Лабораторные работы

Главная

Лабораторные работы по деталям машин

Введение

Курс «Детали машин» - фундаментальная дисциплина в системе подготовки инженеров. Этот предмет занимает особое место в ряду изучаемых дисциплин. Он является завершающим в группе общетехнических курсов (математика, физика, сопротивление материалов и др.) и связующим со специальными дисциплинами. Предметом изучения служат сборочные единицы и детали общего назначения, используемые в большинстве машин.

В данном курсе раскрываются и объясняются физические процессы и явления, сопутствующие работе сборочных единиц и деталей. Методом исследования является анализ физических процессов, происходящих при работе деталей машин, с последующей экспериментальной проверкой результатов и разработка их инженерной оценки по различным критериям работоспособности.

Здесь будущий инженер впервые сталкивается с многообразием тесно связанных между собой факторов, влияющих на выбор того или иного решения поставленной задачи. Нередки случаи, когда влияние отдельных факторов на несущую способность деталей машин не может быть учтено теоретическим путем, а оценивается на основании практики их эксплуатации или результатов специально поставленных экспериментов. Отсюда следует, что экспериментальное изучение работы деталей машин является неотъемлемой частью курса.

Лабораторные занятия следует рассматривать как наиболее действенное практическое средство обучения, в процессе которого студенты должны приобретать навыки для выполнения научных исследований. Поэтому основными задачами лабораторных работ являются экспериментальное подтверждение теоретических выводов, полученных при изучении лекционного материала; развитие навыков, привычек и способностей к самостоятельному выполнению необходимых действий с приборами и установками; приобретение навыка практической оценки результатов опытов; глубокое изучение физической сущности функционирования различных деталей и узлов машин и методик выполнения работ, имеющих различный характер; использование методик обработки опытных данных; обобщение полученных результатов и оценка возможных ошибок. В процессе выполнения лабораторных задач студенты должны ознакомиться с методикой эксперимента, научиться замерять напряжения и деформации, усилия и вращающие моменты, перемещения и другие величины.

Перед тем как приступить к выполнению заданной лабораторной работы, студент должен усвоить краткие теоретические положения по теме, изучить объект исследования, приборы и инструменты, методику проведения эксперимента и обработка результатов и затем представить отчет.

Тематика и содержание работ подчинены задаче освещения узловых вопросов основных разделов курса «Детали машин», особенно трудных для усвоения студентами. Подробно освещаются методика и порядок выполнения работ, даются описания, чертежи (схемы) установок, приводятся образцы отчетов по каждой работе, кратко рассматриваются теоретические вопросы, практическая проверка которых составляет предмет лабораторных исследований. При этом увязаны трактовка этих вопросов и терминология с имеющимися учебниками и учебными пособиями по деталям машин. Объем и методика лабораторных работ рассчитаны так, чтобы каждая из них выполнялась в течение двух академических часов. При этом предусматривается предварительная подготовка студентов к выполнению задания. На ряд вопросов, поставленных в конце каждой работы, в отчетах студенты должны поместить обстоятельные ответы, иллюстрированные необходимыми чертежами, схемами, расчетами.

В данном разделе приведены лабораторные работы по основным разделам курса. В зависимости от специальности и количества времени, отводимого на лабораторные работы, студенты выполняют те или иные работы. Не обязательно выполнение одних и тех же задач. Приведенные в настоящем руководстве лабораторные работы рассчитаны на самостоятельное выполнение их студентами. После выполнения работы каждый студент представляет отчет, по которому производится опрос, имеющий целью установить степень усвоения студентом темы лабораторной работы.

В учебных целях данный лабораторный практикум выполнен в соответствии с ГОСТ 2.105-95 «Общие требования к текстовым документам».

Методика обработки экспериментальных данных

В практике экспериментальных исследований часто встречаются случаи, когда при одних и тех же условиях не удается получить одинаковые результаты опытов. В результате каждого измерения получается некоторое число. Предсказать, какое именно число получится при выполнении следующего измерения, чаще всего невозможно.

В случае когда результат эксперимента произвольно изменяется от одного наблюдения к другому, о результатах говорят как о случайных величинах. Случайная величина может быть дискретной и непрерывной.

