МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

ГБОУ СПО «БЕЛЕБЕЕВСКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ

по выполнению лабораторных работ

по дисциплине «Техническая механика»

для специальностей 150412 Обработка металлов давлением

151031 Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования

151024 Техническая эксплуатация гидравлических машин, гидроприводов м гидропневмоавтоматики

151901 Технология машиностроения

МУ. КЛР. 003 ТЕХ.МЕХ.137 АД

2013

Содержание

Введение……………………………………………………………………….4

1 ЛР № 01 Определение центра тяжести плоских сечений…..…………….6

2 ЛР № 02 Испытание на растяжение образца из

низкоуглеродистой стали….………………………………………………….9

3 ЛР № 03 Испытание на сжатие образцов из пластичных и

хрупких материалов…………………………………………………………..16

4 ЛР № 04 Определение критической силы сжатого стержня……………..20

5 ЛР № 05 Конструкция зубчатого редуктора...………………………...…23

6 ЛР № 06 Конструкция червячного редуктора…………….…..…………25

7 ЛР № 07 Подшипники качения. Классификация, маркировка.

Подбор к валу…………………………………………………………………28

Литература…………………………………………………………….……….35

Введение

Настоящие методические указания предназначены для проведения лабораторных занятий по программе дисциплины «Техническая механика» утвержденной для специальностей:151901,15151024, 151031, 150412 и включает описания 7 лабораторных работ.

Задачи лабораторных занятий обусловлены необходимостью получения студентом знаний и умений согласно требованиям ФГОС СПО, на основе которых формируются следующие компетенции: учебно-познавательная, информационная, коммуникативная. Формирование соответствующих компетенций связано с решением задач по развитию у студентов соответствующих знаний и умений.

В результате выполнения лабораторных работ, предусмотренных программой по данным специальностям, студент должен

знать:

-основы технической механики;

-виды механизмов, их кинематические и динамические характеристики;

-методику расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при различных видах деформации;

-основы расчетов механических передач и простейших сборочных единиц общего назначения;

уметь:

-производить расчеты механических передач и простейших сборочных единиц;

-читать кинематические схемы;

-определять напряжения в конструкционных элементах.

Перед началом каждой работы необходимо ознакомиться с ее содержанием. При выполнении работы студенты записывают исходные данные, результаты испытаний и производят соответствующие расчеты. После выполнения работы студент должен представить отчет о проделанной работе.

Отчет о проделанной работе следует делать на листах формата А4. Содержание отчета указано в описание лабораторной работы. Таблицы и рисунки следует выполнять чертежным инструментом, карандашом с соблюдением ЕСКД.

Защита лабораторных работ проводится на плановых занятиях. Во время защиты студент сдает отчет, содержащий все пункты задания, и отвечает на контрольные вопросы, приведенные в методических указаниях к выполненной работе.

При оценивании лабораторных работ используется двухбалльная система зачтено/незачтено. Оценка зачтено ставится если:

-работа выполнена в срок, правильно и в полном объеме;

-отчет выполнен в соответствии с требованиями к выполнению работы.

-сделан анализ проделанной работы и вывод по результатам работы;

-студент может пояснить выполнение любого этапа работы.

Оценка незачтено ставится, если не выполнены условия предыдущего пункта.

При работе в лаборатории должны выполняться требования техники безопасности. Каждый студент в начале учебного года получает инструктаж по технике безопасности и расписывается в специальном журнале.

Лабораторная работа № 01

Тема

Определение центра тяжести плоских сечений.

1 Цель работы

Определение координат центра тяжести плоских сечений опытным путём и проверка их по формулам.

2 Оснащение: линейка измерительная, плоская фигура, стойка, отвес.

3 Задание к работе

3.1 Определить координаты центра тяжести плоского сечения опытным путём.

3.2 Проверить полученные координаты аналитическим способом.

4 Общие сведения

Центр тяжести - это геометрическая точка, которая может быть расположена и вне тела (например, диск с отверстием, полый шар и т.п.). Большое практическое значение имеет определение центра тяжести тонких плоских однородных пластин. Их толщиной обычно можно пренебречь и считать, что центр тяжести расположен в плоскости. Если координатную плоскость х0у совместить с плоскостью фигуры, то положение центра тяжести определяется двумя координатами:

(1)

(2)

где А_i - площадь части фигуры, мм² (см²)

х₁, у₁ - координаты центра тяжести частей фигуры, мм (см)

На рисунке 1 показана однородная плоская фигура сложной формы. Её можно разбить на четыре простые фигуры: треугольник, квадрат, полукруг и прямоугольник. Проведя систему координат х0у, для каждой простой фигуры определить координаты центра тяжести:

(3)

(4)

(5)

(6)

и их площади

Знак минус у площади показывает, что это площадь отверстия. Координаты центра тяжести всей фигуры вычисляются по формулам (1) и (2)

Рисунок 1

Установка для испытания

Установка для опытного определения координат центра тяжести способом подвешивания состоит из вертикальной стойки 1, к которой прикреплена игла 2. Плоская фигура 3 подвешивается на иглу сначала в точке А, а потом в точке В и т.д. С помощью отвеса 4, закреплённого на той же игле, на фигуре прочерчивают карандашом вертикальную линию, соответствующую нити отвеса. Центр тяжести С фигуры будет находиться в точке пересечения вертикальных линий, нанесённых при подвешивании фигуры в точке А и В.

Рисунок 2

5 Порядок выполнения работы

5.1 Ознакомиться с устройством установки для определения

центра тяжести плоской фигуры.

5.2 Опытным путём найти центр тяжести данной фигуры.

