MECHANICZNY

PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN II

P5

Mateusz Elbich

MECHANIKA I BUDOWA MASZYN

-

dr inż. M. Plewa

Politechnika

Białostocka

Wydział (Instytut)

...............................................................................................................................

SPRAWOZDANIE Z ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

.......................................................................................................................................

(Nazwa przedmiotu

Ćwiczenie numer:

................

Temat: Badanie przebiegu włączania sprzęgła ciernego

.................................................................................................................................

(Imię i nazwisko studenta)

Rodzaj studiów: dzienne

Kierunek studiów:

..........................................................................................................

Specjalność:

................................................................................................................

Semestr:

.............................

Grupa laboratoryjna:

..........................

Prowadzący ćwiczenia:

...................................................................................................

OCENA

....................................................

(Data wykonania ćwiczenia)

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z praca układu układu napędowego sterowanego

sprzęgłem ciernym w trakcie włączania sprzęgła.

Zakres ćwiczenia:

-wyznaczenie masowych momentów bezwładności wirujących mas członu biernego układu
napędowego;
-wyznaczenie momentu oporu łożysk wału biernego M

oł

;

-wyznaczenie wpływu siły docisku sprzęgła (napięcia zasilającego elektromagnes sprzęgła) i
prędkości obrotowej wału biernego na moment tarcia sprzęgła M

spb

tj. sporządzenie

charakterystyk M

sp

=g

1

(U) i M

sp

=g

2

(n

s

).

2. Opis stanowiska pomiarowego.

Rys.3. Schemat stanowiska badawczego:1- silnik elektryczny, 2- sprzęgło cierne, 3- hamulec, 4- koło

zamachowe, 5- czujnik prędkości obrotowej, 6- rama

Układ napędowy składający się z silnika elektrycznego 1, sprzęgła ciernego 2,

hamulca 3 i koła zamachowego 4, jest zamocowany na spawanej konstrukcji ramowej 6. W
prezentowanym stanowisku badawczym zastosowano sprzęgło elektromagnetyczne ESM3-
20-25-24 f-my PPH FUMO. Stanowisko pomiarowe wyposażono w zasilacz pozwalający
zmieniać napięcie zasilające elektromagnes sprzęgła, co pozwoliło uzyskiwać różne wartości
siły docisku tarcz. Do pomiaru prędkości obrotowych wałów czynnego i biernego
wykorzystano czujniki 5. Zastosowany w układzie hamulec jest w ćwiczeniu wykorzystany
tylko do zatrzymania wałów.

3. Wyniki pomiarów i obliczenia.

a) Wyniki pomiarów czasu hamowania członu biernego układu napędowego do

wyznaczania momentu tarcia łożysk (M

oł

):

Nr

pomiaru

t

1

[s]

t

2

[s]

Δt

h

[s]

n

1

[obr/min]

n

2

[obr/min]

Δn

[obr/min]

ε

oł

[1/s

2

]

M

oł

[Nm]

1.

16,5

32,78

16,24

1156

489,5

666,5

4,3

0,502

2.

13,64

24,2

10,56

1192

733,7

458,3

4,54

0,53

3.

19,36

29,26

9,9

1173

750,3

422,7

4,49

0,524

b) Wyniki pomiarów czasu włączania sprzęgła przy n

s

= 1200 obr/min:

Napięcie

[V]

t

1

[s]

t

2

[s]

Δt

wł

[s]

n

1

[obr/min]

n

2

[obr/min]

Δn

[obr/min]

ε

wł

[1/s

2

]

M

sp

[Nm]

11

9,24

10,12

0,88

0,15

1271

1270,85

151,16 18,15

9,1

6,82

8,14

1,32

272,7

1176

903,3

71,63

8,88

6

7,92

13,4

5,48

149,2

1171

1021,8

19,52

2,8

c) Wyniki pomiarów czasu włączania sprzęgła przy n

s

= 1100 obr/min:

Napięcie

[V]

t

1

[s]

t

2

[s]

Δt

wł

[s]

n

1

[obr/min]

n

2

[obr/min]

Δn

[obr/min]

ε

wł

[1/s

2

]

M

sp

[Nm]

11

5,5

6,38

0,88

0,45

1184

1183,55

140,77 16,94

9,1

6,28

8,14

1,86

0,61

1051

1050,49

59,11

7,41

6

5,72

11,88

6,16

1,05

1083

1082,95

18,4

2,67

d) Wyniki pomiarów czasu włączania sprzęgła przy n

s

= 1000 obr/min:

Napięcie

[V]

t

1

[s]

t

2

[s]

