Описание
Виртуальные лабораторные работы «Детали машин» —технические средства обучения, применяемые для формирования знаний, умений и навыков на основе процесса получения и обработки экспериментальных данных — количественных характеристик реальных физических величин, определяющих поведение исследуемого объекта, процесса или явления, подтверждающих или опровергающих сформулированные целевые функции проведения эксперимента. Виртуальные лабораторные работы «Детали машин» полноценно реализуют обучающий физический эксперимент, ставящий целью отработку основных приемов и технологий планирования и проведения эксперимента, включая его основные этапы: формулировка цели и задач исследований, определение способов и методов достижения цели, используемое оборудование и технологии.
Виртуальные лабораторные работы «Детали машин» находят все большее применение в учебных заведениях, т. к. использование имитаторов, исходя из опыта их использования значительно увеличивает эффективность сразу по пяти ключевым направлениям:
Значительное повышения качества обучения;
Значительное снижение затрат на обучение;
Снижение времени обучения;
Возможность подготовки большего количества обучаемых;
Снижение опасности при обучении, повышение эффективности охраны труда, промышленной и экологической безопасности.
Повышение качества обучения при использовании виртуальных лабораторных работ «Детали машин» складывается из наличия следующего комплекса факторов:
Проведение большего количества работ за тоже время.
Обеспечение индивидуальной работы обучаемых.
Возможность визуального наблюдения внутренней структуры изучаемого оборудования, микро- и макрообъектов и процессов, быстрых или медленных технологических и природных процессов или явлений.
Возможность визуального наблюдения абстрактных понятий или концепций (например, визуализация накопления усталостных повреждений) и т. д.
Возможность изменения конфигурации оборудования и параметров среды.
Оценка возможных последствий альтернативных условий и направлений деятельности.
Интерес к имитаторам, отсутствие ответственности и опасности, наличие возможности «экспериментировать».
Возможность использования имитаторов при самостоятельной работе обучаемых
Возможность объективного контроля качества обучения и т.д.
Пример:
Использование имитатора позволяет изучать влияние на КПД вязкость масла, типа подшипников, степени точности изготовления, передаточного числа и т.д. Как правило реализация таких возможностей при помощи реального оборудования, несмотря на большой познавательный интерес, затруднена значительными трудностями технического плана. Изменение параметров среды, таких как барометрическое давление, температура, относительная влажность атмосферного воздуха и т.д. также является сложной задачей, которая может быть решена с помощью имитатора. Повышение качества обучения с учетом данного фактора достигается за счет лучшей систематизации знаний и понимания большего количества зависимостей. Цель лабораторной работы – определение коэффициента полезного действия (КПД) редуктора двумя способами, «Экспериментальным» и «Расчетным». Для экспериментального способа имитируется стенд для испытания передач, возможности которого позволяют выполнять необходимое исследование кпд цилиндрического редуктора, а именно получать данные для построения графиков зависимости КПД:
от скорости вращения;
от нагрузки;
от дополнительного параметра передачи, указываемого в задании на выполнение работы (сорта смазки, степени точности передачи, чисел зубьев колес, типа подшипников и т.п.).
Затем, выполняется исследование кпд «Расчетным» способом, т. е. Определяется ориентировочное значение КПД редуктора по упрощенным формулам с использованием табличных значений КПД зубчатой цилиндрической пары и пары подшипников, проводится анализ результатов, формируются выводы, подготавливается и защищается отчет.
Устройство и работа имитируемого стенда. Стенд смонтирован на плоском металлическом основании и состоит из узла электродвигателя с тахометром, испытуемого редуктора – он условно показывается в разрезе, нагрузочного устройства – ленточного тормоза. Узел электродвигателя смонтирован на литом кронштейне, закрепленном на основании стенда. Статор электродвигателя может свободно поворачиваться в шариковых подшипниках, установленных в литом кронштейне, относительно оси, общей с якорем электродвигателя. Вал якоря электродвигателя одним концом соединен через муфту с входным валом редуктора. На лицевой стороне литого кронштейна смонтировано измерительное устройство, состоящее из рычага, штока и датчика с пружиной. При включении электродвигателя реактивный момент статора (равный по абсолютному значению моменту на валу якоря) поворачивает статор. Рычаг, закрепленный на статоре, упирается в подпружиненный шток датчика, который и удерживает статор от поворота. Сигнал от этого датчика для измерения крутящего момента, передаваемого с двигателя на редуктор, после обработки отображается на левом стрелочном приборе (“Момент двиг.”) и числовым индикатором Tдв. Так на стенде измеряется крутящий момент, передаваемый с двигателя на редуктор.