3 3 Начертить фигуру сложной формы, состоящую из 3 - 4 простых фигур (треугольник, прямоугольник, часть круга и т.п.) и проставить её размеры согласно требованиям ГОСТ.

5.4 Провести оси координат так, чтобы они охватывали всю фигуру.

5 5 Разбить сложную фигуру на простые части.

5.6 Определить площадь и координаты центра тяжести каждой фигуры относительно выбранной системы координат.

• 5.7 Вычислить координаты центра тяжести сложной фигуры аналитически.

5.8 На чертеже отметить положение центров тяжести простых фигур с указанием их координат Xi и Уi и красным цветом указать координаты Х_с и У_с

Примечание - Центр тяжести фигуры, найденный аналитическим способом, и центр тяжести, найденный опытным путём, должны совпадать.

5.9 Сделать вывод о положении центра тяжести при аналитическом и опытном определении.

6 Контрольные вопросы

6.1 Что такое центр параллельных сил, каким свойством он обладает?

6-2 Что такое сила тяжести, где она приложена?

6.3 Где находится центр тяжести?

6.4 Написать формулу координат центра тяжести кругового сектора.

Лабораторная работа № 02

Тема

Испытание на растяжение образца из низкоуглеродистой стали

1 Цель работы

Исследовать процесс растяжения стального образца до разрыва и определить основные механические характеристики материала образца.

2 Оснащение: пресс гидравлический, приспособление для разрыва, штангенциркуль на 150 мм для измерения с точностью до 0,1 мм, линейка, образец стальной, методическое пособие.

3 Задание к работе

3.1 Определить относительное удлинение образец из низкоуглеродистой стали после разрыва.

3.2 Определить предел текучести образца из низкоуглеродистой стали.

3.3 Определить предел прочности образца из низкоуглеродистой стали.

4 Общие сведения

Для изучения свойств материалов и установления допускаемых напряжений производят испытания материалов вплоть до разрушения. Испытания производят при статических, ударных и циклических нагрузках. По вицу деформации - на растяжение, сжатие, кручение, изгиб. Испытания производят на специальных машинах и обычно ведут при стандартных условиях: форма образца, температура, скорость деформации и т.д.

Самым распространённым видом испытания является испытание на растяжение, т.е. оно является наиболее простым и позволяет наиболее правильно судить о свойствах материала. Для испытания берутся образец Ø20 мм (их называют нормальными) или меньше (их называют пропорциональными).

Рисунок 1

где ℓ₀ - расчётная длина.

Образцы при ℓ₀ = 10d - длинные

при ℓ₀ = 5d - короткие.

Целью испытания является определение механических характеристик материалов. К ним относятся:

1. σ_ПЦ - предел пропорциональности - наибольшее напряжение до которого справедлив закон Гука

(1)

где F_ПЦ - нагрузка соответствующая пределу пропорциональности;

А₀ - первоначальная площадь поперечного сечения образца.

2. σ_У - предел упругости - наибольшее напряжение, при котором в образце не возникнет остаточных деформаций

(2)

где F_У - нагрузка соответствующая пределу упругости.

3. σ_Т - предел текучести - напряжение, при котором происходит рост пластических деформаций без заметного увеличения нагрузки.

(3)

где F_Т - нагрузка соответствующая пределу упругости.

4.σ_ПЧ - предел прочности - наибольшее условное напряжение, которое может выдержать до разрушения,

(4)

где F_max - наибольшая нагрузка которую может выдержать образец.

5. относительное остаточное удлинение при разрыве ε - величина, характеризующая пластичность материала

(5)

где - относительное остаточное удлинение;

ℓ₀ - абсолютное удлинение образца.

6. относительное остаточное сужение ψ характеризует пластичность материала

(6)

где - относительное остаточное уменьшение площади поперечного сечения;

А₀ - абсолютное остаточное уменьшение площади поперечного сечения.

Эти характеристики имеют большое значение как при выборе мате­риала для элементов конструкции, так и при расчёте их на прочность.

В результате испытаний, если разрывная машина снабжена самопишущим аппаратом, получают диаграмму растяжения в координатах , рисунок 2. Для удобства исследований её перестраивают и изображают в координатах σ - Е. Эту диаграмму называют условной.

Рисунок 2

Как показывают исследования, текучесть сопровождается значительными сдвигами кристаллов стали, поэтому на поверхности полированных образцов появляются линии под углом 45°, т.е. приблизительно соответствующие положению наибольших касательных напряжений (линии Чернова - Людерса), рисунок 3

Рисунок 3

При достижении σ_ПЧ на образце появляется резкое местное сужение, так называемая шейка. Площадь сечения образца в шейке быстро уменьшается и, как следствие, падает усилие и условное напряжение Происходит разрыв образца по сечению шейки.

Рассмотренная диаграмма характерна для пластичных материалов (малоуглеродистая сталь, медь, алюминий, латунь и др).

Техническая характеристика пресса, рисунок 4

Диаметр большого поршня

Диаметр малого поршня

Ход большого поршня

Ход малого поршня не менее

Максимальное расстояние между поршнем и верхней плитой

Номинальное усилие

Предельное рабочее .давление

Количество масла

-58 мм;

- 10 мм;

- 60 мм;

- 220 мм;

- 120 мм;

- 4000 кгс;

- 150 кгс/см²;

- 0,5 л.

