Основные правила по технике безопасности

ДЕТАЛИ МАШИН

Лабораторные работы

Минск 2008

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра «Детали машин,
подъемно-транспортные машины и механизмы»

 

 

ДЕТАЛИ МАШИН

 

Лабораторные работы

по дисциплинам

«Детали машин и подъемно-транспортные машины»,

«Детали машин и основы конструирования»,

«Прикладная механика»

 

 

Под редакцией А.Т. Скойбеды

 

Минск 2008

УДК 621.8 (076.5)

ББК 34.44я7

Д 38

 

Составители:

А.Т. Скойбеда, А.В. Кузьмин, В.Л. Николаенко, В.М. Анохин,

В.В. Бирич, А.Г. Бондаренко, В.Д. Василёнок, А.А. Зенькович,

В.Ф. Калачёв, А.А. Калина, И.М. Комяк, Т.Н. Микулик,

Н.Н. Розанова, В.И. Шпилевский, И.В. Швец

 

Рецензенты:

В.А. Балицкий, О.Г. Девойно

 

 

Д 38	Детали машин: лабораторные работы по дисциплинам «Детали машин и подъемно-транспортные машины», «Детали машин и основы конструирования», «Прикладная механика» / Сост.: А.Т. Скойбеда [и др.]; под ред. А.Т. Скойбеды. – Минск: БНТУ, 2008. – 136 с.

 

Данное издание предназначено для студентов, выполняющих лабораторные работы по дисциплинам «Детали машин» и «Прикладная механика». В нем приведены описания лабораторных установок, методика проведения работ, рекомендации по оформлению отчетов и контрольные вопросы.

 

ISBN 978-985-479-725-0 © БНТУ, 2008

Введение

 

Данное издание является пособием по дисциплинам «Детали машин и подъемно-транспортные машины» и «Детали машин и основы конструирования» для студентов машиностроительных специальностей и может быть использовано при выполнении лабораторных работ по дисциплине «Прикладная механика».

В настоящее время усилена физико-математическая подготовка студентов, техническое образование приобретает университетскую направленность, в учебные планы введены дисциплины по изучению методов научных исследований и т.д. В связи с этим роль лабораторных работ в учебном процессе существенно возрастает.

Лабораторные занятия следует рассматривать как наиболее действенное практическое средство обучения, в процессе которого студенты должны приобретать навыки для выполнения научных исследований. Поэтому основными задачами лабораторных работ являются экспериментальное подтверждение теоретических выводов, полученных при изучении лекционного материала; развитие навыков, привычек и способностей к самостоятельному выполнению необходимых действий с приборами и установками; приобретение навыка практической оценки результатов опытов; глубокое изучение физической сущности функционирования различных деталей и узлов машин и методик выполнения работ, имеющих различный характер; использование методик обработки опытных данных; обобщение полученных результатов и оценка возможных ошибок.

В издании освещаются методика и порядок выполнения работ, даются описания, чертежи (схемы) установок, приводятся образцы отчетов по каждой работе, кратко рассматриваются теоретические вопросы, практическая проверка которых составляет предмет лабораторных исследований. При этом авторы стремились трактовку и терминологию этих вопросов увязать с действующими стандартами и учебниками по деталям машин. Объем и методика лабораторных работ рассчитаны так, чтобы каждая из них выполнялась в течение двух академических часов. При этом предусматривается предварительная подготовка студентов к выполнению задания.

На ряд вопросов, поставленных в конце каждой работы, в отчетах студенты должны поместить обстоятельные ответы, иллюстрированные необходимыми чертежами, схемами, расчетами.

Методики проведения лабораторных работ разработаны сотрудниками кафедры «Детали машин, подъемно-транспортные машины и механизмы» Белорусского национального технического университета.

Кафедра «Детали машин, подъемно-транспортные машины и механизмы» выражает благодарность студентам автотракторного факультета Петрову Д.А., Хорликову М.Г., Снытко А.В., Павловскому В.С. за помощь в оформлении рукописи данного издания.

 

 

МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

 

В практике экспериментальных исследований часто встречаются случаи, когда при одних и тех же условиях не удается получить одинаковые результаты опытов. В результате каждого измерения получается некоторое число. Предсказать, какое именно число получится при выполнении следующего измерения, чаще всего невозможно.

В случае когда результат эксперимента произвольно изменяется от одного наблюдения к другому, о результатах говорят как о случайных величинах. Случайная величина может быть дискретной и непрерывной.

Соотношение, устанавливающее связь между значениями случайной величины и вероятностями этих значений, называют законом распределения случайной величины, который задается какой-либо функциональной зависимостью (функцией распределения случайной величины) или в виде таблицы.