Испытуемый редуктор состоит из двух цилиндрических передач. Его корпус показывается в разрезе.
Нагрузочное устройство представляет собой магнитный тормоз, и служит для создания рабочей нагрузки на редуктор – тормозного момента на его выходном валу. Величина тормозного момента задаётся тумблером–регулятором нагрузки. При этом сильнее или слабее растягивается пружина, что видно и на мониторе.
В левой части стенда установлена панель с органами управления: Выключатель питания стенда; Тумблер-регулятор частоты вращения двигателя; Тумблер-регулятор нагрузки (крутящего момента тормоза).
Измерительные приборы: стрелочные приборы (“Момент двигателя”, “Мощность двигателя”, и “Обороты тормоза”); приборы цифровой индикации (“nдв – обороты двигателя”, “Tдв – момент двигателя”, “Pдв – мощность двигателя”, “nторм – обороты тормоза”,“Tторм – момент тормоза ”)
Таблица 1. Техническая характеристика виртуального стенда (для цилиндрического редуктора):
Характеристика испытываемых редукторов | ||
Тип редуктора | двухступенчатый цилиндрический соосный | |
Межосевое расстояние | aw = (90 ÷ 160) мм | |
Числа зубьев зубчатых колес | первой ступени второй ступени | z1 = (30 ÷ 35), z2= (60 ÷ 65); z1 = (20 ÷ 35), z2= (40 ÷ 50). |
Ширина колеса | первой ступени второй ступени | b12 = (16 ÷ 60) мм; b23 = (20 ÷ 80) мм. |
Характеристика электропривода | ||
Частота вращения вала электродвигателя (входного вала редуктора) | n1 = (500, 1000, 1500, 2000, 2500 и 3000) об/мин | |
Максимальный крутящий момент на валу двигателя | T1 = 15 Н*м | |
Характеристика нагрузочного устройства | ||
Тормозной момент на барабане ленточного тормоза (Его можно изменять только дискретно с шагом 1 Н*м) | Т2 = (0 ÷ 40) Н*м. | |
Таблица 2. Варианты заданий на проведение испытаний и исследования цилиндрического редуктора
Параметры редуктора | Вариант | |||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
Межосевое расстояние aw= Числа зубьев колёс: Шестерни 1-ой ступени z1= Колеса 1-ой ступени z2= Шестерни 2-ой ступени z1*= Колеса 2-ой ступени z2*= | 100 30 60 25 42 | 100 35 65 22 50 | 125 30 60 22 50 | 125 35 63 20 42 | 140 30 63 25 45 | 140 33 60 20 42 | 160 30 61 21 50 | 160 31 60 24 40 |
Ширина колеса: 1-ой ступени b12= 2-ой ступени b23= Степень точности редуктора Тип подшипников | 20 30 6 Ш | 30 50 7 Ц | 20 30 8 К | 30 60 9 Ш | 20 30 6 Ц | 50 70 7 К | 25 40 8 Ш | 50 80 9 К |
Кинематическая вязкость масла (м2/с) ν= | 10-5 | 20·10-6 | 30·10-6 | 50·10-6 | 10-5 | |||
Специальный вопрос: Исследовать влияние на КПД | степени точности редуктора | типа подшипников | вязкости масла | ширины колес первой ступени | ширины колес второй ступени | межосевого расстояния | чисел зубьев колес первой ступени | чисел зубьев колес второй ступени |
(Тип подшипников: Ш – Шариковые, Ц – с Цилиндрическими роликами, К – с Коническими роликами)
При выполнении работы на реальном оборудовании затраты времени на указанные исследования приведены в таблице 1. К указанному времени, необходимому для подготовки эксперимента, необходимо прибавить время проведения непосредственно самого эксперимента, т. е. по 10 минут на оценку влияния каждого из 8 факторов , что дает в результате (5 ч. 30 мин. + 10 мин. * 8 = 6 часов 50 минут). Затраты времени на проведения аналогичных действий при помощи имитатора складываются (как и для реального оборудования) из непосредственно времени эксперимента, т.е. 10 минут на оценку влияния каждого из 8 факторов, но временные затраты на подготовку практически отсутствуют (меньше 1 минуты), что дает в результате (10 мин. * 8 = 1 час 20 минут). В результате, проведения данной лабораторной работы на имитаторе, сокращает потери времени более чем в 5 раз (410 минут / 80 минут).