Устройство пресса

Рисунок 4 - Пресс

На корпусе пресса, рисунок 4, в котором находятся большой цилиндр с рабочим поршнем и малым цилиндром с насосом и поршнем, укреплён манометр, предохранительный клапан и две колонки с опорной плитой. Сзади корпуса расположены два вентиля для выпуска воздуха и слива масла. В основании корпуса имеется бачок с крышкой для масла, ёмкостью 0,5 л. Нагнетание, масла в

рабочий цилиндр осуществляется рукояткой малого поршня. В большом цилиндре 1 движется поршень 2 с плитой. Поршень плотно подогнан к цилиндру в его верхней части за счёт кожаной прокладки - манжета 3, который создаёт уплотнение между стенками цилиндра и поршнем. На стенке цилиндра находится вентиль 4 для выпуска воздуха из цилиндра. Над поршнем укреплена на двух колонках верхняя плита 5. На колонках нанесены круговые риски, показывающие предел подъёма поршня.

Малый цилиндр 6 с насосом и поршнем 7 служит для нагнетания масла - является насосом для подачи масла в большой цилиндр. Поршень насоса приводится в движение рукояткой 8. Функции всасывающего клапана 9 и нагнетательного клапана 10 выполняют стальные шарики диаметром 8 мм. Масло поступает в насос по каналу 11 из бака. Из насоса в цилиндр масло проходит по каналу 12,закрытому с одной стороны пробкой 13. Для слива из большого цилиндра в бак предназначен вентиль 14, для выпуска масла из бака - болт заглушка 18 и винт 17.

Требования по технике безопасности

1. Ознакомится с устройством пресса.

2. Проверить сохранность стопорного винта, фиксирующего резьбовую пробку пружины предохранительного клапана, установленного при заводской выверке, сохранность подтверждается неповреждённостью краски.

3. Проверить целостность корпуса манометра, стекла, стрелки.

4. Все работы производить при рабочем давлении не свыше 150 кг/см² ( на шкале манометра обозначено красной краской).

5. При обнаружении выхода масла на наружных поверхностях корпуса вне мест уплотнений прокладками работу на прессе прекратить до устранения обнаруженного дефекта.

6. Категорически запрещается работать при неисправном манометре.

7. При проведении опытов необходимо беречь глаза от попадания осколков - использовать защитные очки или экран из прозрачного материала.

8. Категорически запрещается подъём выше поперечных круговых рисок на колонках.

Приспособления к прессу

1 Приспособление для демонстрации испытания образцов на растяжение представляет собой металлический корпус с овальным основанием. Внутри корпуса по направляющим отверстиям перемещаются две параллельные колонки с плитой, В центре корпуса и плиты имеются гнёзда для закрепления испытываемых образцов. Разрываемый образец имеет форму цилиндрического стержня с плоскими головками на концах. Он закладывается в приспособление и закрепляется с помощью разрезных колец, на рисунке 5.

Рисунок 5

2 Приспособление для демонстрации принципа штамповки листового материала выполнено в виде вырубного штампа. Цилиндр приспособления имеет сквозное отверстие для закладывания пластины. Нижняя часть цилиндра является матрицей, верхняя - направляющей для цилиндричес­кого стержня - пуансона, рисунок 6.

Рисунок 6

5 Порядок выполнения работы

5.1 Ознакомиться с краткими теоретическими сведениями и устройством пресса.

5.2 Замерить размеры образца d₀ и ℓ₀ и сделать эскиз до испытаний, посчитать A₀.

5.3 Подготовить приспособление для разрыва, для чего вставить в него и закрепить образец.

5.4 Произвести испытание, снимая необходимые показания манометра

5.5 Замерить размеры образца после испытания и сделать его эскиз_, указав на нём d _щ, и подсчитав А_ш

5.6 Определить результаты испытаний

Абсолютное удлинение:

Абсолютное остаточное уменьшение площади поперечного сечения

5.7 Определить характеристики пластичности

5.7.1 Относительное остаточное удлинений ε.

5.7.2 Относительное остаточное уменьшение площади поперечного сечения ψ%.

5.7.3 Нагрузка, соответствующая пределу текучести F_T.

Закреплённый образец начинает вытягиваться. Манометр показывает врастающее давление. И в дальнейшем рост его прекращается. На образце образуется шейка. Это указывает на свойство металла пластически деформироваться при неизменяющейся нагрузке.

5.7.4 Наибольшая нагрузка F_max кг (перед разрывом показания манометра падает).

5.8 Определить механические характеристики материала

Предел текучести

Предел прочности

5.9 Начертить диаграмму растяжения и по полученным характеристикам определить марку стали.

Рисунок 7

Указание к работе

Растягивающая сила (сила давления большого поршня вычисляется по формуле

(7)

где А_бп - площадь большого поршня, см² ;

Р - давление (показание манометра) кгс/см² .

6 Контрольные вопросы

6.1 Какую характеристику прочности пластичных материалов принято считать предельным (опасным) напряжением?

6.2 Предел прочности на растяжение -

на сжатие -

Определить какой материал.

6.3 Вставить пропущенные слова:

Временное сопротивление - это наибольшее условное ……………………..

которое определяется делением максимальной нагрузки, выдерживаемой образцом до разрушения на первоначальную……………………. .

Лабораторная работа № 03

Тема

Испытание на сжатие образцов из пластичных и хрупких материалов.

1 Цель работы

Ознакомиться с методами испытания материалов на сжатие и определить механические характеристики различных материалов при сжатии.

Оснащение: пресc гидравлический, приспособление для сжатия, штангенциркуль для измерения с точностью до 0,1 мм., линейка, набор образцов, методическое пособие.

3 Задание к работе

3.1 Определить предел текучести для образца из алюминия.

3.2 Определить предел прочности деревянного образца при сжатии вдоль и поперёк волокон.

4 Общие сведения

При растяжении хрупких материалов наблюдается ряд особенностей Диаграмма растяжения чугуна, характерная для хрупких материалов, рисунок 1

Рисунок 1 - Диаграмма растяжения чугуна.

