуле
3) и теоретически (по формуле 1) и сравнить результаты.
7. Определите абсолютную погрешность оценки КПД.
8. Оцените КПД с учетом погрешности, значение КПД
представьте в виде 
9. Снимите винт. Произведите замену сменной гайки.
Эксперимент повторите для гаек из другого материала.
10. Определите коэффициент трения.
Контрольные
вопросы
1. Каковы области применения винтовой пары?
2. Назовите достоинства и недостатки передачи.
3. Как определить КПД передачи практически?
4. Как определить КПД передачи теоретически?
5. Где трение больше: в винтовой паре с прямоугольной
резьбой или в винтовой паре с треугольной резьбой?
6. На что затрачивается работа движущей силы?
7. Какие факторы влияют на КПД пары?
8. При каком условии пара самотормозящаяся?
email: KarimovI@rambler.ru
Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21
Теоретическая механика Сопротивление материалов
Прикладная механика Детали машин Строительная механика
