Дослідження коефіцієнта корисної дії передачі гвинт-гайка (Лабораторна робота № 1)

Лабораторна робота № 1

Дослідження коефіцієнта корисної дії передачі гвинт-гайка

Мета роботи – дослідити вплив навантаження на ККД передачі гвинт – гайка та порівняти експериментальні дані з результатами теоретичного розрахунку.

1.1.Теоретичні положення

Механічним ККД (коефіцієнтом корисної дії) називається відношення  роботи сил (моментів сил) корисного опору А _К.О. до роботи рушійних сил (моментів рушійних сил) А_Р.С.

 η = | A_К.О. / A_Р.С. | .                                                  (1.1)

Коефіцієнт корисної дії передачі гвинт – гайка з прямокутною різьбою можна визначити за формулами для ККД нахиленої площини, оскільки бічну сторону витка різьби можна наближено розглядати як площину, нахилену під кутом, що дорівнює кутові підйому витка різьби гвинта g.

Рис.1.1.Співвідношення сил на похилій поверхні.

При обертанні гвинта на виток гвинта діють нормальна до поверхні сила  F_n і сила тертя F_S з рівнодійною F. Розкладаючи рівнодійну F на дві взаємно перпендикулярні складові, одержимо силу корисного опору на гайці Q і силу F_t , що дорівнює коловий силі на гвинті.

При підйомі гайки на висоту h робота сил корисного опору 

A_К.О. = Q h .

Робота рушійних сил

A_Р.С. = F_t СД .

Враховуючі, що СД = h/tgg,  а  F_t = Qtg(g + j), за формулою (1.1) одержимо:

h = tgg / tg(g + j)                                        (1.2.)

де: j - кут тертя і  j = arctgf ;   f – коефіцієнт тертя

Для різьб, у яких кут профілю a¹0 (трикутні, трапецеїдальні, упорні), необхідно використовувати зведений коефіцієнт тертя

f^¢= f / cosd                                                  (1.3)

Відповідно зведений кут тертя

j^¢ = arctgf                                                                           (1.4)

Для трикутної і трапецеїдальної різьби d = 0,5a, для упорної d = 3 градуса. У цьому випадку формула (1.2) буде мати вигляд:

  h =  tgg/ tg(g + j^¢] .                                             (1.5)

При опусканні гайки, коли напрям сили опору збігається з напрямом переміщення гайки,

   h =  tg(g - j ')/ tgg  .                                            (1.6)

Різьба самогальмівна, якщо g£j' .

1.2. Опис приладу

Лабораторна робота виконується на приладі ДП19А, загальний вигляд якого представлено на рис 1.2, а схему – на рис.1.3.

Установка забезпечує визначення коефіцієнта корисної дії передачі гвинт – гайка в залежності від величини осьового навантаження на гайку та величини прикладеного ексцентричного моменту при реверсивному обертанні гвинта і сталій його швидкості.

Технічна характеристика досліджуваної передачі гвинт – гайка.

1. Тип і розмір різьби, мм                                               Трап. 14 х 2 

2.  Матеріал гвинта                                                           Сталь 45

3. Матеріал гайки                                                         Бр. 0,5Ц5С5

4. Обертання гвинта                                                       реверсивне

5. Швидкість обертання гвинта, об/хв                           60

6. Робочий хід гайки, мм                                                  80

7. Осьове навантаження на гайку, Н                                0,5; 1; 1,5; 2

8. Ексцентричний навантажувальний  момент на гайку, Нм – 0,5…1

Основні вузли приладу (див. рис.1.2, 1.3) змонтовані на стояку 1 з швелера, який закріплено на основі 2. У верхній частині стояка знаходиться кронштейн 3, в якому на підшипниках встановлено електродвигун 4 з редуктором 5. Корпус електродвигуна жорстко пов’язаний з корпусом редуктора.

Приводний вал редуктора з’єднаний з гвинтом 6 за допомогою накидної муфти 18.  Гвинт в своїй нижній частині опирається на кулькопідшипниковий підп’ятник.

При обертанні гвинта гайка 7 поступально переміщається вверх – вниз. Поворот гайки унеможливлюється повзуном з підшипником 20 на кінці, що переміщається разом з гайкою вздовж паза стояка.

Обертовий момент на валі двигуна визначається за схемою реактивного моменту. При обертанні гвинта корпус двигуна (статор) намагатиметься повернутися в напрямку, протилежному обертанню ротора. Обертання корпуса двигуна з редуктором буде обмежене за допомогою жорсткого важеля 8, закріпленого на корпусі редуктора, і плоскої вимірювальної пружини 9, жорстко защемленої на стояку. Упор важеля 8, діючи на пружину, згинає її. Величина прогину пружини,  пропорційна величині реактивного моменту,  вимірюється індикатором 10.

Осьове навантаження на гайку здійснюється вантажами 12, які встановлюються безпосередньо на гайку. Навантажувальний ексцентричний момент на гайці створюється за допомогою вантажів, що підвішуються на одному із плеч 13.