Из диаграммы видно, что отклонение от закона Гука начинается о очень рано. Разрыв наступает внезапно при очень малых деформациях и без образования шейки.

Для испытания на сжатие берут образцы в виде кубиков или невы­соких цилиндров , т.к. при более длинных образцах может произойти их изгиб, рисунке 2.

Диаграмма сжатия хрупкого материала аналогична диаграмме его растяжения, но при сжатии хрупкие материалы (чугун, бетон, камень и др.) выдерживают большие напряжения, чем при растяжении. Поэтому в реальных конструкциях детали из хрупких материалов работают на сжатие.

Рисунок 2

Диаграмма сжатия пластичных материалов вначале имеет вид, рисунок 3, аналогичный диаграмме растяжения. Дальше кривая идёт вверх из-за увеличения площади сечения образца и упрочнения материала . Разрушений нет и опыт приходится прекращать. В результате испытания определяют предел текучести при сжатии . Для пластичных материалов пределы прочности пои сжатии и при растяжении практически равны, но площадка текучести при сжатии значительно меньше, чем при растяжении.

Рисунок 3

Испытание на сжатие деревянных образцов представляет особый интерес, т.к. прочность этого материала вдоль и поперек волокон неодинакова (т.к. дерево - анизотропный материал).

Разрушение дерева при сжатии, рисунок 4, вдоль волокон при большей нагрузке, но малых деформациях (кривая 1). После достижения наибольшей нагрузки образец начинает разрушаться. При сжатии дерева поперёк волокон нагрузка сначала возрастает пропорционально деформации, затем нагрузка замедляется и кубик быстро деформируется, но разрушения не происходит - он лишь спрессовывается.(кривая 2)

Рисунок 4

За разрушающую нагрузку принимают условно ту, при которой кубик сжимается на 1/3 своей первоначальной высоты. Прочность дерева на сжатие поперёк волокон обычно в 8 - 10 раз меньше, чем вдоль волокон.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Ознакомиться с теоретическими сведениями и принципом действия пресса.

5.2 Замерить размеры образца до опыта и сделать эскиз.

5.3 Установить образец и произвести сжатие.

5.4 Снять показания манометра и произвести вычисления предела текучести или предела прочности.

5.5 Выполнить эскиз образца после опыта

а) материал - алюминий

высота образца _____________

диаметр образца____________

площадь поперечного сечения

___________________________

максимальная нагрузка_______

___________________________

предел текучести___________

Эскиз образцов

До опыта После опыта

б) а) материал - дерево

(поперёк волокон)

высота образца _____________

поперечные размеры образца __________________________

площадь поперечного сечения

___________________________

максимальная нагрузка_______

___________________________

предел прочности___________

Эскиз образцов

До опыта После опыта

в) материал - дерево

(вдоль волокон)

высота образца _____________

поперечные размеры образца ___________________________

площадь поперечного сечения

___________________________

максимальная нагрузка_______

___________________________

предел прочности___________

Эскиз образцов

До опыта После опыта

5.6 Начертить диаграмму сжатия различных материалов.

6 Сделать вывод об испытании на сжатие пластичных и хрупких материалов

6.1 Существует ли для пластичных материалов предел прочности.

6.2 Оценить прочность дерева вдоль и поперёк волокон.

7 Контрольные вопросы

7.1 Почему медный образец при сжатии принимает бочкообразную форму?

7.2 В каком направлении при сжатии дерево прочнее?

7.3 Можно ли довести до разрушения деревянный образец нагрузкой, направленной поперёк волокон?

Лабораторная работа № 04

Тема

Определение критической силы сжатого стержня.

1 Цель работы

Исследовать явление потери устойчивости прямолинейной формы равновесия при осевом сжатии, проверить опытным путём форму Эйлера для определения критической силы.

2 Оснащение: испытательная установка, грузы: 0,5 кг - 2 шт., 1 кг - 2 шт., стержень, методические указания.

3 Задание к работе

3.1 Исследовать явление потери устойчивости прямолинейной формы при осевом сжатии и двух способах закрепления концов, рисунок 1 а,г.

3.2 Определить расхождение критической силы полученной опытным путём и аналитически.

Рисунок 1

4 Общие сведения

У стержней, длина которых больше поперечных размеров, при определённой величине осевой сжимающей силы происходит потеря устойчивости прямолинейной формы равновесия. Это явление называют продольным изгибом, а величину осевой силы, при которой сжатый стержень теряет прямолинейную форму равновесия - критической силой F_кр Её можно определить по формуле Эйлера:

(1)

где Е - модуль продольной упругости для материала стержня, Н/мм²;

- минимальный осевой момент инерции поперечного сечения стержня, мм²;

ℓ - длина стержня, мм;

μ - коэффициент приведения длины, который зависит от способа крепления концов стержня.

Формула Эйлера применима лишь в том случае, если потеря устойчивости стержня происходит при напряжениях, меньше предела пропорциональности, т.е. для стержней, гибкость которых больше предельной гибкости λ_пред. Предельная гибкость зависит от упругих свойств мате­риала и вычисляют её по формуле:

(2)

где - предел пропорциональности материала стержня.

Величина критической силы, зависит не только от материала и размеров стержня, но и от способа закрепления его концов, рисунок 2. Поэтому для определения критической силы рекомендуется проводить при различных способах закрепления стержня.

Рисунок 2 - Устройство прибора

Прибор спроектирован и изготовлен в 1985 году студентом 034и-10 Бондаревым В.

