Materiały dydaktyczne Podstawy konstrukcji maszyn · PDF fileProjekt współfinansowany...

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

1

Materiały dydaktyczne

Podstawy konstrukcji maszyn

Semestr III

Laboratoria




2

Temat 1: Identyfikacja i pomiary kół zębatych.

Cel ćwiczenia

Celem identyfikacji jest wyznaczenie wartości pewnych charakterystycznych

wymiarów i parametrów koła zębatego. Identyfikacji takiej dokonuje się często przy

naprawach maszyn i urządzeń, np. w celu dokonania prawidłowej wymiany koła zużytego na

nowe.

Wprowadzenie

Identyfikacja koła zębatego obejmuje wyznaczenie następujących parametrów:

- liczba zębów z,

- moduł m,

- kąt przyporu α,

- współczynnik przesunięcia zarysu (współczynnik korekcji) x;

- współczynnik wysokości zęba y.

Pomiary kół zębatych obejmują najczęściej:

- pomiar grubości zęba g,

- pomiar podziałki i jej nierównomierności p, (pz),

- pomiar bicia uzębienia,

- sprawdzenie zarysu zęba,

- sprawdzenie współpracy.




3

Rys.1. Wymiary charakterystyczne koła zębatego.

Podstawowe zależności geometryczne dla kół zębatych walcowych o prostej linii zęba są

następujące:

pzd p

Średnica podziałowa dp

zmpzd p

Wysokość głowy hg=m

Wysokość stopy hs=1,25·m

Wysokość zęba h=hg+hs=2,25·m

Grubość zęba gz=0,5·p-j

Szerokość wręby s=0,5·p+j

Luz boczny normalny (międzyzębny) j=0,04·m




4

Średnica wierzchołków dg=dp+2·hg=m(z+2)

Średnica podstaw ds.=dp-2hs=m·(z-2,5)

Luz wierzchołkowy c=hs-hg=0,25·m

Odległość osi kół a=0,5(dp1+dp2)=0,5·m(z1+z2)

Pomiary kół zębatych obejmują najczęściej:

pomiar grubości zęba g,

pomiar podziałki i jej nierównomierności p, (pz),

pomiar bicia uzębienia,

sprawdzenie zarysu zęba,

sprawdzenie współpracy.

Tok identyfikacji koła zębatego może być zrealizowany w następujący sposób

1. Zmierzyć suwmiarką średnicę wierzchołkową koła dg i policzyć liczbę zębów z .Przy

założeniu, że koło ma zęby normalne i zerowe wyznaczyć moduł m z zależności:

2

zd

m g

Wyliczoną wartość modułu zaokrąglić do wartości nominalnej.

2. Zmierzyć suwmiarką uniwersalną wysokość zęba h i sprawdzić założoną wartość

współczynnika y wg zależności:

mmh

y

2

2,0

3. Sprawdzić wartość współczynnika korekcji x wg zależności:

ym

zmdx g

2




5

4. Sprawdzić wartość kąta przyporu α . W tym celu należy mikromierzem talerzykowym

do kół zębatych dokonać pomiaru wielkości Mn oraz Mn+1. Zakładając wstępnie, że

α=20° , liczbę zębów n przez którą należy dokonać pomiaru wielkości Mn można

obliczyć wg wzoru:

5,09

zn

Drugi pomiar powinien obejmować n+1 zębów, wyznaczony zostanie wtedy wymiar

Mn+1. .Różnica otrzymanych wyników stanowi wartość podziałki zasadniczej pz.

ponieważ::

coscos1 mppMM znn

stąd:

mMM nn 1cos

otrzymaną wartość kąta α zaokrąglić do wartości nominalnej wynoszącej: 14 °30', 15°

lub 20°.

Rys.2 Zasada pomiary mikromierzem talerzykowym.




6

5. Wykorzystując podane wcześniej zależności obliczyć średnicę wierzchołkową i

porównać ją z wynikiem pomiarów.

6. Wyniki pomiarów i obliczeń zestawić w tabeli.

Pomiar odchyłki grubości zęba suwmiarką modułową

Rys. 3. Zasada pomiaru grubości zęba suwmiarką modułową : 2- szczęka ruchoma, 1-szczęka stała,3- noniusz,

4- podziałka, 5,8- Śruby zaciskowe, 6-nakrętka, 7-śruba nastawcza, 9-wysuwka, 10-suwak, 11,13- śruby

zaciskowe, 12-nakrętka.

Pomiar suwmiarką modułową polega na zmierzeniu cięciwy gp łuku koła podziałowego na

wysokości hp. Po dokonaniu pomiaru wielkości gp wyznaczyć należy odchyłkę grubości zęba

Δg :

tp ggg

gdzie: gp – zmierzona grubość zęba

gt – teoretyczna grubość zęba (z tabeli)




7

Pomiar odchyłki grubości zęba mikromierzem talerzykowym

Pomiar odchyłki grubości zęba można też dokonać mikromierzem talerzykowym. Odchyłkę

grubości zęba wyznaczyć można z zależności:

cosMg

gdzie: ΔM = Mn-Mnt

Mn – zmierzona wielkość M przez n-zębów

Mnt – teoretyczna wartość wielkości M (z tabeli)

Pomiar odchyłki i nierównomierności podziałki zasadniczej

Pomiar podziałki zasadniczej można dokonać za pomocą specjalnego przyrządu

pomiarowego firmy Carl Zeiss przedstawionego na rys.4 .

Rys.4. a) wzorcowanie przyrządu, b) pomiar błędu wykonania podziałki zasadniczej przyrządem firmy Carl

Zeiss.




8

Rys.5.Zasada pomiaru błędu podziałki zasadniczej

Pomiary nierównomierności podziałki obwodowe

Pomiar nierównomierności podziałki obwodowej może być wykonywany metodą pośrednią

na podzielnicy optycznej z wykorzystaniem specjalnej przystawki.

Rys.6. Schemat sprawdzania nierównomierności podziałek obwodowej na podzielnicy: 1-koło zębate, 2-trzpien,

3-czujnik pomiarowy.




9

Rys.7. Pomiary nierównomierności podziałki obwodowej na podzielnicy optycznej.

Pomiar taki przebiega w następujący sposób:

- Ustawić trzpień przystawki na średnicy podziałowej mierzonego koła zębatego.

- Obrotem pokrętła głowicy podziałowej doprowadzić do zetknięcia końcówki

pomiarowej przystawki z bokiem zęba koła zębatego.




10

- Precyzyjnym obrotem głowicy podziałowej doprowadzić czujnik pomiarowy

przystawki do wskazania zerowego.

- Odczytać wartość kąta z głowicy podziałowej.

- Procedurę pomiarową powtórzyć dla pozostałych zębów mierzonego koła zębatego.

- Obliczyć różnicę kątów

][1 radnn

- Obliczyć wartości poszczególnych podziałek jako

][22

mzmdp p

- Obliczyć odchyłki poszczególnych podziałek obwodowych jako:

][ mmpppp t

gdzie:

pt – teoretyczna wartość podziałki obwodowej

- Obliczyć wartość sumarycznych odchyłek podziałek obwodowych sumując wartości

poszczególnych odchyłek podziałek z uwzględnieniem znaku.

- Wyniki pomiarów zestawić w tabeli.

Tabela pomiarowa

Lp podziałki Odchyłka podziałki Δp

[μm]

Sumaryczne odchyłki

podziałek ∑Δp [μm]

- Sporządzić wykresy Δp = f(nr podziałki ) oraz ∑Δp = f(nr podziałki ).




11

- Wykonać sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego według wskazówek

prowadzącego.

Zaliczenie ćwiczenia

Zaliczenie ćwiczenia polega na sprawdzeniu nabytych wiadomości w trakcie realizacji

ćwiczenia laboratoryjnego oraz wiadomości zawartych w instrukcji dotyczącej realizowanego

ćwiczenia. Podstawą do przystąpienia do zaliczenia jest oddanie kompletnego sprawozdania

zgodnego z wymogami podanymi przez prowadzącego zajęcia.

Wiedza z jaką student powinien zapoznać się przed rozpoczęciem zajęć oraz jakie

umiejętności powinien nabyć po realizacji zajęć.

Przed rozpoczęciem zajęć student powinien zapoznać się z instrukcją laboratoryjną

dotyczącą realizowanego ćwiczenia laboratoryjnego. Wiedza ta będzie sprawdzana przed

rozpoczęciem ćwiczenia w formie krótkiego sprawdzianu lub testu.

Po realizacji ćwiczenia student powinien na podstawie nabytych wiadomości i własnej analizy

poprawnie interpretować wiedzę nabytą w trakcie realizacji ćwiczenia i powiązać ją z wiedzą

przedstawioną na wykładzie.

Literatura:

1. A.Rutkowski: Części Maszyn.WNT, Warszawa,2007.




12

Temat 2: Badanie ciśnienia hydrodynamicznego w łożysku ślizgowym.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego w łożysku

ślizgowym w zależności od prędkości obrotowej, obciążenia, lepkości czynnika smarnego i

luzu łożyskowego.

Wprowadzenie

Łożyska ślizgowe są ważnymi elementami maszyn decydującymi o prawidłowości ich

pracy , trwałości i niezawodności. Osiągnęły one wysoki poziom rozwoju , a ich cechy

funkcjonalne sprawiają , że w określonych warunkach przewyższają one użytkowe własności

powszechnie stosowanych łożysk tocznych.

Charakterystycznymi cechami łożysk ślizgowych są:

- możliwość przenoszenia dużych obciążeń przy stosunkowo dużych prędkościach

obrotowych;

- cichobieżność i trwałość ( przy zapewnieniu warunków tarcia płynnego );

- duża zdolność tłumienia drgań i odporność na obciążenia udarowe;

- duża sztywność łożyska i dokładność prowadzenia czopa .

