Файл: Техническая механика.pdf

71
Длина пружины в свободном состоянии: Н
0
= Н
с
+ δ, где δ – пол- ная осадка пружины. Величина осевой осадки пружины при заданном числе участвующих в деформации витков определяется суммой де- формаций отдельных витков, каждый из которых представляется как брус большой кривизны.
Шаг пружины в ненагруженном состоянии:
Пружины под рабочей нагрузкой со снятием характеристики зависимости между приложенной осевой силой и деформацией пру- жины испытывают на приспособлениях со шкалами и грузами.
Жесткость пружины
Жесткостью пружины называют коэффициент пропорцио- нальности между силой упругости и изменением длины пружины под действием приложенной к ней силы. Жесткость пружины k опре- деляют при разных значениях силы упругости F
упр
и деформации |y|.
Поэтому применяют графический способ нахождения среднего зна- чения
k
. По результатам нескольких опытов строится график зависи- мости модуля силы упругости от деформации |y|.
Среднее значение жесткости k
ср
вычисляют по формуле
Результат измерения записывают в виде выражения k = k
cp
±
Δ
k
, где Δ
k
- наибольшая абсолютная погрешность измерения. Относи- тельная погрешность: откуда Δ
k
= δ∙k.
Наибольшая относительная погрешность δ = δ
m
+ δ
g
+ δ
y
, где δ
m
- погрешность массы грузов; δ
g
- погрешность ускорения свободного падения; δ
y
- погрешность при измерении удлинения
(укорочения).
Оборудование: макеты с пружинами различных размеров, ти- пов и форм; линейки с миллиметровыми делениями.

72
Лабораторная работа № 2.6
Цель работы: изучение конструкций различных типов пру- жин общего назначения, определение их основных геометрических параметров и знакомство с методикой расчета

Задание
1. Выполнить классификацию пружин.
2. Определить основные геометрические параметры витой пружины сжатия.
3. Выполнить эскиз пружины.
Порядок выполнения работы
1. Дать характеристику каждой пружины на макете, обращая внимание на форму, конструктивные особенности и материал. Ре- зультаты занести в таблицу 2.6.
Таблица 2.6.
Характеристика пружин макета №___
№ пружины
Вид восприни- маемой нагрузки
Форма пружины
Способ изготовления
Назначение
1 2
…
11 2. Определить основные геометрические параметры витой ци- линдрической пружины сжатия (по указанию преподавателя). Штан- генциркулем измерить диаметр проволоки d, внешний диаметр D, длину H
0
и подсчитать количество рабочих iи опорных i
a
витков пружины. В журнал отчета занести результаты измерений и подсчета.
3. Рассчитать параметры указанной пружины:
- средний диаметр, мм
- индекс пружины
с
- шаг витков в ненагруженном состоянии, мм

73
- рабочая длина, мм Н
p
= i ∙h.
- угол подъема витков, град
- шаг пружины в состоянии сжатия, мм h
c
= d + 0,125d;
- длина пружины в сжатом состоянии, мм Н
с
= h
c
(i – 2) + d(i
a
+ 1).
4. Выполнить эскиз исследуемой пружины в натуральную ве- личину или в масштабе 2:1.
Оформить вывод к лабораторной работе, в котором указать следующие параметры пружины: средний диаметр
, мм; индекс с; шаг витков в ненагруженном состоянии
, мм; рабочую длину Н
p
,
мм.
Контрольные вопросы
1. Для чего применяют пружины?
2. Что характеризует индекс пружины?
3. Как пружины подразделяются по форме?
4. Какие бывают пружины по назначению?
5. Как определить жесткость пружины?
6. Основные типы пружин?
7. Какие пружины предназначены для восприятия сосредото- ченной силы?
8. Какие формы пружин являются основными?
9. Способы изготовления пружин?
10. Основные геометрические параметры витых пружин?

74
ВИНТОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Теоретическое введение
Винтовые передачи (передачи винт - гайка) служат для преоб- разования вращательного движения в поступательное. Встречаются различные варианты винтовой передачи:
- вращение винта и поступательное перемещение гайки (ходо- вые винты станков);
- вращение и одновременно поступательное перемещение винта при неподвижной гайке (домкраты);
- вращение гайки и поступательное перемещение винта (точные измерительные устройства, установочные и регулировочные меха- низмы).
Состоит передача из двух звеньев – винта 1 и гайки 2, при этом одно из звеньев закреплено от осевого перемещения (рис. 2.25).
Передачи винт – гайка делят на передачи скольжения и каче-
ния. В передачах скольжения используют свойства резьбы, которая может иметь различный профиль (рис. 2.25,а). Материалы винта и гайки должны представлять антифрикционную пару, т. е. быть изно- состойкими и иметь минимальный коэффициент трения. Выбор мар- ки материала зависит от назначения передачи, условий работы и спо- соба обработки резьбы. В передачах качения между витками гайки и винта размещают тела качения 3 – шарики или ролики (рис. 2.25,б).
Условное обозначение передачи дано на рис. 2.26. а) б)
Рис. 2.25. Передача винт – гайка:
а – скольжения; б – качения