Часто бывает, что нужно описать функцию распределения некоторой случайной величины в общих чертах с помощью одного-двух параметров. Наиболее употребительной и наилучшей мерой, характеризующей значение случайной величины, является среднее значение М(x). Определим среднее значение для непрерывной величины со­гласно формуле

 

 

где x – случайная величина распределения;

f(x) – функция плотности непрерывной случайной величины.

В случае дискретной случайной величины

 

(1)

 

где p_i – вероятность значения x_i.

Если вероятности всех x_i равны, то

 

 

где n – число значений x.

Тогда выражение (1) запишется в следующем виде:

 

 

Кроме среднего значения функцию распределения случайной величины можно еще характеризовать параметром, показывающим, насколько широко «разбросаны» значения случайной величины относительно среднего значения.

Наиболее употребляемой мерой, характеризующей рассеивание случайной величины, является дисперсия:

 

 

Квадратный корень из дисперсии называется среднеквадратичным или стандартным отклонением:

 

 

Чтобы сравнить рассеяние различных случайных величин, вычисляют относительное стандартное отклонение или коэффициент вариации

 

Коэффициент вариации характеризует колебательность ряда измерений.

На результат измерения могут оказывать влияние различные факторы. Это влияние проявляется в виде ошибки, которая накладывается на значения измеряемой величины так, что результат измерения представляет собой сумму истинного значения измеряемой величины и ошибки.

Все ошибки принято делить на две большие группы: систематические и случайные ошибки.

Случайной называется ошибка Δ, которая изменяется от одного измерения к другому произвольно и в равной степени может быть как положительной, так и отрицательной. Случайная ошибка вызывается чаще всего одновременным действием различных факторов, например: изменением температуры, влажности и давления воздуха, толчками и вибрациями, колебаниями напряжения и частоты питающей сети, люфтами в сочлененных механических деталях и т.п.

Влияние случайных ошибок на результат измерения может быть уменьшено обработкой экспериментальных данных методами теории вероятностей. Если интересующую нас величину измерить несколько раз и вычислить ее среднеарифметическое значение, то случайная погрешность этого среднего значения будет меньше, чем погрешность единичного измерения. Однако если известно, что определяющей является систематическая погрешность, то следует ограничиться единичным измерением. Систематической называется погрешность, значение которой при повторных измерениях остается постоянным или изменяется по определенному закону, зависящему от вызывающего ее фактора. К систематическим ошибкам относятся инструментальные ошибки, ошибки, вызванные методикой постановки эксперимента, и др.

Так как при выполнении измерений невозможно определить истинное значение измеряемой величины, в метрологии было введено понятие о ее действительном значении.

Действительным условились называть такое значение измеряе­мой величины, в котором отсутствуют систематические погрешности, а случайные погрешности сведены к минимуму.

правильность, характеризуемая систематическими погрешностями, и точность определяют достоверность измерений. Точность определяется случайными погрешностями и оценивается средней погрешностью ряда измерений.

Мерой точности измерений служит относительная ошибка сред­него арифметического:

 

 

Средняя квадратическая погрешность результата измерений или среднего арифметического определяется по формуле

 

 

На основании «правила трех сигм» можно заключить, что случайная величина, подчиняющаяся нормальному закону распределения, находится в следующих пределах:

 

 

В качестве примера рассмотрим расчет погрешности при определении величины тормозного момента. В результате эксперимента было получено восемь значений показаний индикатора. Вычисления приведены в таблице.

 

№ наблюдения	Показания индикатора	M (x)	M (x)-xi	( M (x)-xi)2
∑			-1,875 1,125 4,125 0,125 2,125 -2,875 -0,875 -1,875	3,52 1,26 0,02 4,52 8,26 0,76 3,52 38,86

 

.

 

 

 

 

Величина тормозного момента определяется по формуле

 

 

где M(x) – регистрируемая величина, мм (делений);

μ _x – масштаб величины x (берется из тарировочного графика).

Примем μ _x = 1 Н м (деление).

Так как тормозной момент M _топределяется произведением двух величин, которые имеют погрешность измерения, то необходимо оценить общую погрешность.

Среднеквадратическая погрешность масштабного коэффициента для потенциометрических датчиков, тензодатчиков, датчиков угловой скорости обычно не превышает 1–2 %. Примем σ_{µ x} = 2 % = 0,02Н·м.

Среднюю квадратическую ошибку значений тормозного момента можно определить по формуле

 

 

которую можно переписать в виде

 

тогда

 

Н м.

 

Таким образом, действительное значение тормозного момента будет отличаться от среднего на величину 3 · , где

 

 

и в нашем случае при восьми опытах

 

 

тогда

 

Н м.

