background image

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) 
 

 

background image

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

): 

 

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

 

[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 

 
 

background image

b)  Wyniki pomiarów czasu włączania sprzęgła przy n

s

= 1200 obr/min: 

 

Napięcie 

[V] 

t

1

[s] 

t

2

[s] 

Δt

 

[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 

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

 

[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 

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

 

[s] 

n

1

 

[obr/min] 

n

2

 

[obr/min] 

Δn 

[obr/min] 

ε

wł  

[1/s

2

M

sp

 

[Nm] 

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 

background image

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] 

 
 

background image

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] 

 

 

background image

  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: 

background image

 

  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)

background image

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.