Соотношение, устанавливающее связь между значениями случайной величины и вероятностями этих значений, называют законом распределения случайной величины, который задается какой-либо функциональной зависимостью (функцией распределения случайной величины) или в виде таблицы.

Часто бывает, что нужно описать функцию распределения некоторой случайной величины в общих чертах с помощью одного-двух параметров. Наиболее употребительной и наилучшей мерой, характеризующей значение случайной величины, является среднее значение М(x). Определим среднее значение для непрерывной величины согласно формуле

где x – случайная величина распределения; f(x) – функция плотности непрерывной случайной величины.

В случае дискретной случайной величины

где p_i – вероятность значения x_i.

Если вероятности всех x_i равны, то

где n – число значений x.

Тогда выражение (1) запишется в следующем виде:

Кроме среднего значения функцию распределения случайной величины можно еще характеризовать параметром, показывающим, насколько широко «разбросаны» значения случайной величины относительно среднего значения.

Наиболее употребляемой мерой, характеризующей рассеивание случайной величины, является дисперсия:

Квадратный корень из дисперсии называется среднеквадратичным или стандартным отклонением:

Чтобы сравнить рассеяние различных случайных величин, вычисляют относительное стандартное отклонение или коэффициент вариации

Коэффициент вариации характеризует колебательность ряда измерений.

На результат измерения могут оказывать влияние различные факторы. Это влияние проявляется в виде ошибки, которая накладывается на значения измеряемой величины так, что результат измерения представляет собой сумму истинного значения измеряемой величины и ошибки.

Все ошибки принято делить на две большие группы: систематические и случайные ошибки.

Случайной называется ошибка , которая изменяется от одного измерения к другому произвольно и в равной степени может быть как положительной, так и отрицательной. Случайная ошибка вызывается чаще всего одновременным действием различных факторов, например: изменением температуры, влажности и давления воздуха, толчками и вибрациями, колебаниями напряжения и частоты питающей сети, люфтами в сочлененных механических деталях и т.п.

Влияние случайных ошибок на результат измерения может быть уменьшено обработкой экспериментальных данных методами теории вероятностей. Если интересующую нас величину измерить несколько раз и вычислить ее среднеарифметическое значение, то случайная погрешность этого среднего значения будет меньше, чем погрешность единичного измерения. Однако если известно, что определяющей является систематическая погрешность, то следует ограничиться единичным измерением. Систематической называется погрешность, значение которой при повторных измерениях остается постоянным или изменяется по определенному закону, зависящему от вызывающего ее фактора. К систематическим ошибкам относятся инструментальные ошибки, ошибки, вызванные методикой постановки эксперимента, и др.

Так как при выполнении измерений невозможно определить истинное значение измеряемой величины, в метрологии было введено понятие о ее действительном значении.

Действительным условились называть такое значение измеряемой величины, в котором отсутствуют систематические погрешности, а случайные погрешности сведены к минимуму.

правильность, характеризуемая систематическими погрешностями, и точность определяют достоверность измерений. Точность определяется случайными погрешностями и оценивается средней погрешностью ряда измерений.

Мерой точности измерений служит относительная ошибка среднего арифметического:

Средняя квадратическая погрешность результата измерений или среднего арифметического определяется по формуле

На основании «правила трех сигм» можно заключить, что случайная величина, подчиняющаяся нормальному закону распределения, находится в следующих пределах:

В качестве примера рассмотрим расчет погрешности при определении величины тормозного момента. В результате эксперимента было получено восемь значений показаний индикатора. Вычисления приведены в таблице.

№ наблюдения

Показания индикатора

M(x)

M(x)-x_i

(M(x)-x_i)²

641

-1,875

1,125

4,125

0,125

2,125

-2,875

-0,875

-1,875

3,52

1,26

0,02

4,52

8,26

0,76

3,52

38,86

Величина тормозного момента определяется по формуле

M_T=M(x)∙μ_x,

где M(x) – регистрируемая величина, мм (делений); μ_x – масштаб величины x (берется из тарировочного графика).

Примем μ_x =1 Нм (деление).