 

 

Основные правила по охране труда
при выполнении лабораторных работ

 

1. К работе допускаются студенты, изучившие инструкцию по охране труда при выполнении работ в лаборатории, прошедшие инструктаж и расписавшиеся в журнале инструктажа по охране труда.

2. Перед началом работы необходимо ознакомиться с основными правилами по охране труда, изложенными в описании каждой лабораторной работы.

3. Выполнение лабораторных работ осуществляется под руководством и наблюдением преподавателя.

 

Лабораторная работа № 1

 

ИСПЫТАНИЕ БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ,
РАБОТАЮЩЕГО НА СДВИГ

 

Цель работы

1. Теоретическое и экспериментальное определение зависимости сдвигающей силы F_r от момента завинчивания Т _зав.

2. Построение графиков зависимости F_r = f(Т _зав ) по теоретическим и экспериментальным данным.

 

Основные правила по технике безопасности

1. Затягивать гайку болта исследуемого соединения следует плавно, без рывков.

2. при затяжке болта удерживать приспособление с испытуемым соединением от скольжения по столу.

3. Риска на ползуне не должна выходить за пределы нижней риски на пластине.

Общие сведения

В настоящей работе изучается болтовое соединение, нагруженное силой, сдвигающей детали в стыке. Болт установлен в отверстие с зазором Δ (рис. 1.1) и подвергается предварительной затяжке, в результате которой между деталями возникают силы трения, препятствующие сдвигу деталей (раскрытию стыка).

 

D

Рис. 1.1. Схема нагружения соединения

Момент завинчивания гайки, который нужно приложить к ключу (см. рис. 1.1):

 

 

где Т _р – момент сил трения в резьбе;

T _т– момент сил трения на опорном торце гайки.

В развернутом виде

 

(1.1)

 

где f _т – коэффициент трения на торце гайки. Для условий опыта (сравнительно гладкие поверхности торца гайки и детали при наличии следов смазки) можно принять f _т = 0,2;

β – угол подъема винтовой линии на среднем диаметре, определяемый по уравнению

 

, .

 

Здесь р и d ₂соответственно шаг и средний диаметр резьбы, для опыта принимаемые из табл. 1.1.

 

Таблица 1.1

 

Геометрические параметры резьбы (ГОСТ 24705-81)

 

Диаметр резьбы d, мм	Шаг p, мм	Средний диаметр d 2, мм	Внутренний диаметр d 1, мм	Внутренний диаметр болта по дну впадины d 3, мм
	1,75	10,863	10,106	9,853
1,5	11,026	10,376	10,160
1,0	11,350	10,917	10,773
	2,0	12,701	11,835	11,546
1,5	13,026	12,376	12,160
1,0	13,350	12,917	12,773
	2,0	14,701	13,835	13,546
1,5	15,026	14,376	14,160
1,0	15,350	14,917	14,773

Окончание табл. 1.1

 

	2,5	16,376	15,294	14,933
1,0	17,350	16,917	16,773
	2,5	18,376	17,294	16,933
1,0	19,350	18,917	18,773

 

Средний диаметр опорной кольцевой площадки

 

.

 

Здесь D ₁ – наружный диаметр опорного торца гайки, равный размерузева ключа;

d ₀ – диаметр отверстия под болт (см. рис. 1.1). D ₁и d ₀следует получить непосредственным измерением.

Приведенный коэффициент трения в резьбе

 

 

где f _р – действительный коэффициент трения в резьбе. Для условий опыта принять f _р = 0,15. Угол профиля метрической резьбы α = 60°. Приведенный угол трения φ₁= arctg f ₁.

Наименьшая сила затяжки определяется по уравнению

 

(1.2)

 

где F_r – сдвигающая сила (см. рис. 1.1);

f ₀ – коэффициент трения между соединяемыми деталями; его можно принять 0,15…0,2 при шероховатости поверхностей Ra = 2,5 со следами смазки;

i – число стыков (поверхностей трения).

Сопоставляя уравнения (1.1) и (1.2), получим

 

, (1.3)

 

или иначе

 

 

где − постоянная величина для заданных условий опыта. Таким образом, F_r = f(T _зав ) является линейной зависимостью.

На величину момента завинчивания T _завсущественное влияние оказывают коэффициенты трения в резьбе и на торце гайки. Эти коэффициенты зависят от материала трущихся поверхностей и их шерохова­тости, наличия смазки и загрязнений и т.д. Поэтому теоретичес­кое значение T _завне всегда отвечает его действительной величи­не, определяемой экспериментальным путем.