Прибор состоит из нижней траверсы (основание) 1 и верхней 2, которые соединены между собой с помощью трёх стоек 3. В отверстие на верхней траверсе вставлена ось с буртиком, на конце которой нарезана резьба. На эту ось надевают грузы массой: 0,240 кг; 0,5 кг; 0,520 кг; 1 кг. Образец 4 представляет собой пластину из пружинной стали. Концы образца закрепляются в призмах, обеспечивающих испытания образца на устойчивость для трёх случаев закрепления его концов_fрисунок 2

5 Порядок выполнения работы

5.1 Измерить длину и размеры поперечного сечения стержня.

5.2 Установить стержень в зажимах испытательной установки.

5.3 Зарисовать в отчёт схему нагружения стержня, выбрав соответственно её по рисунку 1.

5.4 Нагрузить образец медленно и плавно накладыванием грузов на ось. Во время нагружения внимательно наблюдать за нагрузкой и поведением стержня. При достижении определённой нагрузки стержень начнёт изгибаться. Это значение нагрузки является критическим. После каждого нагружения стержень от вертикального положения и проверить, возвращается ли он в исходное положение, устойчива ли прямолинейная форма равновесия. При достижении критической нагрузки стержень не возвращается к прямолинейной форме, так как эта форма равновесия перестала быть устойчивой.

5.5 Записать в отчёт значение критической силы F_{кр.опыт}

5.6 Теоретическую критическую силу F_{кр.теор} определить по плану:

5.6.1 Определить момент инерции сечения стержня, м⁴ .

5.6.2 Определить площадь поперечного сечения стержня, м² .

5.6.3 Определить радиус инерции площади сечения, м.

5.6.4 Определить рабочую гибкость стержня.

5.6.5 Проверить условие применимости формулы Эйлера где предельная гибкость равна:

для стали λ _пред = 100

для дерева λ _пред = 80;

для чугуна λ _пред = 120.

5.6.6 Определить по формуле Эйлера F_{кр.теор.}

5.6.7 Определить процентное расхождение F_{кр.опыт} и F_{кр.теор}.

(3)

5.7 Сопоставить прогиб стержня в опорах с прогибом стержней по Эйлеру.

6 Контрольные вопросы

6.1 Что такое продольный изгиб?

6.2 Какую величину сжимающей силы называют критической?

6.3 По какой формуле можно определять величину критической силы?

6.4 Укажите область применения формулы Эйлера?

6.5 Как влияет характер закрепления концов стержня на величину критической силы?

Лабораторная работа № 05

Тема

Конструкция зубчатого редуктора.

1 Цель работы

Приобретение навыков самостоятельного анализа особенностей конструкции зубчатого редуктора.

2 Оснащение: зубчатый редуктор в сборе, набор гаечных ключей, отвертка, масштабная линейка, штангенциркуль, плакат, методическое пособие, учебное пособие Чернавскии С.А., Курсовое проектирование деталей машин, 1987 г.

3Задание к работе

Определить тип зубчатого редуктора и нормы его конструирования.

4 Общие сведения

Редуктором называется закрытая зубчатая или червячная передача, спроектированная в виде отдельного или встроенного в машину агрегата.

Редукторы предназначены для понижения угловой скорости, сопровождается увеличением вращательного момента на ведомом валу.

Редукторы классифицируются по следующим признакам:

а) по типу передач - зубчатые, червячные, червячно - зубчатые;

б) по числу ступеней - одноступенчатые, двухступенчатые, многоступенчатые;

в) по типу зубчатых колёс - цилиндрические, конические, коническо - цилиндрические и т.д.;

г) по относительному расположению валов в пространстве - горизонтальные и вертикальные.

Кинематические схемы §22, Чернавский.

Редуктор входит в состав привода. Привод передаёт энергию двигателя к рабочему органу. Привод включает двигатель, муфту, редуктор, а иногда и ряд передач, например, открытую зубчатую передачу, ремённую цепную и др., рисунок 1

Сведения по смазыванию редуктора и подшипников здесь не приводятся. Они имеются в учебнике, Чернавский С. А., с.203, 250.

Рисунок 1- Схема цилиндрического прямозубого редуктора.

1 - электродвигатель; 2 - клиноременная передача; 3 - цилиндрический прямозубый редуктор; 4 цепная передача; 5 - ленточный транспортер.

5 Техника безопасности

5.1 Лабораторную работу производить после изучения методических указаний.

5.2 Ключи гаечные не должны иметь чрезмерных выработок во избежание соскальзывания и возможного травмирования.

5.3 Разборку редуктора производить на спецподставках.

6 Порядок выполнения работы

6.1 Произвести внешний осмотр редуктора, сверить соответствие редуктора с плакатом.

6.2 Наметить план разборки редуктора.

6.3 Разобрав, изучить конструкцию корпуса и назначение деталей (с наименованием деталей ознакомиться по плакату, о недостающих спросить у преподавателя), устройство смазки, для контроля за уровнем смазки и для контроля состояния зубчатых колёс; изучить транспортировку и метод установки редуктора.

6.4 Изучить устройство подшипниковых узлов и уплотнений.

6.5 Построить кинематическую схему редуктора.

6.6 Составить спецификацию редуктора согласно ГОСТ.2108-68

7 Контрольные вопросы

7.1 Какова система смазки подшипников качения редуктора?

7.2 Определить тип уплотнения в подшипниковом узле.

7.3 Подшипники редуктора смазывают пластичной смазкой. Какие особенности конструкции позволяют сделать это?

7.4 Расшифровать номер подшипника в вашем редукторе?

7.5 Ваш редуктор соединяется с электродвигателем муфтой МУВИ. Определите длину ступицы полумуфты.

Лабораторная работа № 06

Тема Конструкция червячного редуктора

1 Цель работы

Приобретение навыков самостоятельного анализа особенностей мон­тажа силовых червячных передач.