75
Винты в передачах делят на грузовые и ходовые. Грузовые вин- ты предназначены для передачи значительных осевых усилий (в дом- кратах, винтовых прессах и нажимных устройствах), ходовые – для установочных перемещений рабочих органов механизмов. В силовых передачах чаще всего используют упорную резьбу, в ходовых – тра- пецеидальную, прямоугольную или треугольную. Для установочных передач винт – гайка чаще всего используют метрическую резьбу
(применяемых для точных перемещений и регулировок).
Винт - гайка качения
Винт - гайка скольжения
(гайка неразъемная)
Рис. 2.26. Условное обозначение передач винт - гайка
[1]
В винтовых механизмах вращение винта или гайки осуществ- ляют обычно с помощью маховика, шестерни и т.п. При этом переда- точное отношение есть отношение окружного перемещения маховика к перемещению гайки: где
- диаметр маховика;
۰ – ход винта: - шаг резьбы; - число заходов резьбы.
Скорость поступательного перемещения гайки, мм/с: где
– частота вращения винта, мин
-1
К достоинствам передачи винт – гайка можно отнести следую- щие свойства: большой выигрыш в силе благодаря большому переда- точному числу; возможность получения медленного перемещения с высокой точностью; плавность и бесшумность; простота конструк- ции, изготовления и монтажа; возможность изготовления с высокой точностью; самоторможение в передаче; малые габариты при боль- шой несущей способности.
Основным недостатком передачи винт – гайка является низкий
КПД из-за больших потерь на трение (КПД передачи 0,3).

76
Этот недостаток можно уменьшить использованием передачи качения. В шариковых винтовых передачах (рис. 2.27) на винте и в гайке выполнены винтовые канавки (резьба) криволинейного профи- ля, служащие дорожками качения для шариков, размещенных между витками винта и гайки. Наибольшее распространение получила резь- ба с полукруглым профилем (КПД передачи 0,9 и выше). При враще- нии винта шарики увлекаются в движение по винтовым канавкам, поступательно перемещают гайку и. выкатываясь из резьбы, через перепускной канал (канал возврата) возвращаются в исходное положение. К недостаткам можно отнести сложность конструкции гайки, необходимость вы- сокой точности изготовления и хоро- шей защиты передачи от загрязнений.
Рис. 2.27. Шариковая винтовая передача
Основные геометрические параметры передачи: диаметр распо- ложения центров тел качения, шаг резьбы Р и диаметр тел качения.
Типоразмеры на шариковые винтовые передачи устанавливает ГОСТ
25329-82. Шаг резьбы Р, мм: 2,5*; 3; 4; 5*; 6; 8; 10*; 12; 16; 20*, где знаком «*» отмечены предпочтительные значения.
Шариковые винтовые передачи применяют в механизмах точ- ных перемещений, в следящих системах и в ответственных силовых передачах (станкостроение, робототехника, авиационная и космиче- ская техника, атомная энергетика, кузнечно-прессовое оборудование и др.). На рис. 2.28 представлена схема рулевого механизма (ЗиЛ 131 и Камаз 4310).
Рис. 2.28. Рулевая передача, где 1 – винт; 2 – гайка-рейка; 3 – шарики;
4 - сектор
Значительные передаточные от- ношения обеспечивают дифференци-
альные винтовые передачи с двойной резьбой одного направления и разным шагом. Дифференциальная винтовая передача позволяет получить малые

77 линейные перемещения и скорости гайки при больших угловых пе- ремещениях и скоростях винта.
Рис. 2.29. Дифференциальная винтовая передача (вид сверху)
Конструктивные особенности данной передачи представлены на рис 2.29. Винт 1, имеющий два участка с резьбой разных шагов (P
1
и P
2
) одного направления, ввернут в стойку 3. На другой участок резьбы винта навернута гайка 2. От поворота она удерживается на- правляющей штангой 4, на которой нанесены риски через каждые 10
мм. При вращении винта 1 гайка 2 совершает поступательное движе- ние, состоящее из переносного движения вместе с винтом и относи- тельного по отношению к винту.
Суммарное поступательное перемещение гайки 2 относительно стойки 3 определяется как где
– число заходов резьбы; – угол поворота винта; P
1
и P
2
– шаги резьб первого и второго винта.
В зависимости от соотношения шагов резьб возможны варианты:
– при Р
1
> Р
2
– направление перемещения гайки совпадает с направ- лением перемещения винта;
– при Р
1
= Р
2
– гайка неподвижна при вращении винта;
– при Р
1
< Р
2
– направление перемещения гайки противоположно по направлению перемещения винта.
Скорость поступательного перемещения гайки, мм/с: где
– частота вращения винта, мин
-1