В практике знание величины T _завчасто необходимо, например, для проектирования и настройки динамометрических ключей.

Для предотвращения остаточных деформаций, которые могут возникнуть в стержне болта, необходимо ограничить силу затяжки. Эта сила определяется исходя из условия прочности стержня болта на одновременное растяжение и скручивание по уравнению

 

. (1.4)

 

Для болта, изготовленного из стали Ст 3, принимаем σ_т = 220 МПа,коэффициент безопасности n = 2 и 1,3 – коэффициент, учитывающий скручивание тела болта.

Тогда допускаемое напряжение

 

МПа.

Для болта М16 d ₃ = 14,160 мм (см. табл. 1.1):

 

Н.

 

Этому значению [ F _зат]отвечает максимально допустимый момент завинчивания, определяемый по уравнению (1.1).

Экспериментальное значение силы F_r может быть определено по уравнению

 

, (1.4)

 

где − тарировочный коэффициент, получаемый при деформировании пружины на силоизмерительной машине;

n − число делений индикатора динамометра.

Описание установки

 

Для исследования болтового соединения применяются испытательная машина ДМ 30 М (рис. 1.2) и приспособление ДМ 23 М
с болтовым соединением, установленным на столе машины.

Машина имеет механизм установочного (ускоренного) сближения наконечника 1, закрепленного на динамометрическом кольце 3, с упором 8, закрепленным в колодке приспособления ДМ 23 М. Механизм состоит из маховика 6, винтовой пары 4, смонтиро­ванной в поперечине 5, и штока 7, с которым динамо­метр соединен при помощи захвата и болта.

Нагружение болтового соединения производится посредством червячного редуктора 10 и грузового винта 11 поворотом маховика 12. Приспособление ДМ 23 М состоит из основания, двух щек 13, болта с гайкой 15, ползуна 14 и упора 8.

 

 

Рис. 1.2. Испытательная машина ДМ30М:

1 – наконечник; 2 – индикатор; 3 – кольцо динамометрическое;
4 – винтовая пара; 5 – поперечина; 6 – маховик ускоренного сближения; 7 – шток;
8 – упор приспособления; 9 – стол подвижный; 10 – редуктор червячный;
11 – винт грузовой; 12 – маховик нагружателя; 13 – щеки; 14 – колодка (ползун);
15 – болт стяжной с гайкой

В начальном положении ползун устанавливается так, чтобы его риска совпадала с верхней риской пластины. Опускание ползуна ни­же нижней риски на пластине недопустимо, так как при этом выбира­ется зазор Δ и болт будет работать на срез.

Для завинчивания гайки применяется динамометрический ключ с предельным моментом Т _зав= 100 Н∙м.

 

Порядок выполнения работы

1. по указанию преподавателя подобрать болт для испытуемого соединения.

2. Измерить наружный диаметр болта. Результат измерения согла­совать с ГОСТ 24705-81 и записать в табл. 1.4 отчета.

3. Измерить наружный диаметр опорного торца гайки D ₁и диа­метр отверстия под болт d ₀. Ре­зультаты измерений занести в табл. 1.4 отчета.

4. Записать в табл. 1.4 отчета исходные данные для теоретического определения силы сдвига F_r.

5. по формуле (1.3) вычислить значения силы F_r при Т _зав = 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80 H∙м. Результаты расчетов занести в табл. 1.2 отчета.

6. По полученным данным построить график зависимости .

7. Собрать приспособление ДМ 23 М, установив болт ранее принятого размера.

8. Затянуть гайку болта динамометрическим ключом. Момент затяжки Т _зав= 20 Н∙м. Рукоятку ключа поворачивать плавно и непрерывно до показания на шкале принятого момента затяжки.

9. вращением маховика 6 (см. рис. 1.2) выбрать установочный зазор.

10. Нагрузить соединение. С этой целью маховик 12 (см. рис. 1.2) вращать до тех пор, пока стрелка индикатора не остановится, а затем быстро переместится в обратном направлении.

В этот момент сила сдвига F_r и силы трения в стыках уравновешиваются, происходит раскрытие стыка и соединение не воспринимает нагрузку, превышающую силу трения покоя. Показания индикатора, соответствующие T _зав = 20 Н·м, занести в табл. 1.3 отчета.

11. Без снятия предыдущей затяжки повторить действия,
указанные в пп. 8, 9 и 10, но при T _зав= 30; 40; 50; 60; 70; 80 Н∙м.

Результаты опыта занести в табл. 1.3 отчета.

12. по формуле (1.5) вычислить значения F_r.

Результаты вычислений занести в табл. 1.3 отчета.

13. По полученным данным построить график зависимости .

Образец оформления отчета

 

123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: