Upload
trinhdien
View
237
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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 IV
Laboratorium
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
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.
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
3
Rys.1. Wymiary charakterystyczne koła zębatego.
Podstawowe zależności geometryczne dla kół zębatych walcowych o prostej linii zęba są
następujące:
pzd p ⋅=⋅π
Średnica podziałowa dp
zmpz
d p ⋅=⋅=π
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
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
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+=
z
dm g
Wyliczoną wartość modułu zaokrąglić do wartości nominalnej.
2. Zmierzyć suwmiarką uniwersalną wysokość zęba h i sprawdzić założoną wartość
współczynnika y wg zależności:
m
mhy
⋅⋅−
=2
2,0
3. Sprawdzić wartość współczynnika korekcji x wg zależności:
ym
zmdx g −
⋅⋅−
=2
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
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::
απα coscos1 ⋅⋅=⋅==−+ mppMM znn
stąd:
πα
⋅−
= +
m
MM nn 1cos
otrzymaną wartość kąta α zaokrąglić do wartości nominalnej wynoszącej: 14 °30', 15°
lub 20°.
Rys.2 Zasada pomiary mikromierzem talerzykowym.
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
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
∆g :
tp ggg −=∆
gdzie: gp – zmierzona grubość zęba
gt – teoretyczna grubość zęba (z tabeli)
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
7
Pomiar odchyłki grubości zęba mikromierzem talerzykowym
Pomiar odchyłki grubości zęba można też dokonać mikromierzem talerzykowym. Odchyłkę
grubości zęba wyznaczyć można z zależności:
αcosM
g∆=∆
gdzie: ∆M = 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.
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
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.
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
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.
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
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 ϕϕϕ −=∆ +
- Obliczyć wartości poszczególnych podziałek jako
][22
mzmd
p p µϕϕ ∆⋅⋅=∆⋅=
- Obliczyć odchyłki poszczególnych podziałek obwodowych jako:
][ mmpppp t µπ⋅−=−=∆
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 ∆p
[µm]
Sumaryczne odchyłki
podziałek ∑∆p [µm]
- Sporządzić wykresy ∆p = f(nr podziałki ) oraz ∑∆p = f(nr podziałki ).
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
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.
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
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.
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
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.
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
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,
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
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;
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
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).
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
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]
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
18
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. 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
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
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
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
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).
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
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
.
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
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
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
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
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
24
Wyznaczanie charakterystyki wzorcowej i naprężeń maksymalnych w sprężynie
Do wyznaczanie charakterystyki wzorcowej sprężyny posłużyć się można następującą
zależnością:
]/[8 3
4
mmNDi
dG
f
Pc
c ⋅⋅⋅==
Naprężenia maksymalne w sprężynie:
][8
3max MPaKd
DP ⋅⋅
⋅⋅=π
τ
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.
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
25
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. W.Korewa,K.Zygmunt: Postawy Konstrukcji Maszyn, część II WNT, Warszawa
1975.
2. M.Dietrich: Postawy Konstrukcji Maszyn, część III WNT, Warszawa 2008.
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
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.
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
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
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
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 1
63
2
6
A-A
9 1
2
7
7
B-B
3
B-B
5
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
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, α12 – kąt fazy początkowej zarysów sinusoidalnych pierścieni regulacyjnych 1 i 2; α34 – 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 α12
zarysów sinusoidalnych pary pierścieni 1 i 2 oraz kąta fazy α34 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
α34
α 12
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
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
ppxxxpppfpffF
C
pxF
kx
F
hx
F
M
mmmasr
ss
&&
&&&
κκ (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, κ, 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
xq
pqqpqfffpKq
qM
Fq
M
hq
M
kq
1
323113
31
212
21
)()()( κ&
&
&
(2)
gdzie:1F
CK
⋅= κ
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
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.
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
32
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. 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, 1997÷2000 r.
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
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
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
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).
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
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.
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
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 ∆O, 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.
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
37
Wyznaczenie wcześniej mimośrodowości ei mierzonych przekrojów zespołu
powierzchni cylindrycznych (czopów) wału, pozwalają w dalszej kolejności wyznaczyć
oś 0' – 0' oraz odchyłki niewspółosiowości ∆wi 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.
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
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.
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. 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.
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
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.