2 Оснащение: стандартный червячный редуктор, набор ключей, отвертка, штангенциркуль, штангенрейсмас, краска для проверки пятна контакта, набор регулировочных прокладок, плакат 17, 31А, учебное пособие Куклин Н.Г., Детали машин, Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин, 1987 г.

3 Задание к работе

3.1 Определить тип червячного редуктора.

3.2 Определить геометрические и кинематические параметры червячного редуктор согласно таблицы 1

3.3 Сделать вывод о правильности зацепления червячной пары.

4 Общие сведения

Червячные передачи применяют в случаях, когда геометрические оси ведущего и ведомого валов перекрещиваются, (обычно под прямым углом).Их выполняют в виде редукторов. Червячные редукторы наиболее распространённых типов приведены в § 22, с. 18...21, Чернавского С.А.А., классификация червячных передач в учебнике Куклина Н.Г., Детали машин.

Показатели точности монтажа силовых червячных передач:

1 Величина и характер пятна контакта между зубьями колеса и витками червяка.

2 Смещение средних плоскостей колеса и червяка.

3 Отклонение от номинального межосевого расстояния, определяющего радиальный зазор в зацеплении.

Таким образом, правильность зацепления червячной пары является одним из существенных факторов, характеризующих надёжность передача Следовательно, при сборке червячных редукторов на обеспечение правильного зацепления элементов обращать особое внимание.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Осмотреть редуктор и наметить план его разборки

5.2 Замерить 2...3 раза расстояние между осями валов как показано на рисунке 1 и округлить до ближайшего стандартного а по ГОСТ 2144-76, Чернавский С.А., таблица 4.1, с. 55.

Рисунок 1

5.3 Сняв крышки ознакомиться с внутренним устройством редуктора.

5.4 Вынуть червячное колесо редуктора с валом, а также червяк с деталями на нём (детали и подшипники с вала не снимать).

5.5 Ознакомиться с конструкцией колеса и червяка, путем замера и расчёта определить размеры и параметры. Результаты занести в таблицу 1.

5.6 Собрать редуктор в последовательности, обратной разборке.

5.7 На очищенные 3...4 зуба колеса равномерным слоем нанести краску и, поворачивая червяк, наблюдать пятно контакта на зубьях колеса. Если оно смещено влево или вправо, то соответствующим подбором регулировочных прокладок (δ₁ δ₂, рисунок 2) добиться, чтобы средняя плоскость червячного колеса проходила через центр червяка. Этим обеспечивается зацепление червячной пары.

5.7 Выполнить кинематическую схему редуктора.

Таблица 1

Наименование параметра

Обозначение

Способ определения

Результаты измерения и вычислений

Число зубьев колеса

Z₂

Сосчитать

Число витков червяка

Z₁

Сосчитать

Передаточное число

u

Осевой шаг червяка, мм

P

Измерить

Расчетный модуль

m

Диаметр вершин зубьев, мм

червяка

колеса

d_a1

d_a2

Замерить

Замерить

Делительный диаметр, мм

червяка

колеса

d₁

d₂

Межосевое расстояние, мм

a_w

Коэффициент диаметра червяка

q

Угол подъема витка винтовой линии, град

Диаметр впадин зубьев, мм

червяка

колеса

d_f1

d_f2

Длина нарезной части червяка, мм

b₁

Замерить

Ширина венца колеса, мм

b₂

Замерить

Примечание - Значение модуля m и коэффициента q принять по ГОСТ 2144-76, Чернавский С.А., таблица 4.1,с.55

6 Контрольные вопросы

6.1 Из каких материалов изготовляют червяки и венцы червячных колес?

6.2 Почему зубья червячного колеса имеют дугообразную форму?

6.3 Из каких соображений выбирают число заходов резьбы червяка?

Лабораторная работа № 07

Тема

Подшипники качения. Классификация, маркировка. Подбор к валу.

1 Цель работы

Закрепление и углубление знаний по классификации, конструкции назначению подшипников качения и подбору их к валу.

2 Оснащение: образцы подшипников качения, штангенциркуль, каталог подшипников качения, методические указания.

3 Задание к работе

3.1 С помощью каталога на подшипники изучить особенности конструкции, маркировки полученных для работы подшипников.

3.2 По данным практической работы 3.003 подобрать подшипник качения.

4 Общие сведения

Рисунок 1 - Подшипники качения. Классификация.

На рисунке 1 приведены основные виды подшипников. На позициях а, б, в, г дан общий вид подшипника и его графическое изображение на позициях д, е, ж и з - только графическое изображение.

Подшипники качения, рисунок 1,а состоит из следующих деталей: наружного 1 и внутреннего 2 колец с дорожками качения 3; тел качения 4, сепараторов 5, разделяющих и направляющих тела качения. В некоторых подшипниках одно или оба кольца могут отсутствовать. В них тела качения катятся непосредственно по канавкам вала«или корпуса.

Классификация и основные типы подшипников даны в [6]- §£4,2; 24,3.

Подшипники качения маркируют нанесением на торец колец ряда цифр и букв, условно обозначающих внутренний диаметр, серию, тип, конструктивные разновидности, класс точности и др.

Первая и вторая цифры справа условно обозначают номинальный внутренний диаметр подшипника (диаметр вала). Для определения истиной величины диаметра в миллиметрах необходимо указанные две цифры умножить на 5. Это правило справедливо для подшипников с цифрами ...04 и выше ...99, т.е. для диаметров от 20 до 495 мм. Подшипники с цифрами ...00 имеют внутренний диаметр 10 мм; ...01 - 12 мм; ...02 - 15 мм; ...03 - 17 мм. Подшипник ...04 имеет внутренний диаметр 04 5 = 20 мм; ...05 - 05 5 = 25 мм; ...06-06 5 = 30 мм и т.д.