Dokładne określenie rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego w łożysku ślizgowym jest

potrzebne między innymi ze względu na dobór materiału panewki który to materiał pracuje w

warunkach dużych zmian ciśnienia filmu olejowego .Z hydrodynamicznej teorii smarowania

wiadomo , że maksymalne wartości ciśnienia występują przed minimalną grubością szczeliny

olejowej i one decydują o przeciążeniu materiału panewki.

Dla łożyska obciążonego dynamicznie ( łożyska silników spalinowych ) , wypadkowe

ciśnienie filmu smarowego wynika z ruch obrotowego czopa i ruchu promieniowego czopa w

łożysku.




13

Przykładowy wykres rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego w łożysku ślizgowym

przedstawia rys.1.

Opis stanowiska do badania łożysk ślizgowych

Stanowisko zaprojektowane jest dla umożliwienia badania wpływu prędkości

obrotowej, obciążenia, lepkości czynnika smarnego i luzu łożyskowego na powstanie w

warstwie oleju ciśnienia hydrodynamicznego.

W skład stanowiska wchodzą następujące zespoły:

- zespół badany – łożysko ślizgowe,

- zespół napędowy,

- zespół regulacji luzu,

- zespół regulacji obciążenia:

o zmiana wartości obciążenia,

o regulacja położenia obciążenia,

- zespół pomiaru ciśnienia.




14

Schemat stanowiska do badania ciśnienia hydrodynamicznego w łożyskach ślizgowych

przedstawia rys 2.

Przebieg ćwiczenia

Stanowisko do badania ciśnienia hydrodynamicznego w łożyskach ślizgowych

umożliwia przeprowadzenie pomiarów ciśnienia hydrodynamicznego p w różnych punktach

przestrzeni smarowej w zależności od następujących parametrów:

- położenia punktu pomiarowego φ,

- obciążenia łożyska P,

- prędkości obrotowej czopa n,




15

- lepkości oleju η (T),

- bezwzględnego luzu w łożyskach 2c,

- współrzędnej przyłożenia obciążenia Z.

Pomiary te umożliwiają wyznaczenie następujących charakterystyk:

p= f (φ)

p= f (2c)

p= f (P)

p= f (Z) przy pozostałych parametrach stałych

p= f (φ)

p= f (φ), p=f(T)

Wyboru zdejmowanych charakterystyk dokonuje prowadzący ćwiczenie.

Na podstawie dokonanych pomiarów należy wykreślić odpowiednie charakterystyki i

umieścić je w układzie współrzędnych jak na rys.3.

p

φ,2c,P,Z,n,T Rys.3. Układ współrzędnych do wykreślania charakterystyk

Zmianę poszczególnych parametrów dokonuje się w następujący sposób:

- zmianę kąta położenia punktu pomiarowego φ – przy pomocy rękojeści 6 (rys.2), po

odblokowaniu śruby 7;




16

Otwory pomiarowe tworzą dwa rzędy punktów pomiarowych równolegle do osi

łożyska (rys.4). Rzędy 1 i 2 otworów pomiarowych rozmieszczone są na obwodzie korpusu

tulei na kącie środkowym 60°.Każdy otwór w rzędzie, począwszy od otworu znajdującego się

najbliżej zaworu rozdzielczego 29 (rys.2.) na przyporządkowany numer od 1 do 5. Tworzy to

układ współrzędnych, według którego każdemu dwucyfrowemu numerowi można

przyporządkować dokładnie jeden otwór pomiarowy i na odwrót. Pierwsza cyfra oznacza

numer rzędu a druga numer otworu w tym rzędzie. Po odblokowaniu śruby 7 (rys.2.)można

przy pomocy rękojeści 6 obrócić korpus łożyska (wraz z punktami pomiarowymi) o kąt α w

zakresie od -30° do +30°. Kąty punktów pomiarowych rzędów nr 1 i 2 ustawia się wg

wskaźników dla danego rzędu wykonanych w postaci kresek na pierścieniu korpusu łożyska:

- zmianę luzu w łożyskach 2c – przy pomocy pokrętła 12 (rys.2) (c- oznacza luz

promieniowy).

Sposób odczytywania luzu ilustruje rys 5. Wartość luzu ustawionego na rys.5 wynosi

0,498mm ( 8x0,6+3x0,006=0,48+0,018=0,498mm).




17

- zmianę obciążenia łożyska P – przez nakładanie lub zdejmowanie obciążników 21

(rys.2),

- zmianę współrzędnej przyłożenia obciążenia łożyska Z – przy pomocy pokrętła 19,

- zmianę obrotów n – przy pomocy układu regulacji obrotów silnika elektrycznego,

- zmianę temperatury oleju T - przez zmianę nastawy na termostacie.

Tabela pomiarowa Wielkość zmienna Wartość ciśnienia hydrodynamicznego p

Jednostka bar Bezwzględny luz w

łożysku

Bezwzględny luz w

łożysku

Kąt położenia punktu

pomiarowego

Numery otworów pomiarowych Kąt położenia punktu

pomiarowego

Numery otworów pomiarowych

0° 90° 5° 95°

10° 100° 15° 105° 20° 110° 25° 115° 30° 120° 35° 125° 40° 130° 45° 135° 50° 140° 55° 145° 60° 150° 65° 155° 70° 160° 75° 165° 80° 170° 85° 175° 90° 180°

Wielkości stałe Obroty n [Obr/min] Obciążenie P [N]

Współrzędne przyłożenia obciążenia Z [mm]




18











Po realizacji ćwiczenia student powinien na podstawie nabytych wiadomości i własnej

analizy poprawnie interpretować wiedzę nabytą w trakcie realizacji ćwiczenia i powiązać ją z

wiedzą przedstawioną na wykładzie.

Literatura:

1. J.Gontarski,Z.Kowalczyk,C.Noszczyński,J.Zalewski: Gospodarka paliwowo-

smarownicza na statkach morskich.Wydawnictwi Morskie,Gdynia.1957

2. M.Hebda, A.Wachal:Trybologia. Wydawnictwo Naukowo-Tehniczne,Warszawa

1980

3. H.Kozłowiecki:Łożyska ślizgowe silników spalinowych. Wydawnictwo Komunikacji

i Łączności, Warszawa 1982

4. J.Michałkowski: Paliwa, oleje i smary .Wydawnictwo Komunikacji i Łączności,

Warszawa 1982

5. L.Piaseczny: Technologia naprawy okrętowych silników spalinowych. Wydawnictwo

Morskie,Gdynia.1992




19

6. K.Wierzcholski: Teoria smarowania łożysk ślizgowych. Wydawnictwo Uczelniane

Politechniki Szczecińskiej, Szczecin 1989

7. J.K.Włodarski: Zużycie i smarowanie maszyn okrętowych. Wydawnictwo

Morskie,Gdynia.1979




20

Temat 3: Badanie charakterystyki elementu podatnego. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest:

- pomiar oraz identyfikacja podstawowych parametrów sprężyny śrubowej,

- wyznaczenie charakterystyki sprężyny śrubowej (przy obciążaniu i odciążaniu) oraz

porównanie jej z charakterystyką teoretyczną,

- wyznaczanie naprężeń maksymalnych w sprężynie.

Wprowadzenie

Podstawową cechą elementów podatnych jest ich duża odkształcalność. Sposoby

uzyskania tej odkształcalności mogą być różne i dla przykładu w stosunku dla sprężyn jest

to nadanie jej określonego kształtu, w innych przypadkach jest to zastosowanie określonego

materiału do wykonania takiego elementu. Podstawową cechą elementów podatnych jest tzw.

sztywność. Sztywność ta określana jest jako pochodna obciążenia względem obciążenia:

lub

gdzie: P, M – siłą lub moment (obciążenie elementu podatnego,

f, φ - wydłużenie lub obrót (odkształcenie elementu podatnego).

Zmienność sztywności czyli zmiana odkształcenia w zależności od przyłożonego

obciążenia określa tzw. charakterystykę elementu podatnego. Charakterystyki łącznika mogą

być prostoliniowe lub mogą być one linią krzywą (charakterystyka progresywna lub

degresywna).




21

Rys. 1. Charakterystyki łącznika podatnego. Najczęściej stosowanym w budowie maszyn łącznikiem podatnym są sprężyny walcowe

śrubowe. Sprężyny tego typu zwijane są z drutu określonej średnicy . Postać geometryczną

sprężyn opisana jest wymiarami i parametrami charakterystycznymi przedstawionymi na

Rys.2

.




22

Wyznaczanie charakterystyki sprężyny śrubowej Do wyznaczenia charakterystyki sprężyny śrubowej służy przyrząd, którego schemat ideowy

przedstawia rys.3

Rys. 3. Przyrząd do wyznaczania charakterystyki sprężyny śrubowej: 1-korpus, 2-odległościomierz, 3-badana

sprężyna, 4-stolik przesuwny, 5-tarcza obrotowa, 6-siłomierz pałąkowy, 7-czujnik zegarowy, 8-stolik przesuwny.

Obciążenie sprężyny badanej na prezentowanym przyrządzie odbywa się za pomocą

tarczy 5 przemieszczanej poosiowo za pomocą mechanizmu śrubowego. Przemieszczanie

poosiowe tarczy 5 powoduje jednocześnie przemieszczanie stolików przesuwnych 4 i 8

pomiędzy którymi umieszczona jest sprężyna badana. Przemieszczanie tarczy 5, stolików 4 i

8 powoduje w dalszej kolejności ugięcie siłomierza pałąkowego 6. Wartość odkształcenia

siłomierza pałąkowego wskazywana jest przez czujnik zegarowy 7. Wielkość ściśnięcia

sprężyny pod działaniem sił obciążającej mierzona jest za pomocą odległościomierza 2.