78
Интегральная винтовая передача устроена аналогично, но резьбовые участки винта имеют противоположные направления резьб. Геометрические и кинематические параметры в интегральной передаче определяются из выражений:
– суммарное линейное перемещение гайки, мм
– скорость перемещения гайки, мм/с
Оборудование
В лабораторной работе исследуется конструкция передач винт – гайка скольжения и качения. Шариковая винтовая передача рассматри- вается на примере рулевого механизма.
На рис. 2.29 представлена дифференциальная винтовая передача.
Винт интегральной винтовой передачи отличается от винта диффе- ренциальной винтовой передачи направлением резьб. В дифференци- альной винтовой передаче направления резьб на обоих участках вин- та одинаковая, в интегральной винтовой передаче на одном – левое, на другом – правое.
Лабораторная работа № 2.7
Цель работы: изучить конструкцию винтовой передачи и оп- ределить ее передаточное отношение в зависимости от параметров резьб.
Задание
1. Исследовать конструкцию винтовой пары и отобразить ее ус- ловное обозначение.
2. Проверить зависимость линейного перемещения гайки от уг- ла поворота винта.
3. Определить передаточное отношение винтовой передачи.

79
Порядок выполнения работы
1. Исследовать конструкцию винтовой передачи (по указанию преподавателя) и определить ее название по параметрам резьб.
2. Отобразить кинематическую схему винтовой передачи и дать пояснение о подвижности или неподвижности винта и гайки. В отче- те указать значение шага резьбы
(для интегральной и дифференци- альной передач - и
).
3. Определить поступательное перемещение гайки (винта) в за- висимости от конструкции винтовой пары.
Вручнуюповорачивая винт 1,совместить стенку подвижной гайки 2 с одной из рисок штанги 4 или линейки 5. Считая обороты винта 1, переместить гайку 2 на величину
- суммар- ное линейное перемещение гайки. В отчете указать значения и
4. Рассчитать число заходов резьбы, округляя полученный ре- зультат до ближайшего целого числа:
- для передач винт – гайка скольжения и качения
;
- для дифференциальной винтовой передачи
;
- для интегральной винтовой передачи
5. Принять значение диаметра маховика из ряда, мм: 100;
125; 140; 160; 180; 200; 250 (по указанию преподавателя). Определить передаточное отношение винтовой передачи:
- для передач винт – гайка скольжения и качения
- для дифференциальной винтовой передачи
- для интегральной винтовой передачи
Оформить вывод к лабораторной работе.

80
Контрольные вопросы
1. Чем дифференциальная винтовая передача отличается от простой винтовой передачи?
2. Чем дифференциальная винтовая передача отличается от интегральной?
3. В каком случае отсутствует осевое перемещение гайки в дифференциальной резьбовой передаче при повороте винта?
4. При каком соотношении резьб в интегральной резьбовой передаче отсутствует осевое перемещение гайки при повороте винта?
5. Как определить передаточное отношение винтовой передачи?
6. В чем основные достоинства шариковой винтовой передачи?
Список использованных источников
1. ГОСТ 2.770-
68, ГОСТ 2.782-68 и ГОСТ 2.782-68.
Услов- ные обозначения элементов кинематических схем
2. Компоновка силовых зубчатых механизмов [Текст]: практи- кум/С.Н. Козлова, В.М. Третьяков, Л.В. Шенкман, С.В. Крылов, Е.А.
Шилкин. – Ковров: ФГБОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева», 2016. –
100с.
3. Анурьев, В.И. Справочник конструктора – машиностроителя
[Текст]: В 3 т. / В.И. Анурьев. – М.: Машиностроение, 2001.
4. Прикладная механика [Текст]: учебно-методическое посо- бие/Л.В. Шенкман, С.Н. Козлова, В.М. Третьяков.-Ковров:ФГБОУ
ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева»,2013.-182с.
5. Прикладная механика [Текст]: практикум /Л.В. Шенкман,
С.Н. Козлова, В.М. Третьяков, Е.С. Савина.-Ковров:ФГБОУ ВПО
«КГТА им. В.А. Дегтярева»,2014.-148с.
6. Сопротивление материалов: Методическое руководство к ла- бораторным работам/Составитель В.П.Бондалетов.-Ковров:КГТА,
1998.-100с.
7. Черменский, О.Н. Подшипники качения [Текст]: справочник
– каталог / О.Н. Черменский, Н.Н. Федотов. – М.: Машиностроение,
2003.
8. Кузьмин Л.Ю., Кузьмин А.Л. (МИИТ) Виртуальные лабора- торные работы (комплекс Columbus
)