Третья цифра справа обозначает серию подшипника, характеризуя его по наружному диаметру.

Серия подшипника в зависимости от третьей цифры (справа) обозначения: 1 - особо легкая, 2 - легкая, 3 - средняя, 4 - тяжелая, 5 - легкая широкая, 6 - средняя широкая.

Четвертая цифра справа обозначает тип подшипника. Если четвертой цифры (справа) в обозначении стоит цифра 0, то это означает, что подшипник радиальный шариковый однорядный; цифра 1 - радиальный . шариковый двухрядный сферический; 2 - радиальный с короткими цилиндрическими роликами; 3 - радиальный роликовый двухрядный сферический; 4- игольчатый или роликовый с длинными цилиндрическими роликами; 5 - роликовый с витыми роликами; 6 - радиально-упорный шариковый; 7 - роликовый конический (радиально-упорный); 8 - упорный шариковый; 9 - упорный роликовый.

Пятая и шестая цифры справа характеризуют конструктивные особенности подшипника (неразборный, с защитной шайбой, с закрепительной втулкой и т.п.). Например;

50312 - радиальный однорядный шарикоподшипник средней серии со стопорной канавкой на наружном кольце;

150312 - тот же подшипник с защитной шайбой;

36205 - радиально-упорный шариковый однорядный подшипник легкой серии, неразборный.

Седьмая цифра справа характеризует серию подшипника по ширине.

ГОСТом установлены следующие классы точности подшипников качения: 0 - нормальный класс, б - повышенный, 5 - высокий, 4 - особо высокий, 2 - сверхвысокий. Цифру, обозначающую класс точности, ставят слева от условного обозначения подшипника и отделяют от не­го знаком тире; например

0 - 206 означает шариковый радиальный подшипник легкой серии номинальным диаметром 30 мм класс точности 0.

Подбор подшипников качения к валу выполняется по примерам 1 и 2.

Пример 1

Подобрать подшипник качения к валу цилиндрического косозубого зубчатого колеса, рисунок 2. Радиальные нагрузки на подшипники в опорах

F_rl = 1,4 кН, F_r2= 1,8-кН, F_a=0,5 кН. Диаметр вала в месте посадки подшипников

d = 35 мм, частота вращения вала п = 1000 мин^-1. Срок службы редуктора 15000 ч; работа с умеренными толчками и вибрацией, рабочая температура подшипникового узла 80° С.

Рисунок 2 - Схема к расчёту подшипников вала косозубого цилиндрического колеса.

Принимаем радиальные шариковые подшипники типа 307. Для этого

подшипника по каталогу: С = 25,7 кН, С = 1-7,60 кН, предельная частота вращения 16 10³ мин^-1.

Определяем эквивалентную нагрузку. Для нахождения коэффициентов радиальной и осевой нагрузок X и У вычисляем отношение осевой нагрузки подшипника и статической грузоподъёмности Fa/С₀ =500/17600 = 0,028, а также отношение осевой нагрузки к радиальной Fa /(VFr ) = 500/(1 · 1800) = 0,28; здесь коэффициент вращения = 1 (вращается внутреннее кольцо).

По таблице 1 е = 0,22 и, так как Fa /(VFr ) > е, коэффициенты X = 0,56,

У= 1,99.

Эквивалентная нагрузка наиболее нагруженного подшипника рассчитывается по формуле:

(1)

Р = (0,56 · 1 - 1800 + 1,99 · 500)- 1,3»- 1 = 2,6 кН;

здесь К_σ = 1,3 и К_Т = 1

Расчётная долговечность подшипника типа 307 по формуле

, (2)

где С - динамическая грузоподъёмность;

Р - 3 для шариковых подшипников

Р = 3,3 - для роликоподшипников

п - частота вращения, об/мин

Следовательно, выбранный подшипник удовлетворяет условиям работы, и его долговечность обеспечена.

Пример 2

Определить возможность установки роликового конического подшипника 7309 в опорах вала червяка редуктора, рисунок 3. Частота вращения вала

п = 1440 мин^-1 . Радиальные нагрузки на подшипники Fz₁ = 1,78 кН, Fz₂ = 0,52 кН, осевая сила червяка F_a = 4,11 кН; требуемая долговечность подшипников 12 · 10 ч; рабочая температура подшипникового узла 95°С; Коэффициент безопасности

К_σ = 1,3

Таблица 1

Тип подшипника

Fa/С₀

е

Fa /(VFr )

Х

У

Радиальный шариковый

0

0,014

0,028

0,056

0,084

0,110

0,170

0,280

0,420

0,560

0,19

0,22

0,26

0,28

0,30

0,34

0,38

0,42

0,44

0,56

2,30

1,99

1,71

1,55

1,45

1,31

1,15

1,04

1,00

Радиально - упорный шариковый

12

0,014

0,029

0,057

0,086

0,110

0,170

0,290

0,430

0,570

0,30

0,34

0,37

0,41

0,45

0,48

0,52

0,54

0,54

0,45

1,81

1,62

1,46

1,34

1,22

1,13

1,14

1,01

1,00

24, 26

35, 36

-

-

0,68

0,95

0,41

0,37

0,87

0,66

Примечание - Fa /(VFr ) < коэффициент Х = 1, У = 0 для подшипников любых параметров.