Korpus 1 stanowi sztywną ą niezmienną bazę pomiarową dla odkształcanej sprężyny.

Odpowiednikiem siły obciążającej sprężyny jest wskazanie czujnika siłomierza




23

pałąkowego odczytywane w działkach. Przed przystąpieniem do wyznaczania charakterystyki

sprężyny należy przeprowadzić skalowanie (wzorcowanie) siłomierza pałąkowego co pozwoli

zastąpić wartości działek czujnika zegarowego określoną wartością siły. Podczas pomiarów

do wartości siły odczytanej z wykresu wzorcowania siłomierza pałąkowego należy dodać

stałą poprawkę o wartości 4,2 KG, która uwzględnia ciężar stolika przesuwnego i ciężar

siłomierza pałąkowego.

Tabela 1 lp. Odczyt

[dz] Siła ściskająca

P KG Długość

spr.obciążonej [mm]

Całkowite skrócenie sprężyny

[mm]

Suma sił ściskających

P1=P+4,2[KG]

Wyniki wzorcowania siłomierza pałąkowego przy napięciu wstępnym trzpienia czujnika zegarowego równym 100dz. Tabela 2

Obciążenie siłomierza siłą

ściskająca P [KG]

Wskazanie czujnika

siłomierza [dz]

5 100 50 196 75 243

100 288 125 335 150 380 175 426 200 473 225 519 250 563 275 613 300 659




24

Wyznaczanie charakterystyki wzorcowej i naprężeń maksymalnych w sprężynie

Do wyznaczanie charakterystyki wzorcowej sprężyny posłużyć się można następującą

zależnością:

]/[8 3

4

mmNDi

dGfPc

c

Naprężenia maksymalne w sprężynie:

][83max MPaK

dDP

gdzie: G – moduł sztywności poprzecznej materiału sprężyny [Pa],

ic – czynna liczba zwojów sprężyny (zwojów pracujących),

d – średnica drutu,

D – średnia średnica sprężyny,

K- współczynnik zależny od stosunku D/d.

Rys.4. Zależność współczynnika K od stosunku D/d.




25














Literatura:

1. W.Korewa,K.Zygmunt: Postawy Konstrukcji Maszyn, część II WNT, Warszawa

1975.

2. M.Dietrich: Postawy Konstrukcji Maszyn, część III WNT, Warszawa 2008.




26

Temat 4: Sterowanie wielkością siły w urządzeniach hydraulicznych. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest wyznaczenie monoharmonicznych widm

funkcji przemieszczeń tłoka oraz ciśnienia powietrza w komorze siłownika pneumatycznego

które świadczą o dokonującej się kompensacji nieliniowości i sprzężenia zwrotnego w

badanym siłowniku.

Wprowadzenie

W Instytucie Nauk Podstawowych Technicznych Akademii Morskiej w Szczecinie

powstała nowa koncepcja generatora sygnału siły stosowanego do badań właściwości

dynamicznych maszyn. Koncepcja generatora oparta jest na hipotetycznym, nieinercyjnym i

niedyssypacyjnym elemencie sprężystym, którego napięcie, stanowiące sygnał siły, można

dowolnie regulować. Jednym z czynników wpływających na napięcie takiego elementu są

drgania obiektu badanego wywołujące sygnał sprzężenia zwrotnego. Poprzez regulowanie

napięcia elementu sprężystego można dowolnie regulować sygnał siły oraz kompensować

występujące sprzężenie zwrotne. Po skompensowaniu sprzężenia hipotetyczny element

sprężysty będzie pozbawiony nie tylko masy i tłumienia, lecz także sztywności. Powstała w

ten sposób hipoteza idealnego generatora sygnału siły o zerowej sztywności dynamicznej.

Realizacji generatora sygnału możliwie bliskiego postawionej hipotezie dokonano w

dziedzinie pneumatyki:

– element sprężysty stanowi powietrze wypełniające komorę siłownika

– napięcie tego elementu sprężystego, stanowiące sygnał siły, zależy od ciśnienia powietrza,

którego wartość można dowolnie regulować zmieniając ilość masy powietrza w komorze

poprzez odpowiednie sterowanie strumieniami masy powietrza dopływającego i

wypływającego z komory.




27

Kluczowym problemem przedstawionej koncepcji jest efektywne sterowanie strumieniami

masy powietrza za pomocą specjalnego zaworu.

Stanowisko laboratoryjne do kompensacji nieliniowości i sprzężenia zwrotnego w

tłokowym siłowniku pneumatycznym tworzą:

– specjalny zawór pneumatyczny do sterowania strumieniami masy powietrza

– układ podzespołów elektrycznych obrotu i pozycjonowania pierścieni regulacyjnych

zaworu

– układ napędowy wirnika zaworu z regulowaną prędkością obrotową

– siłownik pneumatyczny przystosowany do współpracy z zaworem

– układ pomiarowy z możliwością komputerowego sterowania, rejestrowania

i przetwarzania wyników pomiarów oraz dokonywania analizy widmowej sygnałów

ciśnienia powietrza

– sieć sprężonego powietrza o dostatecznie dużej wydajności i dostatecznie wysokim

ciśnieniu

– reduktor stabilizujący wymaganą wartość ciśnienia w sieci sprężonego powietrza.

Opis koncepcji części mechanicznej zaworu pneumatycznego

Schemat koncepcji części mechanicznej cyfrowo sterowanego zaworu

pneumatycznego przedstawiono na rys. 1.

a)

410 9 8 1 2

6

3

75




28

b) c)

Rys. 1. Schemat koncepcji zaworu do sterowania strumieniami masy powietrza a) przekrój wzdłużny, b) przekrój poprzeczny w płaszczyźnie A-A, c) przekrój poprzeczny w płaszczyźnie B-B; 1 – korpus, 2 – wirnik z otworami i szczelinami, 3 – pierścienie regulacyjne z czołowymi zarysami sinusoidalnymi, 4 – mechanizm regulowanego obrotu pierścieni, 5 – otwory wirnika o jednakowej średnicy i różnej głębokości, 6 – szczelina wypływowa, 7 – szczelina dopływowa, 8 – otwór wypływowy, 9 – otwór dopływowy, 10 – powierzchnia czołowa zaworu mocowana bezpośrednio do ściany komory siłownika

Zawór, wg rys. 1, ma korpus 1, w którym ułożyskowany jest wirnik 2, obracający się

z regulowaną prędkością. Na wirniku osadzone są obrotowo cztery jednakowe pierścienie

regulacyjne 3 z wykonanymi z jednej strony czołowymi zarysami sinusoidalnymi. Pierścienie

ustawione do siebie zarysami sinusoidalnymi tworzą dwie pary. Każdy pierścień może być

obracany niezależnie w dowolnym kierunku za pomocą mechanizmu 4 regulowanego obrotu

pierścieni. W wirniku, od strony powierzchni czołowej w kierunku równoległym do osi, jest

sześć otworów 5 wirnika o jednakowej średnicy i różnej głębokości. Cztery z tych otworów

leżące naprzeciw siebie mają głębokość sięgającą do pierwszej pary pierścieni regulacyjnych

(przekrój A-A), a pozostałe dwa mają większą głębokość sięgającą do drugiej pary pierścieni

(przekrój B-B). W cylindrycznej powierzchni na obwodzie wirnika wykonane są cztery

szczeliny wypływowe 6 przelotowo do połączenia z czterema otworami o mniejszej

głębokości oraz dwie szczeliny dopływowe 7, również przelotowo do połączenia z dwoma

otworami o większej głębokości. Długość szczelin dopływowych i wypływowych jest

jednakowa i większa od sumy wysokości zarysów sinusoidalnych dwóch pierścieni. W

korpusie zaworu w płaszczyźnie A-A wykonany jest otwór wypływowy 8, natomiast

w płaszczyźnie B-B wykonany jest otwór dopływowy 9. Powierzchnia czołowa 10 zaworu

8 1632

6

A-A

9 1

2

7

7

B-B

3

B-B

5




29

mocowana jest bezpośrednio do urządzenia pneumatycznego do otworu łączącego

bezpośrednio sześć otworów wirnika zaworu z komorą siłownika.

Rozwinięcie pełnego obwodu czołowych zarysów sinusoidalnych pierścieni

regulacyjnych na tle szczelin dopływowych i wypływowych wirnika zaworu przedstawiono

schematycznie na rys. 2.

Rys. 2. Rozwinięcie pełnego obwodu czołowych zarysów sinusoidalnych pierścieni regulacyjnych oznaczonych na tym rysunku cyframi 1, 2, 3 i 4 na tle szczelin dopływowych i wypływowych wirnika zaworu; tz – podziałka zarysu sinusoidalnego, 12 – kąt fazy początkowej zarysów sinusoidalnych pierścieni regulacyjnych 1 i 2; 34 – kąt fazy początkowej zarysów sinusoidalnych pierścieni regulacyjnych 3 i 4

Zarysy sinusoidalne pierścieni regulacyjnych 1, 2, 3 i 4 mają jednakową podziałkę

zarysu tz. Pierścienie 1 i 2 służą do regulacji strumienie masy powietrza dopływającego do

zaworu, natomiast pierścienie 3 i 4 regulują strumienie masy powietrza wypływającego.