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
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
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
41
Q0- wartość napięcia wstępnego,
Q1-całkowita siła obciążająca śrubę,
Q’- wartość napięcia resztkowego
Qr – wartość napięcia roboczego,
χ - współczynnik obciążenia,
∆śr – wydłużenie śruby pod działaniem Qr ,
∆śo - wydłużenie śruby pod działaniem Qo,,
∆No – ściśnięcie nakrętki pod działaniem Qo,
∆Nr – zmniejszenie ściśnięcia nakrętki pod działaniem Qr.
Opis stanowiska laboratoryjnego do wyznaczania charakterystyki złącza śrubowego.
Rys.2. Stanowisko laboratoryjne do wyznaczania charakterystyki złącza śrubowego.
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
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
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
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.
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
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.
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
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
∆l1[µm]
Skrócenie
podkładki
∆l2[µm]
Naprężenia
(wsk.mostka)
[dz]
Wartość
siły
obciążającej
złącze [N]
Ciśnienie
robocze
[bar]
140
280
420
490
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.
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
46
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. 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.
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
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
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
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.
[ ]Nmn
NM 1,9554=
gdzie:
N – moc w [kW]
n – prędkość obrotowa (obr/min)
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
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.
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
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
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
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
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
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.
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
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
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
54
e. wykresy porównawcze Mg = f (rodzaj sprzęgła) dla określonych błędów
ustawienia osi wałów
f. wnioski i uwagi dotyczące ćwiczenia.
Zaliczenie ćwiczenia
Zaliczenie ćwiczenia polega na sprawdzeniu nabytych wiadomości w trakcie realizacji
ćwiczenia laboratoryjnego oraz wiadomości zawartych w instrukcji dotyczącej realizowanego
ćwiczenia. Zaliczenie odbywać się będzie w formie pisemnej. Podstawą 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. 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.
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
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,
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
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), ∆MT –
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
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
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
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
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.
Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego
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;
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
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.
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.
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
60
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. Z. Osiński: Sprzęgła i hamulce. PWN , Warszawa 1988.
2. Z. Osiński:i in.: Podstawy konstrukcji maszyn. PWN , Warszawa 1999,
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
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 ).
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
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.
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
63
Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego
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
/155,16
80459
256080
047553
223529
=′′′+Ψ=Ψ
′′′=Ψ
′′′=Ψ
′′′=Ψ=
ω
α
o
o
o
o [ ]
[ ]
[ ][ ]mk
mH
mR
m
A
mr
k
036,0
018,0
][018,0
068,0
0
050,0
==
===
=
ρ
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
64
Rys.3. Badana krzywka
Wartość skoków, prędkości i przyspieszenia środka rolki na odcinku <E F> należy obliczyć
wg wzorów dla krzywki stycznej:
( ) ( )
−−Ψ
+= 1cos
1α
rkh
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
65
( ) ( )( )α
αω−Ψ
−Ψ+=2cos
sinkrw r
( ) ( )( )α
αω−Ψ−Ψ+=
3
22
coscos2
krw r
Na łuku <H W> wg wzorów:
( ) rDDAh −+−Ψ−+Ψ= ρ22 cossin
Ψ−Ψ+Ψ=
22 cos2
2sincos
DAw rω
( )
Ψ−
Ψ+Ψ−
Ψ+Ψ=322
2
22
2
cos4
2sin
cos
2cossin
DDAa rω
natomiast na łuku <F H> wg następujących wzorów:
( ) rkrRkrh aa −−Ψ⋅⋅−++Ψ⋅= 222 cossin
( )
Ψ⋅⋅−+
Ψ+Ψ⋅=
a
aar
rRk
rrw
222
2
cos2
2sincosω
( ) ( )[ ]
Ψ⋅⋅−+
Ψ−
Ψ⋅⋅−+
Ψ+Ψ⋅−=
3222
24
222
22
cos4
2sin
cos
2cossin
a
a
a
aar
rRk
r
rRk
rra ω
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
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.
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
67
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. Praca zbiorowa pod redakcją B.Kuźniewskiego: Podstawy konstrukcji maszyn –
ćwiczenia laboratoryjne dla wydziału mechanicznego. Wyższa Szkoła Morska w
Szczecinie, Szczecin 1982.