Таблица 3. затраты времени при выполнении лабораторной работы на реальном оборудовании
влияние на КПД | выполняемые операции | необходимое время |
|---|---|---|
1. степени точности редуктора | слив масла, разборка, выпрессовка подшипников, замена элементов (сборка), залив масла | 1 час |
2. типа подшипников | 1 час | |
3. вязкости масла | слив масла, промывка, залив масла | 20 минут |
4. ширины колес первой ступени | слив масла, разборка, выпрессовка подшипников, сборка, залив масла (для 1 ступени) | 40 минут |
5. ширины колес второй ступени | ||
6. меж-осевого расстояния | слив масла, разборка, выпрессовка подшипников, сборка, залив масла | 1 час |
7. чисел зубьев колес первой ступени | слив масла, разборка, выпрессовка подшипников, сборка, залив масла | 40 минут |
8. чисел зубьев колес второй ступени | 40 минут | |
5 часов 30 минут |
Перечень виртуальных лабораторных работ «Детали машин»
- Исследование коэффициента полезного действия цилиндрического редуктора.
Цель – определение коэффициента полезного действия (КПД) цилиндрического редуктора двумя способами.
Задачи:
• Провести компьютерное моделирование работы стенда для испытания передач, выполнив исследование КПД цилиндрического редуктора;
• По полученным результатам построить графики зависимости КПД;
• Определить ориентировочное значение КПД редуктора;
• Провести анализ результатов, сделать выводы и подготовить отчет.
- Исследование коэффициента полезного действия червячного редуктора.
Цель – определение коэффициента полезного действия (КПД) червячного редуктора двумя способами.
Задачи:
• Провести компьютерное моделирование работы стенда для испытания передач, выполнив исследование КПД червячного редуктора;
• По полученным результатам построить графики зависимости КПД;
• Определить ориентировочное значение КПД редуктора;
• Провести анализ результатов, сделать выводы и подготовить отчет.
- Исследование коэффициента полезного действия планетарного редуктора.
Цель – определение коэффициента полезного действия планетарного зубчатого редуктора.
Задачи:
• Провести компьютерное моделирование работы стенда для испытания передач, выполнив исследование КПД планетарного редуктора;
• По полученным результатам построить графики зависимости КПД;
• Определить ориентировочное значение КПД редуктора;
• Провести анализ результатов, сделать выводы.
- Исследование коэффициента полезного действия конического редуктора.
Цель – определение коэффициента полезного действия конического редуктора.
Задачи:
• Провести компьютерное моделирование работы стенда для испытания передач, выполнив исследование КПД конического редуктора;
• По полученным результатам построить графики зависимости КПД;
• Определить ориентировочное значение КПД редуктора;
• Провести анализ результатов, сделать выводы.
- Исследование коэффициента полезного действия волнового редуктора.
Цель – определение коэффициента полезного действия (КПД) волнового редуктора.
Задачи:
• Провести компьютерное моделирование работы стенда для испытания передач, выполнив исследование КПД волнового редуктора;
• По полученным результатам построить графики зависимости КПД;
• Определить ориентировочное значение КПД редуктора;
• Провести анализ результатов, сделать выводы и подготовить отчет.
- Исследование коэффициента полезного действия гипоидного редуктора.
Цель – определение коэффициента полезного действия (КПД) гипоидного редуктора.
Задачи:
• Провести компьютерное моделирование работы стенда для испытания передач, выполнив исследование КПД гипоидного редуктора;
• По полученным результатам построить графики зависимости КПД;
• Определить ориентировочное значение КПД редуктора;
• Провести анализ результатов, сделать выводы.
Отзывы
Отзывов пока нет.