Niezależność regulowanego obrotu każdego pierścienia pozwala na regulację kąta fazy 12

zarysów sinusoidalnych pary pierścieni 1 i 2 oraz kąta fazy 34 zarysów sinusoidalnych pary

pierścieni 3 i 4 i w ten sposób, w oparciu o znane zasady dodawania harmonik, można

regulować wartości amplitudy funkcji otwarcia na dopływie i wypływie oraz kąt fazy między

6 t z

4 3 12

t z

t z




30

tymi funkcjami. Należy podkreślić, że wszystkie te regulacje są wzajemnie niezależne i

realizowane przy stałych wartościach średnich obu funkcji otwarcia na dopływie i wypływie.

Model matematyczny siłownika pneumatycznego z badanym zaworem

Do komputerowego sterowania strumieniami masy powietrza w badanym zaworze

wybrano środowisko MATLAB produkcji firmy "THE MATWORKS". Układy nieliniowych

równań różniczkowych, stanowiące modele matematyczne badanego urządzenia

pneumatycznego, odwzorowano w postaci schematów

)()()]()[( 111

111

ppxxxpppfpffFC

pxFkx

Fhx

FM

mmmasr

ss

(1)

gdzie:

f1, fr, fa1 – zmienne wejściowe, stanowiące funkcje otwarcia generowane przez zawór;

x, p – zmienne wyjściowe, stanowiące funkcje przemieszczenia tłoka i ciśnienia

powietrza w komorze siłownika ;

F1, , C, pS , M, hS , kS – parametry układu.

Układ równań (1) zapisać można we współrzędnych stanu, przyjmując oznaczenia:

x = q1, 2qx , 2qx , p = q3, stąd:

m

mmars

ss

xqpqqpqfffpK

q

qMFq

Mhq

Mkq

qq

1

323113

31

212

21

)()()(

(2)

gdzie:1FCK




31

Schemat blokowy pod nazwą NOWYGRANT, odwzorowujący układ równań (2), pokazano na rys. 3.

Rys. 3. Schemat blokowy NOWYGRANT

Wartości parametrów, występujących na schemacie, zadawane są w m-pliku

tekstowym, nazwanym programem dNOWYGRANT. Poszczególne polecenia zawarte w tym

programie powodują również przeprowadzenie symulacji oraz umożliwiają prezentację

wyników obliczeń w formie liczbowej jak i graficznej [1], [2], [3],[4].

Wielkościami mierzonymi są: funkcja przemieszczenia tłoka x oraz funkcja ciśnienia

powietrza p w komorze siłownika.

Monoharmoniczne widma tych funkcji świadczą o dokonującej się kompensacji nieliniowości

i sprzężenia zwrotnego w badanym siłowniku pneumatycznym.




32





zgodnego z wymogami podanymi przez prowadzącego zajęcia..









Literatura:

1. Kuźniewski B.: Dynamika tłokowych urządzeń pneumatycznych, WNT Warszawa,

2001..

2. Brzózka J., Dorobczyński L.: Programowanie w MATLAB, Mikom, Warszawa 1998.

3. Mrozek B., Mrozek Z.: Matlab, AGO, Kraków 1994.

4. Sprawozdanie z projektu badawczego KBN pt. "Rozwój metod sterowania

strumieniami masy powietrza w tłokowym urządzeniu pneumatycznym generującym

okresowy sygnał siły" Nr 7 T07B 011 13, Wyższa Szkoła Morska w Szczecinie

Instytut Nauk Podstawowych Technicznych, 19972000 r.




33

Temat 5: Pomiary błędów geometrycznych współpracujących elementów maszyn o zarysie cylindrycznych.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest dokonanie oceny geometrycznej

występujących w budowie maszyn elementów maszyn o złożonej geometrii , dużych masach i

gabarytach zawierające w sobie zespoły powierzchni cylindrycznych. Elementy takie

wymagają zapewnienia pewnych specyficznych warunków wynikających z ich konstrukcji i

właściwości.

Wprowadzenie

Długie i ciężkie elementy maszyn, których kształt zarysu utworzony jest przez zespół

powierzchni cylindrycznych, takie jak wały korbowe czy też wały rozrządu wymagają

indywidualnego podejścia do zagadnień pomiarów błędów kształtu i położenia osi tych

powierzchni. Elementy tego typu są bowiem nie tylko elementami o złożonej geometrii, ale

dodatkowo, z uwagi na gabaryty, elementami o dużej podatności co utrudnia ich pomiar oraz

interpretację wyników pomiarów. Trudności te wynikają z jednoczesnego występowania i

wzajemnego oddziaływania błędów wymiarów, kształtu i położenia osi poszczególnych

czopów. Stan taki powoduje, że wielkości mierzone są ze sobą sprzężone i praktycznie nie ma

możliwości ich oddzielenia bez zastosowania skomplikowanych obliczeń. Stosowane obecnie

metody pomiarowe stanowią szereg oddzielnie realizowanych pomiarów, a ich powiązanie i

opracowanie konieczne do otrzymania wyników końcowych jest trudne, czasochłonne i nie

gwarantuje wymaganej dokładności [1].

Metodyka pomiarów błędów geometrycznych zespołu powierzchni cylindrycznych

W dotychczas stosowanych metodach pomiarowych występują równocześnie

trudności precyzyjnego ustalania mierzonego obiektu, powodowane dużymi i zmiennymi




34

reakcjami w miejscach podparcia oraz wynikającymi stąd odkształceniami zależnymi od

wartości i rodzaju błędów poszczególnych czopów. Uwzględniając powyższe spostrzeżenia w

Zakładzie Podstaw Budowy i Eksploatacji Maszyn Akademii Morskiej w Szczecinie

opracowano metodykę umożliwiającą realizację dokładnych i kompletnych pomiarów

odchyłek kształtu i położenia osi zespołu powierzchni cylindrycznych długich i ciężkich

elementów maszyn. Metodyka ta opiera się na zastosowaniu tzw. elastycznego podparcia

wału ustalonego w kłach kulistych [2] i programach obliczeniowych realizujących

kompleksowe zgodne z [3] opracowania danych otrzymanych z pomiarów.

Rysunek 1 przedstawia schemat układu pomiarowego, w skład którego wchodzą:

obiekt mierzony (wał korbowy) (1), kuliste głowice kłowe (2) i (3), zespół podpór

odciążających (4) osadzonych na siłownikach pneumatycznych (5), przewody zasilające (6) i

(7), manometr (8), zawór (9) i zbiornik wyrównawczy (10). Pomiary odchyłek kształtu i

położenia osi mierzy się za pomocą czujnika przemieszczeń (11).

P

2 1 4 3

91087

5

6

11

Rys. 1. Schemat układu pomiarowego i urządzenia do pomiarów błędów kształtu i położenia osi czopów

głównych wału korbowego przy podparciu elastycznym. Wskazania czujnika przemieszczeń rejestrowane są przez cyfrowy układ kontrolno-

pomiarowy (nie pokazany na rysunku) i opracowane z zastosowaniem specjalnych

programów obliczeniowych.

Podczas pomiarów wał jest obracany, a układ rejestrujący zapisuje wskazania czujnika,

uzależnione od błędów kształtu przekroju mierzonego oraz jego usytuowania względem osi

obrotu realizowanej przez urządzenie pomiarowe (kły kuliste).




35

Zespół podpór odciążających zapewnia stałe wartości i kierunki reakcji na wszystkich

podporach niezależnie od błędów wymiarów kształtu i położenia osi poszczególnych czopów

wału wykluczając deformacje spowodowane nadmiernymi niekontrolowanymi reakcjami

podparcia.

Opracowanie wyników pomiarów

Uzyskane wyniki z pomiarów po uwzględnieniu błędów systematycznych, poddawane

są analizie i opracowaniu w celu wyznaczenia poszukiwanych parametrów

charakteryzujących mierzony zespół powierzchni cylindrycznych.

Opracowanie to charakteryzuje się szeroką pojętą uniwersalnością, gdyż może być

wykorzystane do wyznaczania błędów geometrycznych nie tylko powierzchni cylindrycznych

zewnętrznych, ale i wewnętrznych, np. przy pomiarach błędów geometrycznych zespołu

otworów gniazd łożyskowych w korpusie silnika (metoda z wykorzystaniem wału

kontrolnego i czujników [4]). W tej jak i we wcześniej opisanej metodyce pomiaru wału

korbowego opracowanie oparte jest na pomiarach okrągłości w określonych przekrojach

poprzecznych rozpatrywanego zespołu powierzchni cylindrycznych.

Wyniki pomiarów opracowano na podstawie metody ważonej najmniejszych

kwadratów w dwóch etapach. Na rysunkach 2 oraz 3a,b przedstawiono interpretację

poszczególnych etapów opracowania wyników pomiarów.

Rys. 2. Graficzna interpretacja pierwszego etapu opracowania danych.




36

Na rysunku 2 przedstawiony jest w układzie biegunowym zarys wybranego

mierzonego przekroju poprzecznego oraz jego usytuowanie względem osi obrotu (punkt O)

realizowanej przez urządzenie pomiarowe. Poszukiwanymi parametrami na tym etapie

opracowania danych są mimośrodowość ei, promień średniokwadratowy Rs oraz odchyłka

okrągłości ΔO, będąca różnicą promieni kół opisanego i wpisanego dla profilu mierzonego

a)

L4B

L4A

L3B

L3A

L2B

L2A

L1B

L1A

B4

A4 B3

A3

B2

A2 B1 A1

b)

Rys. 3. Graficzna interpretacja drugiego etapu opracowania danych.




37

Wyznaczenie wcześniej mimośrodowości ei mierzonych przekrojów zespołu

powierzchni cylindrycznych (czopów) wału, pozwalają w dalszej kolejności wyznaczyć

oś 0' – 0' oraz odchyłki niewspółosiowości Δwi względem tej osi (oś 0' – 0' jest osią

odniesienia dla wyznaczenia odchyłek położenia osi czopów 0" – 0") rysunki 3a i b. Odchyłka

niewspółosiowości określana jest w połowie długości czopa mierzonego b. Dodatkowo

znajdowanym parametrem jest odchyłka nierównoległości odnoszona do całkowitej długości

czopa.