Δt

wł

[s]

n

1

[obr/min]

n

2

[obr/min]

Δn

[obr/min]

ε

wł

[1/s

2

]

M

sp

[Nm]

6

6,6

12,32

5,72

0,92

992,7

991,78

18,15

2,64

 Obliczam masowy moment bezwładności:

m=5,5 kg

𝑉

1

=

3,8 ∗ 3,14 ∗ (239,6

2

− 178²)

4

≈ 76735,17 𝑚𝑚³

𝑉

2

=

9,1 ∗ 3,14 ∗ (239,6

2

− 75,2²)

4

≈ 369698,41 𝑚𝑚³

𝑉

3

=

0,3 ∗ 3,14 ∗ (239,6

2

− 174,9²)

4

≈ 6315,67 𝑚𝑚³

𝑉

4

=

11,4 ∗ 3,14 ∗ (262,2

2

− 174,9²)

4

≈ 341483,37 𝑚𝑚³

𝑉

𝑐

= 𝑉

1

+ 𝑉

2

+ 𝑉

3

+ 𝑉

4

= 794232,62 𝑚𝑚³

𝑚

1

=

𝑉

1

∗ 𝑚

𝑉

𝑐

=

76735,17 ∗ 5,5

794232,62

≈ 0,53 𝑘𝑔

𝑚

2

=

𝑉

2

∗ 𝑚

𝑉

𝑐

=

369698,41 ∗ 5,5

794232,62

≈ 2,56 𝑘𝑔

𝑚

3

=

𝑉

3

∗ 𝑚

𝑉

𝑐

=

6315,67 ∗ 5,5

794232,62

≈ 0,044 𝑘𝑔

𝑚

4

=

𝑉

4

∗ 𝑚

𝑉

𝑐

=

341483,37 ∗ 5,5

794232,62

≈ 2,36 𝑘𝑔

𝑉

𝑐

𝑚

=

𝑉

1

𝑚

1

=

𝑉

2

𝑚

2

=

𝑉

3

𝑚

3

=

𝑉

4

𝑚

4

𝐼 =

𝑚(𝑟

1

² + 𝑟

2

²)

2

𝐼

1

=

0,53 ∗ (119,8

2

+ 89²)

2

≈ 5902,36 [𝑘𝑔 ∗ 𝑚𝑚²]

𝐼

2

=

2,56 ∗ (119,8

2

+ 37,6²)

2

≈ 20180,22 [𝑘𝑔 ∗ 𝑚𝑚²]

𝐼

3

=

0,044 ∗ (119,8

2

+ 87,45²)

2

≈ 483,99 [𝑘𝑔 ∗ 𝑚𝑚²]

𝐼

4

=

2,36 ∗ (131,1

2

+ 87,45²)

2

≈ 29428,91 [𝑘𝑔 ∗ 𝑚𝑚²]

𝐼

𝑏𝑑

= 𝐽

1

+ 𝐽

2

+ 𝐽

3

+ 𝐽

4

= 55995,48 𝑘𝑔 ∗ 𝑚𝑚

2

≈ 559,95[𝑘𝑔 ∗ 𝑐𝑚²]

𝐼

𝑏

=

𝐼

𝑏𝑑

∗ 𝜀

𝐻

̽

𝜀

𝐻

− 𝜀

𝐻

̽

; 𝜀

𝐻

̽ = 3

1

𝑠

2

; 𝜀

𝐻

= 4,44 [

1

𝑠

2

]

𝐼

𝑏

=

559,95 ∗ 3

4,44 − 3

≈ 1166,56 [𝑘𝑔 ∗ 𝑐𝑚²]

 Wyznaczenie momentu oporu łożysk:

1)
𝛥𝑛 = 666,5 [𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]
𝛥𝑡 = 12,26 [𝑠]
𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 666,5

60

≈ 69,76 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑜ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

69,76

12,23

≈ 4,3 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑜ł

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 4,3 ≈ 0,502 [𝑁𝑚]

2)

𝛥𝑛 =

458,3

[𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]

𝛥𝑡 = 10,56 [𝑠]
𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 458,3

60

≈ 47,97 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑜ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

47,97

10,56

≈ 4,54 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑜ł

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 4,54 ≈ 0,53 [𝑁𝑚]

3)

𝛥𝑛 = 422,7 [𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]
𝛥𝑡 = 9,9 [𝑠]
𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 422,7

60

≈ 44,42 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑜ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

44,42

9,9

≈ 4,49 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑜ł

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 4,49 ≈ 0,524 [𝑁𝑚]

 wyznaczenie momentów włączenia sprzęgła:



dla n

s

=1200 [obr/min]:

 U

1

=11 [V]

𝛥𝑛 = 1270,85 [𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]
𝛥𝑡 = 0,88 [𝑠]

𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 1270,85

60

≈ 133,02 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑤ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

133,02

0,88

≈ 151,16 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑠𝑝

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑤ł

+ 𝑀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 151,16 + 0,519 ≈ 18,15 [𝑁𝑚]

 U

2

=9,1 [V]

𝛥𝑛 = 903,3 [𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]
𝛥𝑡 = 1,32 [𝑠]
𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 903,3

60

≈ 94,55 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑤ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

94,55

1,32

≈ 71,63 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑠𝑝

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑤ł

+ 𝑀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 71,63 + 0,519 ≈ 8,88[𝑁𝑚]

 U

3

=6 [V]

𝛥𝑛 = 1021,8 [𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]
𝛥𝑡 = 5,48 [𝑠]
𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 1021,8

60

≈ 106,95 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑤ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

106,95

5,48

≈ 19,52 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑠𝑝

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑤ł

+ 𝑀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 19,52 + 0,519 ≈ 2,8 [𝑁𝑚]



dla n

s

=1100 [obr/min]:

 U

1

=11 [V]

𝛥𝑛 = 1183,55 [𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]
𝛥𝑡 = 0,88 [𝑠]

𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 1183,55

60

≈ 123,88 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑤ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

123,88

0,88

≈ 140,77 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑠𝑝

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑤ł

+ 𝑀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 140,77 + 0,519 ≈ 16,94 [𝑁𝑚]

 U

2

=9,1 [V]

𝛥𝑛 = 1050,49 [𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]
𝛥𝑡 = 1,86 [𝑠]

𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 1050,49

60

≈ 109,95 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑤ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

109,95

1,86

≈ 59,11 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑠𝑝

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑤ł

+ 𝑀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 59,11 + 0,519 ≈ 7,41 [𝑁𝑚]

 U

3

=6 [V]

𝛥𝑛 = 1082,95 [𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]
𝛥𝑡 = 6,16 [𝑠]
𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 1082,95

60

≈ 113,35 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑤ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

113,35

6,16

≈ 18,4 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑠𝑝

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑤ł

+ 𝑀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 18,4 + 0,519 ≈ 2,67 [𝑁𝑚]



dla n

s

=1000 [obr/min]:

 U

3

=6 [V]

𝛥𝑛 = 991,78 [𝑜𝑏𝑟/𝑚𝑖𝑛]
𝛥𝑡 = 5,72 [𝑠]
𝐼

𝑏

= 1166,56 ∗ 10

−4

[𝑘𝑔 ∗ 𝑚²]

𝛥𝜔 =

2𝜋𝛥𝑛

60

=

2𝜋 ∗ 991,78

60

≈ 103,81 [

1

𝑠

]

𝜀

𝑤ł

=

𝛥𝜔

𝛥𝑡

=

103,81

5,72

≈ 18,15 [ 1/𝑠

2

]

𝑀

𝑠𝑝

= 𝐼

𝑏

∗ 𝜀

𝑤ł

+ 𝑀

𝑜ł

= 1166,56 ∗ 10

−4

∗ 18,15 + 0,519 ≈ 2,64 [𝑁𝑚]

4. Analiza wyników.

a) Wykresy zależności momentu tarcia od napięcia:

 dla n

s

=1200 [obr/min]:

 dla n

s

=1100 [obr/min]:

b) wykres zależności momentu tarcia od prędkości obrotowej dla napięcia U=6 V:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

4

6

8

10

12

M

sp

[Nm

]

Napięcie [V]

Liniowy (Serie1)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

4

6

8

10

12

M

sp

[Nm

]

Napięcie [V]

Liniowy (Serie1)

2,6

2,62

2,64

2,66

2,68

2,7

2,72

2,74

2,76

2,78

2,8

2,82

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

M

sp

[

Nm

]

n [obr/min]

Liniowy (Seria 1)

5. Wnioski.
Na podstawie przeprowadzonych obliczeń oraz sporządzonych wykresów można

wywnioskować, że wraz ze wzrostem napięcia rośnie moment tarcia sprzęgła. Sprawa
również ma się tak samo dla zależności momentu tarcia sprzęgła od prędkości obrotowej.
Moment tarcia sprzęgła przy prędkości obrotowej n=1200 obr/min przyjmuje większą wartość
przy tym samym napięciu niż moment tarcia sprzęgła przy prędkości obrotowej n=1100
obr/min. Błędy mogły być spowodowane niedokładnością odczytu z przyrządów wartości
mierzonej oraz zaokrąglaniami wyników.