Параметры, необходимые для определения долговечности данного подшипника, выписываем из каталога: СВ = 76,1 кН; е=0,29; У = 2,09; Х = 0,4 (при Fa /Fr > е )

Рисунок 2

Осевые составляющие от радиальных нагрузок считаются по формулам

(3)

Суммарные осевые нагрузки подшипников

Таким образом, больше нагружен левый подшипник, воспринимающий большие радиальную и осевую нагрузки. Поскольку:

то принимаем X = 0,4; У = 2,09

Эквивалентная нагрузка подшипника рассчитывается по формуле

(4)

Расчетная нагрузка подшипника рассчитывается по формуле (2)

Ресурс подшипника 7309 значительно меньше требуемой долговечности (3,59 • 10 ч³ < 12 • 10³ ч). Не изменяя диаметр вала для посадки подшипника, выберем другой подшипник - роликовый конический средний средней широкой серии 7609, для которого динамическая грузоподъёмность С = 104 кН. Будем считать, что точки приложения реакций не изменились.

Вновь определяем эквивалентную нагрузку при У = 2,06 по таблице 2.

Теоретическая долговечность подшипника 7609 рассчитывается по формуле (2)

Долговечность подшипника близка к требуемой.

5 Порядок выполнения работы

5.1 Ознакомиться с конструкцией полученных для работы подшипников.

5.2 С помощью каталога расшифровать маркировку подшипника и дать его краткую характеристику,(назначение, вид воспринимаемой нагрузки, обеспечивает ли осевую фиксацию вала, допускает ли перекосы и т.д.).

5.3 Определить наименование подшипников серии 200, учитывая воспринимаемые нагрузки. Габариты подшипников выбрать по диаметру вала в месте посадки подшипников , эскизы валов в П.Р.№ 3.3

5.4 По каталогу на подшипники заполнить таблицу 2

Таблица 2

Условное обозначение подшипников

d

D

B

Грузоподъёмность, кН.

Размерность, мм

С

С₀

5.5 Определить возможность установки данного подшипника на ведущем валу редуктора.

5.5.1 Исходные данные : по данным П.Р.3.3 составляется расчетная схема вала; частота вращения вала задаётся или берется из П.Р.3.1.эксплуатационные режимы работы подшипниковых узлов (срок службы редуктора - 15000 часов, работа с умеренными толчками и вибрациями, рабочая температура подшипникового узла до 100°С).

5.5.2 Определить реакции опор подшипников по расчётной схеме.

5.5.3 Найти осевые составляющие реакций от радиальных нагрузок для радиально-упорных подшипников, формула (2). Для конических и радиально-упорных подшипников определяют точки приложения реакций.

5.5.4 Определить результирующие осевые нагрузки.

5.5.5 Рассчитать отношения осевой нагрузки к радиальной

Таблица 3

Подшипники

Однорядные подшипники

Двухрядные подшипники

Х₀

У₀

Х₀

У₀

Шариковые радиальные

0,6

0,5

0,6

0,5

Шариковый радиально - упорный при α:

13

20

25

26

30

35

36

40

0,5

0,43

0,42

0,38

0,37

0,33

0,29

0,28

0,26

1

0,86

0,84

0,76

0,74

0,66

0,58

0,56

0,52

Шариковый самоустанавливающийся, роликовый самоустанавливающийся, и конический

0,5

0,22 ctg α

1

0,4 ctg α

найти по таблице 3 или каталогу коэффициент осевого нагружения е и коэффициенты X и У радиальной и осевой нагрузок.

Для шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников с углом контакта α = 12° предварительное определение отношения осевой нагрузки к статической грузоподъёмности.

5.6 Определить эквивалентную нагрузку рассчитываемого подшипника.

5.7 Рассчитать долговечность подшипника по формуле 2

5.8 При несогласовании долговечности подшипника с требуемой по ГОСТ 16162-78 перейти к более тяжёлой серии или другому типу подшипника без изменения диаметра вала.

6 Контрольные вопросы

6.1 Из каких основных деталей состоят подшипники качения?

6.2 Каковы особенности конструкции и работы радиально-упорных подшипников.

6.3 Дать характеристику подшипнику 2-156315

Литература

Основные источники:

1 Аркуша А.И. Техническая механика. Теоретическая механика и сопротивление материалов: Учеб. для средних проф. учеб. заведений /А.И. Аркуша - 7-е изд., стер. - М.: Высшая школа, 2008. - 352 с.

2 Куклин Н.Г. Детали машин: Учебник/Н.Г Куклин, Г.С. Куклина, В.К. Житков. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2008. - 406 с.

3 Олофинская В.П. Техническая механика: Курс лекций с вариантами практических и тестовых заданий: Учебное пособие. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2010. - 348 с.

4 Олофинская В.П. Детали машин. Краткий курс и тестовые задания: Учеб. пособие. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2008. - 208 с.

Дополнительные источники:

1 Аркуша А.И. Руководство к решению задач по теоретической механике: Учеб. пособ. для средних проф. учеб. заведений. - 4-е изд., испр. - М.: Высш. шк. 2000. - 336 с.

2 Сетков В.И. Сборник задач по технической механике: учеб. пособие для студентов сред. проф. образования /В.И. Сетков. - 3-е изд., стер. -М.: Издательский центр «Академия», 2007 - 224 с.

3 Шапиро Д.М. и др. Сборник задач по сопротивлению материалов. Изд. 3-е переработ. Учеб. пособие для машиностроительных техникумов. - М.6 Высшая школа, 1970. - 335 с.

Интернет - ресурсы:

1 Электронный ресурс «Единое окно к образовательным ресурсам». Форма доступа: window.edu.ru

2 Электронный ресурс «Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов». Форма доступа: fcior.edu.ru

3 Электронный ресурс «Федеральный портал «Российское образование». Форма доступа: edu.ru/

4 Электронный ресурс «Российское образовательный портал». Форма доступа: school.edu.ru/