Obliczenia realizowane są metodą ważoną najmniejszych kwadratów analizy regresji,

techniką iteracyjną w oparciu o zasady rachunku macierzowego. Proces iteracyjny kończył

się, gdy minimum funkcji nazywanej dobrocią dopasowania zmieniało się nieznacznie w

trakcie procesu iteracyjnego, lub gdy osiągnięta była z góry zadana maksymalna liczba

iteracji.

Ogólny program obliczeń jest jednakowy dla obu etapów opracowania danych,

natomiast konkretne zagadnienie obliczeniowe jest zdefiniowane w podprogramach

znajdujących się poza programem głównym.

Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego

Przeprowadzić pomiary obiektu mierzonego (wału korbowego)- w tym celu należy:

- włączyć układ napędu obrotów wału,

- włączyć układ pomiarowo rejestrujący oraz komputer PC,

- ustawić statyw z czujnikiem w określonym przekroju poprzecznym wału

przemieszczając statyw wzdłuż prowadnic,

- doprowadzić do zetknięcia trzpienia pomiarowego czujnika z powierzchnią czopa,

- za pomocą pokrętła regulacji dokładnej ustawić czujnik pomiarowy tak aby jego

wskazania oscylowały w połowie zakresu pomiarowego,

- uruchomić układ obrotów wału i dokonać pomiarów oraz rejestracji wskazań czujnika,

- procedurę pomiarów i rejestracji danych powtórzyć dla pozostałych przekrojów

poprzecznych obiektu mierzonego rozmieszczonych na jego długości.




38

Przeprowadzić procedurę opracowania danych pomiarowych w oparciu o udostępniony

program komputerowy.

Wykonać sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego wg wskazówek prowadzącego zajęcia,

dołączając do niego wydruki wyników obliczeń numerycznych i ich graficznej interpretacji.













wiedzą przedstawioną na wykładzie

Literatura:

1. Łożyskowanie ślizgowe silników spalinowych – opracowania i zalecenia firmy Clyco

i Clevite Co.

2. Nozdrzykowski K, Kuźniewski B.: Methodology of geometric accuracy measurement

of crankshaft witch elastic support. IMEKO SYMPOSIUM Metrology for Quality

Control in Production, Sept. 8 – 10 1998, Vienna, Austria.

3. Polska Norma PN-78/M-02137. Tolerancje kształtu i położenia. Nazwy i określenia.




39

4. Nozdrzykowski K., Kuźniewski B.: Complete measurements and estimation of

geometric accuracy of bearing system of multi – support shafts. 2 International

Conference on Measurement, Smolenice, Slovak Republic, April 26 – 29, 1999.




40

Temat 6: Badanie charakterystyki złącza śrubowego.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki złącza śrubowego napiętego

wstępnie kontrolowaną siłą osiową a następnie obciążonego siłą roboczą .

Wprowadzenie

Złącza śrubowego napięte wstępnie są typowe dla wszystkich połączeń

samohamownych spoczynkowych. Są one często spotykane w budowie maszyn np.: śruby

mocujące pokrywy poddane ciśnieniu roboczemu (pokrywy silnika), śruby łożyskowe, śruby

korbowodu, itp.

Przykładową charakterystyka złącza śrubowego napiętego wstępnie kontrolowaną siłą

osiową a następnie obciążonego siłą roboczą w układzie: odkształcenie elementów złącza-

obciążenie elementów złącza przedstawia rys.1:

Rys.1. Przykładowa charakterystyka złącza śrubowego




41

Q0- wartość napięcia wstępnego,

Q1-całkowita siła obciążająca śrubę,

Q’- wartość napięcia resztkowego

Qr – wartość napięcia roboczego,

χ - współczynnik obciążenia,

Δśr – wydłużenie śruby pod działaniem Qr ,

Δśo - wydłużenie śruby pod działaniem Qo,,

ΔNo – ściśnięcie nakrętki pod działaniem Qo,

ΔNr – zmniejszenie ściśnięcia nakrętki pod działaniem Qr.

Opis stanowiska laboratoryjnego do wyznaczania charakterystyki złącza śrubowego.

Rys.2. Stanowisko laboratoryjne do wyznaczania charakterystyki złącza śrubowego.




42

Stanowisko laboratoryjne składa się z trzech podstawowych układów (rys.2):

- układu tworzącego złącze śrubowe (tj. podstawy, korpusu, pokrywy, podkładki, nakrętki i

trzpienia),

- układu obciążającego (tj. pompy hydraulicznej i przewodu wysokociśnieniowego z

szybkozłączem),

- układu pomiarowego (tj. czujnika pomiaru odkształcenia śruby, czujnika mierzącego

odkształcenia elementów łączących oraz mostka tensometrycznego pomiaru naprężeń w

złączu śrubowym).

Korpus (1) przytwierdzony jest do podstawy (14) za pomocą sześciu śrub M12 (13) z

nakrętkami. Korpus posiada przelotowy otwór, w którym umieszczona jest śruba (12), będąca

jednym z elementów złącza śrubowego. Śruba zakończona jest z jednej strony kołnierzem,z

drugiej natomiast gwintem M30x1,5. Śruba posiada przelotowo wykonany otwór, w który

wsunięty jest trzpień (11). W górnej części korpusu wykonano podtoczenie z kanalikami. Do

przestrzeni utworzonej przez obwodowo wykonane kanaliki dostarczany jest olej tłoczony za

pomocą pompy hydraulicznej typu Lukas. W podtoczeniu korpusu osadzona jest pokrywa

(10) z otworem. Na górną część śruby nałożona jest specjalnej konstrukcji podkładka (3) i

nakręcona nakrętka (4) z osadzoną na niej nasadką (6). Szczelność przestrzeni, w których

gromadzony jest czynnik (olej) stanowiący obciążenie robocze złącza śrubowego, zapewniają

pierścienie typu Oring (2) osadzone w rowkach wykonywanych na powierzchniach styku

pokrywy i korpus. Napięcie wstępne realizowane jest za pomocą klucza dynamometrycznego

(Kondor 95/6-07) z regulacja momentu w zakresie 140 do 980 Nm. Dokręcanie nakrętki za

pomocą klucza dynamometrycznego i nasadki (6) powoduje docisk pokrywy do korpusu. W

wyniku stopniowego dokręcania nakrętki kontrolowanym momentem (za pomocą klucza

dynamometrycznego) następuje stopniowe wydłużanie śruby i ściśnięcie elementów

łączonych (pokrywa, specjalna podkładka, oringi). Wielkość wydłużenia śruby kontrolowana

może być na bieżąco za pomocą czujnika zegarowego (5) (czujnik ten styka się z osadzonym

luźno w śrubie trzpieniem(11). Miarą wielkości ścisku jest odkształcenie specjalnej podkładki

sprężystej, do której przymocowany jest na wsporniku(8) czujnik zegarowy (7). Trzpień




43

czujnika zegarowego styka się natomiast z powierzchnią listwy (9) przymocowanej na stałe

do górnej powierzchni pokrywy. Obciążenie robocze złącza śrubowego wytworzone jest

ciśnieniem oleju tłoczonego ręczną pompą hydrauliczną. Wielkości tego ciśnienia

kontrolowana jest manometrem osadzonym na stałe w złączce wkręconej w otwór korpusu

(1). Otworem tym w dalszej kolejności dostarczany jest olej do obwodowo wykonanych

kanałów na czołowych powierzchniach styku pokrywy i korpusu. W wyniku wytworzonego

ciśnienia oleju następuje dodatkowe wydłużenie śruby przy jednoczesnym częściowym

zmniejszeniu ścisku elementów łączonych. Podobnie jak wcześniej wielkość tych zmian

można odczytywać na bieżąco z czujników przemieszczeń (5) i (7). Pod wpływem napięcia

wstępnego jak i roboczego w śrubie powstają naprężenia sprężyste. Miarą tych naprężeń są

odkształcenia tensometrów naklejonych na bocznej powierzchni śruby, które rejestrowane są

przez mostek tensometryczny produkcji Mikrotechna.

Przeprowadzone przed rozpoczęciem ćwiczenia laboratoryjnego skalowanie mostka

tensometrycznego pozwala zastąpić jego wskazania określoną wartością siły. Skalowanie

przeprowadzono przed zamontowaniem śruby na stanowisku laboratoryjnym poddając ją

rozciąganiu na maszynie wytrzymałościowej. Wykres rozciągania badanej śruby w układzie

siła obciążająca F [KG] – odkształcenie śruby (działki wskazań mostka tensometrycznego)

przedstawia rys. 3. Korzystając z przedstawionego wykresu można zastąpić wartość wskazań

mostka tensometrycznego określoną wartością siły a więc i naprężeń.




44

Rys.3. Wykres rozciągania badanej śruby w układzie siła obciążająca –odkształcenie śruby.

Przebieg ćwiczenia

1. Podłączyć mostek tensometryczny do sieci.

2. Zamknąć zawór pompy hydraulicznej.

3. Dokręcić nakrętkę ręcznie do „oporu” poprzez nasadkę.

4. Nałożyć klucz dynamometryczny i poprzez nasadkę dokręcać stopniowo nakrętkę

notując kolejne wskazania czujników przemieszczeń i mostka tensometrycznego.

5. Po dokręceniu nakrętki określoną wartością napięcia wstępnego zdjąć klucz

dynamometryczny z nasadki.

6. Poddać badane złącze kontrolowanemu obciążeniu roboczemu realizowanego za

pomocą pompy hydraulicznej.

