Лабораторная установка по механике

 

Использование: в качестве учебного прибора по курсу теоретической механики. Сущность изобретения: платформа установлена с возможностью вращения на валу редуктора и связана с тахометром. Один из образцов выполнен в виде диска и укреплен на платформе посредством винтов. Другой образец выполнен в виде пластины и установлен в оправке. Измерительное устройство представляет собой динамометр. Блок размещен на стойке. Трос одним концом соединен с оправкой, а другим с чашей. 2 ил.

Устройство относится к учебным приборам по курсу технической механики, в частности для определения коэффициента трения скольжения в режимах покоя и движения. Прибор может быть использован во всех высших и средних технических учебных заведениях.

Известен прибор, содержащий платформу, связанную с ней с возможностью изменения угла наклона направляющую и свободно установленный на направляющей ползун, вертикально расположенный указатель в направлении нормали и связанный с ним транспортир, причем платформа установлена на основании с возможностью скольжения и имеет цилиндрический выступ для взаимодействия с ползуном, а направляющая выполнена в виде стрелочного указателя и имеет средство для фиксации одного его конца на транспортире, а другой конец направляющей шарнирно соединен с выступом и указателем нормали /1/.

К недостаткам этого прибора следует отнести то, что он не позволяет: проводить эксперимент в динамическом режиме; визуально определить силу трения скольжения; быстро заменить трущиеся пары из различных материалов.

Известна установка по механике, содержащая электродвигатель, смонтированный на основании и через редуктор связанный с платформой, взаимодействующие между собой сменные образцы, один из которых установлен на платформе, а другой соединен с измерительным средством и блок с тросом, расположенный с возможностью вращения вокруг оси, параллельной основанию /2/.

К недостаткам этого прибора следует отнести то, что он не позволяет: проводить эксперимент в режиме покоя; быстро заменить трущиеся пары из различных материалов; проводить эксперимент без ограничения времени, то есть, без его остановки и повторов, из-за малых линейных размеров направляющей станины.

Техническим результатом изобретения является создание лабораторной установки, устраняющей перечисленные выше недостатки, расширяющей диапазон решаемых задач путем быстрой замены трущихся пар /пластин и дисков/ и возможности проведения эксперимента в режимах покоя и движения и без ограничения времена проведения эксперимента.

Для достижения указанного технического результата известная лабораторная установка снабжена укрепленной на основании стойкой, чашей с грузами, оправкой и тахометром, при этом платформа установлена на валу редуктора с возможностью вращения и связана с тахометром, один из образцов, выполнен в виде диска и укреплен на платформе посредством винтов, а другой выполнен в виде пластины и установлен в оправке, измерительное средство представляет собой динамометр, блок размещен на стойке, а трос одним концом соединен с оправкой, а другим с чашей.

На фиг. 1, 2 схематически показана лабораторная установка.

Установка содержит основание 1, на котором монтируются: электродвигатель 2, соединенный с редуктором 3, на выходном валу которого сидит платформа 4 с возможностью закрепления на ней с помощью винтов 5 диска 6 /набор дисков из разных материалов/, который служит первым элементом трущейся пары, причем, на корпусе редуктора установлена направляющая 7; динамометр 8 с тягой 9, свободный конец которой может быть соединен с оправкой 10, с возможностью закрепления в ней пластины 11 /набор пластин из разных материалов/, который служит вторым элементом трущейся пары, и груза 12 на ней, причем, оправка установлена в направляющей 7, чтобы избежать ее смещения в радиальном направлении под действием центробежных сил при контакте пластины 11 с поверхностью вращающегося диска 6, а контакт оправки 10 с направляющей 7 осуществляется через подшипник качения 13, установленный на оправке, что сведет к минимуму потери на трение оправки 10 о направляющую 7 при ее малом перемещении; тахометр 14, который своим роликом касается диска 4 и позволяет определять частоту вращения этого диска;
направляющий узел, состоящий из стойки 15 с осью 16, на которой вращается блок 17, через который перекинут шнур 18, один конец которой укрепляют к оправке 10, а второй к чаше 19 для весовых гирь.

Лабораторная установка работает в двух режимах.

Режим покоя. Диск 6 /первый элемент трущейся пары/ закрепляют винтами 5 на платформе 4, пластину 11 /второй элемент трущейся пары/ в оправку 10. Сверху на оправку помещают груз 12. Шнур 18 одним концом соединяют с оправкой 10. Осторожно нагружают чашу 19 гирями и находят ту нагрузку, при которой оправка трогается с места. Таким образом, вес груза, положенного на чашу, будет соответствовать силе трения, возникающих в плоскости соприкосновения элементов трущихся пар.

Искомый статический коэффициент трения скольжения определяем по формуле:
f P/N
где f искомый статический коэффициент трения скольжения;
Р сила трения /вес гирь с чашей/;
N нормальная сила, равная весу образца /пластины/ оправки с подшипником и грузом.

Режим движения. Диск 6 /первый элемент трущейся пары/ закрепляют винтами 5 на платформе 4. Пластину 11 /второй элемент трущейся пары/ в оправку 10, которую присоединяют к тяге 9. Включают электродвигатель 2, который через редуктор 3 вращает платформу 4 с диском 6.

Искомый динамический коэффициент трения скольжения определяют, как отношение показания динамометра к величине нормального давления между трущимися поверхностями образцов.

Для заданной скорости вращения платформы с диском, которая определяется с помощью тахометра, искомый динамический коэффициент определяют по формуле:
f F/G
где f искомый динамический коэффициент трения скольжения;
F -показания динамометра, Н;
G нормальная сила, равная весу образца с оправкой, подшипником и грузом, Н.

Изменяя скорость вращения диска 4, что фиксируется с помощью тахометра 14 и следовательно, линейную относительную скорость трущихся поверхностей образцов, строим график зависимости динамического коэффициента трения скольжения от скорости движения трущихся пар.

Демонстрационная лабораторная установка по механике дает возможность наглядно убедиться студентам в определенной закономерности: с увеличением скорости вращения платформы с диском величина динамического коэффициента трения скольжения сначала несколько убывает, а затем сохраняет почти постоянное значение.

Формула изобретения

Лабораторная установка по механике, содержащая электродвигатель, смонтированный на основании и через редуктор, связанный с платформой, взаимодействующие между собой сменные образцы, один из которых установлен на платформе, а другой соединен с измерительным средством, и блок с тросом, расположенный с возможностью вращения вокруг оси, параллельной основанию, отличающаяся тем, что она снабжена укрепленной на основании стойкой, чашей с грузами, оправкой и тахометром, при этом платформа установлена на валу редуктора с возможностью вращения и связана с тахометром, один из образцов выполнен в виде диска и укреплен да платформе посредством винтов, а другой выполнен в виде пластины и установлен в оправке, измерительное устройство представляет собой динамометр, блок размещен на стойке, а трос одним концом соединен с оправкой, а другим с чашей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2