Так как тормозной момент M_т определяется произведением двух величин, которые имеют погрешность измерения, то необходимо оценить общую погрешность.

Среднеквадратическая погрешность масштабного коэффициента для потенциометрических датчиков, тензодатчиков, датчиков угловой скорости обычно не превышает 1–2%. Примем σ_μ_x= 2% = 0,02 Нм.

Среднюю квадратическую ошибку значений тормозного момента можно определить по формуле

которую можно переписать в виде

Тогда

Таким образом, действительное значение тормозного момента будет отличаться от среднего на величину , где

и в нашем случае при восьми опытах

тогда

Правила по технике безопасности для студентов при проведении

лабораторных работ

1. Лабораторные работы проводятся под наблюдением преподавателя или лаборанта. Начинать работу можно только после ознакомления с методикой ее проведения. Включать установки в сеть, проводить исследования связанные с работой на установках под руководством учебно-вспомогательного персонала или преподавателя. Студентам запрещается самостоятельно включать и выключать машины, проводить какие-либо операции на них и оставлять их без наблюдения в процессе работы.

2. К выполнению лабораторных работ студенты допускаются только после прослушивания инструктажа по технике безопасности и противопожарным мерам. После инструктажа каждый студент расписывается в специальном журнале.

3. При проведении лабораторных испытаний нельзя находиться в непосредственной близости от движущихся частей машины. Имеющиеся кожухи на установках должны быть плотно закрыты. При испытании хрупких или закаленных образцов необходимо пользоваться защитным экраном из органического стекла или металлической заслонкой.

4. Перед включением установок необходимо проверить заземление и положение тумблеров на «выкл.».

При работе на машинах и установках нельзя прикасаться к токоведущим частям, а также к электрощитам и электрорубильникам.

Во избежание ожогов не прикасаться к тормозному шкиву и колодкам во время работы.

Не трогать вращающиеся детали установок.

Запрещается работать неисправным инструментом. Прежде чем начать какие-либо действия, убедитесь, что они не принесут вреда окружающим.

Снятые детали и узлы редуктора следует положить на стол или подставку таким образом, чтобы они не могли упасть от случайного толчка. Передавая деталь для осмотра другому студенту, убедитесь, что он ее держит, прежде чем отпустить деталь самому.

При сборке редуктора не подкладывайте пальцы под детали и, особенно, под крышку редуктора. С деталями и моделями механизмов следует обращаться осторожно, не ронять их на пол.

Не делайте резких нажимов при работе отверткой, ключами, съемниками.

5. Запрещается проводить ремонтные мероприятия, устранять неисправности электрооборудования и чистить машины и установки во время работы или когда они находятся под напряжением.

6. После завершения работы студенты обязаны собрать измерительные инструменты, методические пособия и сдать их учебному лаборанту. В случае потери пособий, порчи инструментов или испытательных приборов студенты несут материальную ответственность за них.

При нарушении требований техники безопасности студент отстраняется от дальнейшего выполнения лабораторной работы. Если действия студента не привели к серьезным последствиям, то он может быть вновь допущен к лабораторным занятиям после повторного инструктажа.

Правила выполнения лабораторных работ

1. К выполнению лабораторных работ студенты допускаются после проведения инструктажа по технике безопасности. При нарушении этих правил студент удаляется с лабораторного занятия и считается его пропустившим. Студент несет материальную ответственность за поломки и повреждения лабораторного оборудования и инструментов, возникшие по его вине.

2. Перед выполнением лабораторных работ студенту необходимо ознакомиться с руководством к ним. К работе допускаются студенты, усвоившие теоретический материал, что проверяется преподавателем перед занятием.

3. Вся лабораторная проработка - замеры, наблюдения, вычисления выполняются каждым студентом самостоятельно.

4. Каждый студент составляет отчет по лабораторной работе, который должен содержать название, цель работы, общие положения и журнал испытания с выводами. Оформление отчета производится в соответствии с требованиями ГОСТа (рисунки в масштабе, единицы измерения в системе СИ) черными чернилами или пастой.

5. Лабораторная работа считается выполненной при наличии подписи преподавателя. Отработка пропущенного лабораторного занятия производится в специально отведенное для этого время под руководством учебного лаборанта.