7. Stopniowo zwiększając obciążenie robocze notować odpowiadające im zmiany

wskazań czujników przemieszczeń i mostka tensometrycznego.




45

8. Po wywarciu określonego napięcia roboczego, zluzować złącze w pierwszej

kolejności otwierając zawór pompy hydraulicznej a następnie zluzować je kluczem

dynamometrycznym.

9. Proces obciążania i luzowania złącza śrubowego przeprowadzić kilkakrotnie dla

uśrednienia wyników pomiarów.

10. Wyniku pomiarów zestawić w tabeli.

11. Wykonać sprawozdanie z ćwiczenia wg wskazówek prowadzącego zajęcia.

Tabela

Obciążenie

wstępne

M[Nm]

Wydłużenie

śruby

Δl1[μm]

Skrócenie

podkładki

Δl2[μm]

Naprężenia

(wsk.mostka)

[dz]

Wartość

siły

obciążającej

złącze [N]

Ciśnienie

robocze

[bar]

140

280

420

490









46









Literatura:

1. K.Szewczyk: Połączenia gwintowe. PWN, Warszawa 1991.

2. W.Korewa: Podstawy Konstrukcji Maszyn. WNT, Warszawa 1973.

3. W.Olszak: Kontrola gwintów. Politechnika Szczecińska, Szczecin 1978.

4. B.Kuźniewski: Podstawy konstrukcji Maszyn. WSM, Szczecin 1982.

5. Z.Orlik,W.Surowiak: Części Maszyn cz.I. Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne,

Warszawa 1973.

6. J.Mierzejewski: Wytrzymałość materiałów-zadania. WSM ,Szczecin 1988.

7. Z.Osiński: Podstawy Konstrukcji Maszyn. PWN ,Warszawa 1986.

8. T.Dobrzański: Rysunek techniczny maszynowy. WNT , Warszawa 1987.




47

Temat 7: Badanie naprężeń w wałach sprzęganych.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z zagadnieniem wpływu zastosowania

określonego typu sprzęgła na naprężenia w wałach sprzęganych w przypadku wystąpienia

błędów wzajemnego położenia osi wałów sprzęganych.

Wprowadzenie

Sprzęgło jest zespołem układu napędowego maszyny, przeznaczonym do łączenia

wałów i przekazywania momentu obrotowego z wału czynnego (napędzającego) na wał

bierny (napędzany) bez zmiany kierunku ruchu obrotowego. W ogólnym przypadku można

określić, że sprzęgło składa się z członu czynnego, członu biernego i łącznika. Przez człon

rozumie się zespół elementów sprzęgła osadzony na wale czynnym i biernym, natomiast

łącznikiem nazywa się części (kołki, śruby itd.) lub czynnik (np. ciecz) przekazujące moment

obrotowy z członu czynnego na człon bierny. Łącznik określa zatem sposób przekazywania

momentu obrotowego i jednocześnie charakteryzuje dane sprzęgło. Zastosowanie sprzęgła

pozwala łączyć oddzielnie elementy takie jak: silnik, zespoły układu napędowego oraz

mechanizmy robocze w jedną funkcjonalną całość. Stosowanie różnego rodzaju sprzęgieł

umożliwia również spełnienie wielu innych zadań, które bez użycia sprzęgieł wymagałoby

bardziej skomplikowanej konstrukcji maszyn lub nawet byłyby niemożliwe do zrealizowania.

Jeżeli można zapewnić dokładną współosiowość łączonych wałów, zarówno w czasie

montażu, jak i pracy maszyny, wówczas stosowane są sprzęgła sztywne.

Jeżeli przewiduje się trudności montażowe, a także zmiany położenia wałów w czasie

eksploatacji urządzeń (np. w wyniku częściowego zużycia) , stosowane są sprzęgła

samonastawne. Sprzęgła te mogą również likwidować skutki wzajemnych przemieszczeń

i przesunięć wałów wzdłuż ich osi, czy też wydłużenia cieplne (przy wzroście temperatury).

W przypadku, gdy osie wałów przecinają się pod katem ostrym lub gdy osi wałów są

znacznie przesunięte względem siebie, stosowane są sprzęgła samonastawne przegubowe.

Inne sprzęgła stanowią zabezpieczenia współpracujących urządzeń przed szkodliwymi




48

skutkami nagłych przeciążeń oraz przenoszeniem drgań. Zadania te spełniają sprzęgła

podatne, a w przypadku, gdy wskutek wzrostu obciążenia powinno nastąpić rozłączenie

wałów – sprzęgła bezpieczeństwa.

Często stosowane też są sprzęgła sterowane, umożliwiające rozłączanie wałów bez

konieczności zatrzymania silnika lub przełączenia mechanizmów związanych ze zmianą

prędkości obrotowej.

Ponadto istnieje czasami potrzeba stosowania sprzęgieł działających samoczynnie, np.

przy zmianie kierunku ruchu obrotowego lub wzroście momentu obrotowego itd.

Podane zadania sprzęgieł nie wyczerpują wszystkich potrzeb i możliwości ich

stosowania, ale już na tej podstawie można stwierdzić, że przy tak różnorodnych funkcjach

istnieje bardzo wiele rodzajów sprzęgieł.

Klasyfikacja sprzęgieł może być prowadzona z użyciem różnych kryteriów: zadań,

rozwiązań konstrukcyjnych, sposobów włączania czy np. rodzaju łącznika przekazującego

moment obrotowy. Należy również zwrócić uwagę, że wiele sprzęgieł spełniać może

równocześnie kilka zadań, a nawet może je zmieniać w czasie pracy [1,3].

Normalizacja i zasady doboru sprzęgła

Wiele rodzajów sprzęgieł podlega normalizacji i wówczas parametry ich budowy podane

są w Polskich Normach. Niektóre rodzaje sprzęgieł są stosowane w węższym zakresie

i wówczas są produkowane według rozwiązań ustalonych przez zakłady wytwórcze

w uzgodnieniu z odbiorcami. Zakres produkowanych wielkości jest wówczas podawany

w katalogach zakładowych lub branżowych.

Podstawowym parametrem charakteryzującym prace sprzęgła jest przenoszony moment

obrotowy, zależny od przenoszonej mocy i prędkości obrotowej.

NmnNM 1,9554

gdzie:

N – moc w [kW]

n – prędkość obrotowa (obr/min)




49

W celu zastosowania właściwego sprzęgła należy, na podstawie zadań, jakie ma ono

spełniać, określić rodzaj sprzęgła i jeżeli będzie to sprzęgło znormalizowane, dobrać z

katalogu odpowiednią jego wielkość zależną od przenoszonego momentu. W czasie pracy

sprzęgło może podlegać chwilowym przeciążeniom. Ponieważ nie wszystkie przyczyny

powstawania przeciążeń mogą być przewidywane w czasie projektowania, do obliczeń

wprowadzone są pewne wartości współczynników przeciążeniowych k i ustalanych

doświadczalnie.

Dobór sprzęgła do napędu polega w rezultacie na sprawdzeniu, czy wartość

przenoszonego momentu obrotowego (uwzględniającego współczynniki przeciążenia) jest

mniejsza od nominalnego momentu obrotowego sprzęgła (Mn) wg zależności[2]:

nztpznn kkkkMM

gdzie:

Mn – moment nominalny sprzęgła [Nm];

Mzn – moment nominalny napędu (silnika) [Nm];

kp – współczynnik przeciążeniowy zależny od maszyny roboczej;

kt – współczynnik przeciążeniowy zależny od temperatury otoczenia;

kz – współczynnik przeciążenia zależny od czasu pracy;

kn – współczynnik przeciążenia zależny od liczby włączeń.

Stanowisko laboratoryjne do badania naprężeń w wałach sprzęganych

W wyniku sprzęgnięcia części czynnej i biernej sprzęgła w wałach sprzęganych powstają

naprężenia, których wartość może być zwiększona, gdy dodatkowo osie wałów będą

przemieszczone względem siebie (niewspółosiowość, nierównoległość). Wartość naprężeń

uzależniona będzie w dużej mierze od zastosowanego sprzęgła a w szczególności jego

łącznika.




50

Rys. 1. Schemat stanowiska laboratoryjnego.

Na rys. 1 przedstawiono schemat stanowiska laboratoryjnego wykonanego w

Zakładzie Podstaw Budowy i Eksploatacji Maszyn Akademii Morskiej w Szczecinie do

realizacji omawianego ćwiczenia laboratoryjnego w ramach przedmiotu „Podstawy

konstrukcji maszyn”.

Napęd od silnika elektrycznego 1 na wał czynny 3 przekazywany jest za pośrednictwem

przekładni pasowej 2. Wał czynny, podobnie jak i wał bierny 4, zakończony jest odpowiednio

ukształtowanymi kołnierzami łączonymi wymiennymi wkładkami dającymi w efekcie

możliwość sprzęgnięcia wałów za pomocą kolejno: sprzęgła sztywnego kołnierzowego (śruby

pasowane), sprzęgła luźnego kłowego (wkładka Oldhama) oraz sprzęgła podatnego (śruby

z nakładkami gumowymi). Śruby pasowane lub z nakładkami gumowymi umieszczone są

w otworach wykonanych w kołnierzach, natomiast wkładka Oldhama umieszczona jest




51

w wybrankach wykonanych na czołowych powierzchniach kołnierzy. Montaż wkładki

Oldhama wymaga odsunięcia a następnie, po umieszczeniu wkładki, dosunięcia ponownego

wału czynnego, co realizowane jest w szybki sposób za pomocą dźwigni 6, po wcześniejszym

zluzowaniu śrub dociskowych. Wał bierny w części środkowej posiada specjalnie wykonane

wybranie, w którym naklejone są tensometry pozwalające mierzyć moment gnący na wale w

zależności od wprowadzanych świadomie odchyłek położenia osi wałów sprzęganych.

Tensometry połączone są z układem izolowanych wzajemnie pierścieni miedzianych 8

osadzonych trwale na wale biernym. Pierścienie miedziane podczas obrotów wału stykają się

ze szczotkami połączonymi za pomocą przewodów z miernikiem zmian oporności 9 oraz

komputerem 10.

Układ napędowy może być dodatkowo obciążony momentem skręcającym, gdyż z

drugiej strony wał bierny zakończony jest łącznikiem umożliwiającym połączenie wału

biernego za pośrednictwem czujnika momentu skręcającego z pompą zębatą. Zmiana

obciążenia układu napędowego realizowana jest za pomocą zaworu dławiącego

umieszczonego na wyjściu z pompy hydraulicznej pracującej w obiegu zamkniętym. Zarówno

wał czynny jak i bierny ułożyskowane są dwumiejscowo w podporach przymocowanych do

osobnych płyt jezdnych połączonych śrubami z podstawą 5. Za pomocą pokręteł 11 i 12

można zmienia ć położenie płyty jezdnej wraz z wałem biernym względem wału czynnego,

wprowadzając odpowiednio błędy niewspółosiowości i błędy nierównoległości osi wałów

sprzęganych. Wielkości przemieszczeń kontrolowane są za pomocą zegarowych czujników

przemieszczeń.

Układ pomiarowy wymaga wcześniejszego wzorcowania pozwalającego zastąpić

określone wskazania miernika oporności odpowiadającym im wartością sił i momentów

gnących. Do wzorcowania służy układ dźwigni 12 z obciążnikami 13. Przed rozpoczęciem

ćwiczenia dokonuje się wzorcowania miernika oporności zwiększając stopniowo obciążenie

dźwignicy 12 stykającej się z kołnierzem wału biernego za pomocą obciążników 13 (o

znacznej masie). Po zakończeniu wzorcowania dźwignia 12 jest odsuwana od kołnierza wału

biernego i zablokowana dla umożliwienia realizacji ćwiczenia laboratoryjnego. Sygnał

analogowy pobierany z tensometrów oporowych poprzez pierścienie zbierające 8 jest




52

wzmacniany i konwertowany cyfrowo w mikroprocesorze miernika momentu gnącego 14.

Miernik WEZ108 poprzez interfejs komunikacyjny RS-232 połączony jest z komputerem 15.

Pomiarów można dokonać za pomocą miernika WE2108 lub zainstalowanym na komputerze

PC programem WE2108 Panel. Przyciski do skalowania i zarządzania menu pełnią podwójną

funkcję – służą po pierwsze do obsługi programów a po drugie do ustawiania i poruszania się

po MENU urządzenia. Wmontowany czujnik momentu skręcającego series 2000 (poz. 16 rys.

1) umożliwia pomiar momentu skręcającego wałów w czasie rzeczywistym. Czujnik

dokonuje pomiaru niezależnie od kierunku obrotów. Odczyt otrzymanych danych odbywa się

poprzez wykorzystanie zainstalowanego na komputerze programu Torque. Sygnał z czujnika

zostaje przesłany do przetwornika FAST Technology’5 Torque – link meod 9400, gdzie

przetworzony na postać cyfrową doprowadzany jest do gniazda portu szeregowego komputera

PC.

Przebieg ćwiczenia

W czasie ćwiczenia należy wykonać następujące zadania:

- Sprawdzić wzajemne ustawienie osi wałów sprzęganych, w przypadku błędów

ustawienia doprowadzić do ich pokrywania się.

- Przeprowadzić wzorcowanie układu pomiarowego zwiększając stopniowo obciążenie

dźwigni 12. Wyniki wzorcowania zestawić w tabeli I oraz sporządzić wykres:

gMfa

gdzie:

a – wskazania miernika

Mg – moment gnący

Przy wyznaczaniu Mg skorzystać z pomocniczego schematu przedstawionego na rys. 2.




53

Rys. 2. Rozkład sił i momentów przy wzorcowaniu układu pomiarowego

- Zmontować wybrany typ sprzęgła badanego.

- Uruchomić silnik i dla trzech ustawień niewspółosiowości (regulowanych

pokrętłem 11) zanotować maksymalne wskazania miernika zmian oporności

tensometrów. Zmiany położenia (wału biernego w stosunku do wału czynnego)

odczytywać z czujnika przemieszczeń, a po zakończeniu pomiarów ponownie

doprowadzić do pokrywania się osi wałów sprzęganych przemieszczając wał

bierny do momentu uzyskania na czujniku przemieszczeń wskazania

początkowego.

- Procedurę pomiarową przeprowadzić dla trzech ustawień nierównoległości

(regulowanych pokrętłem 12) i ponownie doprowadzić do pokrywania się osi

wałów.

- Zadania określone w punktach od 3 do 4 wykonać dla trzech rodzajów sprzęgieł

nierozłącznych, tj. a) sztywnego kołnierzowego , b) luźnego Oldhama i c)

podatnego tarczowego.

- Otrzymane wyniki pomiarów zestawić w tabeli.

- Sporządzić sprawozdanie zawierające:

a. schemat stanowiska

b. krótki opis przebiegu ćwiczenia\

c. wykres wzorcowania

d. tabele pomiarowe




54

e. wykresy porównawcze Mg = f (rodzaj sprzęgła) dla określonych błędów

ustawienia osi wałów

f. wnioski i uwagi dotyczące ćwiczenia.




ćwiczenia. Zaliczenie odbywać się będzie w formie pisemnej. Podstawą przystąpienia do

zaliczenia jest oddanie kompletnego sprawozdania zgodnego z wymogami podanymi przez

prowadzącego zajęcia.









Literatura:

1. Rutkowski A., Orlik Z.: Części maszyn cz. II, Wydawnictwo Szkolne i Pedagogiczne,

Warszawa 1980,

2. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z Podstaw konstrukcji maszyn. Akademia

Morska w Szczecinie. Szczecin 2006,

3. Praca zbiorowa pod redakcją Kuźniewskiego B.: Podstawy konstrukcji maszyn –

ćwiczenia laboratoryjne z Podstaw konstrukcji maszyn dla Wydziału Mechanicznego,

Wyższa Szkoła Morska w Szczecinie, Szczecin 1982.




55

Temat 8: Badanie wybranych charakterystyk sprzęgła ciernego.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki przebiegu prędkości obrotowej

wałów sprzęganych i przenoszonego momentu tarcia za pomocą sprzęgła ciernego.

Wprowadzenie

Jednym z najczęściej stosowanych sprzęgieł w budowie maszyn są sprzęgła cierne.

Sprzęgła tego typu są sprzęgłami włączanymi asynchronicznie, tzn. ich włączanie może się

odbywać przy różnych prędkościach obrotowych wału czynnego i biernego. Powierzchnie

elementów sprzęganych w stanie rozłączonym nie stykają się. Dociśnięcie elementów

sprzęgła odpowiednią siłą powoduje wytworzenie siły tarcia na powierzchni styku

elementów sprzęganych i w rezultacie stopniowe wprowadzanie w ruch obrotowy elementu

biernego aż do zrównania prędkości obrotowej wałów. W czasie włączania istnieje poślizg

między łącznikami co powoduje wydzielanie się określonej ilości ciepła. Wydzielone ciepło

podnosi temperaturę powierzchni tnących od której w dużej mierze zależy obciążalność

sprzęgła. Występujący poślizg miedzy elementami sprzęganymi jest istotną zaletą sprzęgieł

ciernych gdyż dzięki niemu można zrealizować łagodny rozruch maszyny roboczej o

regulowanym przebiegu.

Do najpopularniejszych sprzęgieł ciernych należą sprzęgła cierne tarczowe i

wielopłytkowe. Maksymalny moment obrotowy jaki może przenieść sprzęgło cierne można

wyliczyć z zależności

gdzie:

Mo – moment obrotowy,

MT – momenr tarcia,

Q – siłą docisju powierzchni trących,




56

μ – współczynnik tarcia,

z – liczba powierzchni trących,

R – ramię wypadkowej siły tarcia.

Przykładowa charakterystyka przebieg prędkości obrotowej wałów sprzęganych za pomocą

sprzęgła ciernego oraz przebiegu momentu tarcia przedstawić można następująco:

Rys.1. Przebieg prędkości kątowych wałów sprzęganych i momentu tarcia podczas włączania i wyłączania

sprzęgła ciernego: ω1 – prędkość kątowa części czynnej sprzęgła, ω2- prędkość kątowa części biernej

sprzęgła , ω0 - nominalna prędkość kątowa wałów, M2 – moment oporowy zredukowany na wał

sprzęgła, MTdyn- dynamiczny moment tarcia, MTst – statyczny moment tarcia przy prędkości względnej

równej zero, MR- moment rozruchowy (nadwyżka dynamiczna tarcia w okresie rozruchu), ΔMT –

nadwyżka statycznego momentu tarcia w ustalonym stanie pracy sprzęgła, MTsz – moment szczątkowy

biegu jałowego, Mo- moment nominalny , tw – czas włączenia sprzęgła , tr- czas rozruchu sprzęgła




57

I – włączenie sprzęgła .W tym okresie przy zbliżaniu i dociśnięciu trących powierzchni

sprzęgła wał bierny i masy z nim połączone znajdują się w nieustalonym

przyspieszonym ruchu obrotowym , natomiast wał czynny jest opóźniony w ruchu

obrotowym .

II – w tym okresie czasu wały sprzęgane pracują przy zrównanych obrotach i oba znajdują się

w ruchu przyspieszonym.

III – jest to okres pracy sprzęgła przy ustalonych stałych obrotach wału czynnego i biernego.

Moment obrotowy przenoszone przez sprzęgło jest równy momentowi oporowemu

przyłożonemu do wału biernego.

IV – rozłączanie sprzęgła . W tym czasie następuje rozsunięcie powierzchni trących. Wał

czynny pozostaje w ustalonym ruchu obrotowym a wał bierny zmniejsza prędkość

obrotową aż do momentu całkowitego zatrzymania się.

Opis stanowiska laboratoryjnego

W skład stanowisko laboratoryjnego wchodzi układ napędowy, badane sprzęgło

cierne, układ pomiaru momentu, układ pomiaru prędkości obrotowych wału czynnego i

biernego oraz układ obciążający sprzęgło. Napęd z silnika 1 poprzez koło pasowe 12 i pas 16

i koło pasowe 20 przekazywane jest na wał czynny 18 a następnie na część czynną 19

badanego sprzęgła ciernego. Następnie napęd przekazywany jest na część bierną sprzęgła

ciernego 4. W dalszej kolejności za pośrednictwem sprzęgieł Oldhama 5 i 7 oraz

momentomierza 6 przekazywany jest on na wał bierny 8. Obciążenie sprzęgła stanowi

hamulec taśmowy 11. Zwiększanie obciążenia sprzęgła badanego za pomocą hamulca 11

realizowane jest poprzez zwiększanie liczby obciążników 10. Stopniowe włączanie sprzęgła

ciernego za pomocą obciążników 3 odbywa się poprzez układ dźwigniowy 21 zakończony

widełkami obejmującymi część czynną sprzęgła ciernego. Pomiary obrotów wału czynnego i

biernego realizowane są za pomocą czujników 13 i 15 współpracujących z tarczkami 2 i 9.

Pomiary momentomierza 6 wyświetlane są na wskaźniku 17. natomiast liczba obrotów wału

czynnego i biernego wyświetlana jest na wskaźniku cyfrowym 14. Na badanym stanowisku




58

laboratoryjnym wyznaczyć można charakterystykę przebiegu momentu tarcia oraz zmian

prędkości obrotowych wału czynnego i biernego podczas włączania sprzęgła jak również

jego rozłączania. Rozłączanie sprzęgła odbywa się poprzez zwiększanie obciążenia sprzęgła

badanego za pomocą hamulca taśmowego.

Rys.2. Schemat stanowiska laboratoryjnego do badania charakterystyk sprzęgła ciernego.


W trakcie ćwiczenia laboratoryjnego należy wyznaczyć charakterystykę przebiegu

prędkości obrotowych wałów sprzęganych i momentów tarcia dla tarczowego sprzęgła

ciernego podczas jego włączania i wyłączania:

- sprawdzić stan elementów i układów stanowiska laboratoryjnego;




59

- sprawdzić czy tarcze sprzęgła są rozłączone;

- uruchomić stanowisko i za pomocą falownika ustawić określoną prędkość obrotową;

- zakładając obciążniki doprowadzić stopniowo do styku tarcz sprzęgła ciernego, w

trakcie procesu obciążania notować wskazania obrotów wału czynnego i biernego oraz

wskazania momentomierza;

- procedurę obciążania realizować do momentu zrównania się prędkości obrotowej wału

czynnego i biernego;

- po zrównaniu się prędkości obrotowych przeprowadzić proces rozłączania sprzęgła, w

tym celu należy zwiększać obciążenie hamulca taśmowego do momentu wystąpienia

poślizgu pomiędzy częścią czynną i bierną badanego sprzęgła ciernego;

- w trakcie procesu rozłączania sprzęgła notować wskazania prędkości obrotowych wału

czynnego i biernego oraz wskazania momentomierza;

- sporządzić charakterystyki przebiegu prędkości obrotowych i momentów w zależności

od obciążenia sprzęgła.














60




Literatura:

1. Z. Osiński: Sprzęgła i hamulce. PWN , Warszawa 1988.

2. Z. Osiński:i in.: Podstawy konstrukcji maszyn. PWN , Warszawa 1999,




61

Temat 9: Badanie prędkości i przyspieszeń mechanizmów krzywkowych.

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia laboratoryjnego jest wyznaczenie wykresów prędkości i przyspieszeń

mechanizmu krzywkowego na podstawie pomiarów geometrii zarysu krzywki wału rozrządu

oraz porównanie tych wykresów z wykresami nominalnymi.

Wprowadzenie

Mechanizm rozrządu silnika jest to mechanizm sterujący doprowadzeniem do cylindra

czynnika roboczego i odprowadzeniem go do przewodów wylotowych. W zależności od

rodzaju silnika wyróżnić można kilka rodzajów mechanizmów rozrządczych. Są to odmiany

konstrukcyjne , różniące się cechami kinematycznymi i dynamicznymi. Jednym z

ważniejszych elementów układu rozrządu jest wał rozrządu którego krzywki współpracują

bezpośrednio lub pośrednio z popychaczem zaworów . Od dokładności wykonania krzywek

wału rozrządu uzależniona jest praca zaworów a co za tym idzie całego silnika. Prędkości i

przyspieszenia zaworów silnika uzyskiwane dzięki określonemu zarysowi krzywek wpływają

w sposób bardzo istotny na dynamikę pracy układu rozrządu. Zależą od nich czas otwarcia i

zamknięcia zaworów ,co wpływa na czasoprzekrój pracy silnika. W zależności od wielkości

silnika przyspieszenia te są różne , a ich przebieg odgrywa ważną rolę w pracy układu

rozrządu. Zły dobór zarysu krzywki lub złe wykonanie krzywki wpływa w sposób

bezpośredni na współpracę elementów układu rozrządu ( występować może np. wybijanie

gniazda zaworowego lub występować mogą drgania sprężyn zaworowych).

Stanowisko do pomiaru geometrii krzywek

Przyrządem służącym do pomiaru zarysów krzywek jest podzielnica optyczna firmy

Carl Zeiss Jena z długościomierzem „Abbe’go” (rys.1 ).




62

Rys.1. Pomiar wału rozrządu na podzielnicy optycznej:1-głowica podziałowa,2- konik,3-łoże, 4-długościomierz „Abbe’go”.

Jest to przyrząd optyczno-mechaniczny służący do pomiaru krzywkowych wałów rozrządu

zarówno w zakresie ich geometrii zarysu jak i wzajemnego położenia kątowego krzywek.. Za

pomocą tego przyrządu można wyznaczyć skok krzywki, a co za tym idzie wznios zaworu.

Badanie krzywki na tym przyrządzie polega na mierzeniu długości i kątów (rys.2).

Rys.2. Zasada pomiaru zarysu krzywki na podzielnicy optycznej :a)mikroskop odczytowy długościomierza

„Abbe’go”, b) skala, c) rolki prowadzące pinolę pomiarową, d) pinola pomiarowa, e) obciążnik, f)rolka , g) krzywka badana.




63


Ćwiczenie składa się z:

- pomiaru geometrii krzywki za pomocą podzielnicy optycznej z długościomierzem

„Abbe’go” (rys. 2 ),

- wyznaczenia wykresów skoków, prędkości i przyspieszeń popychacza (rys.4) w oparciu o

opracowany program komputerowy.

W czasie ćwiczenia należy:

- określić typ krzywki;

- dokonać oględzin powierzchni bieżni krzywki;

- dokonać pomiaru prostopadłości bieżni krzywki w stosunku do powierzchni bocznych;

- zamontować krzywkę w kłach podzielnicy i konika;

- dokonać pomiarów krzywki co 10° na części cylindrycznej krzywki i co 5° na części z

„garbem”;

- wykonać wykres zmierzonych skoków a na ich podstawie prędkości i przyspieszeń

krzywki;

- obliczyć i wykreślić skoki, prędkości i przyspieszenia środka rolki współpracującej z

krzywką nominalną, przedstawioną na rys. 3 dla następujących danych:

sa

H

F

E

/155,1680459

256080

047553

223529

mk

mHmRm

Amr

k

036,0018,0

][018,0068,0

0050,0




64

Rys.3. Badana krzywka

Wartość skoków, prędkości i przyspieszenia środka rolki na odcinku <E F> należy obliczyć

wg wzorów dla krzywki stycznej:

1

cos1

rkh




65

2cossinkrw r

3

22

coscos2krw r

Na łuku <H W> wg wzorów:

rDDAh 22 cossin

22 cos22sincos

DAw r

322

2

22

2

cos4

2sincos2cossin

DDAa r

natomiast na łuku <F H> wg następujących wzorów:

rkrRkrh aa 222 cossin

a

aar

rRk

rrw222

2

cos2

2sincos

3222

24

222

22

cos4

2sin

cos

2cossin

a

a

a

aar

rRk

r

rRk

rra




66

- porównać wykresy otrzymane na podstawie zmierzonego zarysu rzeczywistego z wykresami otrzymanymi na podstawie obliczeń z zarysu nominalnego;

- wykonać sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego wg wskazówek prowadzącego zajęcia.

Rys.4. Przykład opracowania wyników pomiarów.




67














Literatura:

1. Praca zbiorowa pod redakcją B.Kuźniewskiego: Podstawy konstrukcji maszyn –

ćwiczenia laboratoryjne dla wydziału mechanicznego. Wyższa Szkoła Morska w

Szczecinie, Szczecin 1982.

Materiały dydaktyczne Podstawy konstrukcji maszyn · PDF fileProjekt współfinansowany...

Documents

Transcript of Materiały dydaktyczne Podstawy konstrukcji maszyn · PDF fileProjekt współfinansowany...