Порядок проведення лабораторних робіт

Відповідно до робочої програми дисципліни для проведення лабораторних робіт відведено 17 годин навчального навантаження в сітці розкладу і 89 годин поза аудиторного підготування для студентів денної форми навчання, 8 годин навчального навантаження і 169 годин поза аудиторного підготування для студентів заочної форми навчання.

Студент при підготуванні до виконання лабораторних робіт повинен проробити необхідний теоретичний матеріал, знати основні положення теорії, методику проведення робіт, вивчить застосовуване устаткування і міряльний інструмент, а також зробити заготівлі протоколу по роботі.

На початку кожного лабораторного заняття проводиться контрольний опит, за результатами якого викладач робить висновок про готовність студентів до проведення лабораторної роботи. Для підготування і проведення лабораторних занять студенти використовують методичні вказівки по лабораторних робіт, рекомендовану літературу і конспект лекцій. Після необхідного підготування студентів, лабораторного устаткування й апаратури в робочий стан, проводиться виконання лабораторної роботи, опрацювання й аналіз отриманих даних.

За підсумками роботи студент повинний: придбати практичні навички по упорядкуванню програми, методики випробувань і роботи на відповідному устаткуванні, вимірювальній апаратурі й обчислювальній техніці; вміти оформити протокол результатів випробувань, провести аналіз експериментальних даних і зробити висновки.

На лабораторних заняттях студенти повинні мати для виконання розрахунків, побудови графіків обчислювальні і креслярські приналежності.

У процесі лабораторних занять студенти зобов'язані дбайливо відноситися до навчального устаткування, наочним приладдям, вимірювальній і обчислювальній техніці. Перед закінченням заняття необхідно упорядкувати робоче місце.

Робота зараховується після її проведення й представлення оформленого відповідно до вимог протоколу і його захисту студентом.

Вказівки до оформлення протоколу по

лабораторним робоТам

Протокол по лабораторним роботам повинний містити:

- титульний лист (приклад оформлення див. в додатку А);

- найменування лабораторної роботи, її номер;

- ціль роботи (указується конкретна ціль, що повинна бути досягнута в результаті виконання роботи);

- вихідні теоретичні положення (доводяться основні теоретичні положення, розрахункові формули);

- устаткування, прилади, міряльний інструмент, використовувані при виконанні роботи;

- результати дослідження і їхнього опрацювання;

- у заключній частині протоколу доводиться аналіз результатів і даються висновки виходячи з цілі роботи;

- графіки виконуються на міліметровому папері і вклеюються до протоколу.

Загальні вимоги, запропоновані до упорядкування протоколів, містяться в ДСТУ 3008-95, і стандартні підприємства СТП 15-96.

1 ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ВИМІР НАПРУГ У ДЕТАЛЯХ машин і механізмів

Ціль роботи

1.1.1 Вивчити методи визначення напруг у деталях машин і механізмів

1.1.2 Вивчити пристрій і принцип роботи тензорезисторного вимірювального перетворювача.

1.1.3 Вивчити технологію наклеювання тензорезисторів на деталь.

1.1.4 Виконати практичну наклейку тензорезисторів.

Загальні відомості

Створення надійних автомобілів неможливо без обліку дійсних напруг у їхніх деталях. Для цієї цілі використовуються ті ж методи, що й в інших областях машинобудування, в основному методи сіток, тендітних лакових покриттів, фотопружності і тензометрирування. Перші три методи мають обмежену область застосування і не мають високу точність.

При використанні методу сіток на поверхню деталі перед її навантаженням наноситься дрібна сітка, звичайно у виді квадратів і окружностей. При навантаженні розміри сітки змінюються, що дозволяє установити деформації, а по ним і напруги. Метод найбільше придатний для випробувань при пластичних деформаціях і на руйнацію.

Деформації і напрямку головних напруг можна установити за допомогою нанесеного на поверхню деталі шару спеціального лаку (звичайно розчин резината барію в сірковуглеці), що при деформації деталі розтріскується. Утворюючі тріщини перпендикулярні до напрямку головних напруг і дають уявлення про їхній розподіл у поверхневому шарі деталі, дозволяють вибрати місце розташування й орієнтувати тензометри.

У методі фотопружності використовується зв'язок між механічними напругами й оптичними властивостями деяких прозорих матеріалів. Виготовляючи з таких матеріалів моделі деталей і навантажуючи їх, можна спостерігати розподіл напруг і оцінювати їхній розмір. Метод особливо цінний своєю наочністю, що дозволяє швидко установлювати вплив конструкції деталі на її напружений стан.

Метод тензометрії найбільше точний і універсальний, широко застосовується при визначенні напруг у деталях електричними методами. Цей метод дозволяє вести безупинний вимір деталей, які з'являються як на поверхні деталей подовжень, так і діючих на ці деталі зовнішніх навантажень.

Наклеєний на деталь тензорезистор змінює свій опір відповідно до деформації поверхневих шарів деталі, що дозволяє одержати необхідний електричний сигнал.

Вимір за допомогою тензорезисторів засновано на тензоефекті властивості матеріалів змінювати при деформації свій електричний опір. При цьому вважається, що опір провідника або напівпровідника залежить (при незмінному об'ємі) від його довжини l:

                                             ,                                    (1.1)

де R - опір провідника або напівпровідника. Ом;

ρ - питомий опір матеріалу, Ом/см;

S - площа поперечного перетину, см².

Таким чином, при механічному впливі на провідник зміна його опору викликається зміною його довжини , площі поперечного перетину  або питомого опору .

Відношення зміни активного опору тензорезистора до відносної деформації, що викликала цю зміну, називається коефіцієнтом тензометричної чутливості К

                 ,                      (1.2)

де μ - коефіцієнт Пуассона.

Для більшості металів у межах пластичних деформацій коефіцієнт Пуассона μ=0,5.

При пластичних деформаціях матеріалу перетворювача його об'єм, а отже, і відносна зміна питомого опору рівні нулю. Отже К=2,0.

Для виготовлення тензорезисторів використовують константан, ніхром, нікель, вісмут, а також кремній і германій.

Найбільше значення коефіцієнта тензочутливості мають напівпровідники. Так, у Р-кремнія значення К досягає 170. Крім того кремній має найменший температурний коефіцієнт опору.

Конструктивно тензорезистори виконують із дроту, фольги або прямокутників напівпровідникового матеріалу, наклеєних на тонкий папір або плівку лаку (рис. 1.1). До кінців тензоелемента припаюють (приварюють) мідні вивідні провідники.

Рисунок 1.1 - Пристрій дротового (а), фольгового (б),

і напівпровідникового (в) тензорезисторів (l - база тензорезистора)

Матеріал тензорезистора повинний відповідати наступним вимогам: мати достатнє значення тензометричної чутливості, малий температурний коефіцієнт електричного опору, високий питомий опір, високу механічну витривалість, невелику термо е.р.с. у парі з міддю, та нарешті, лінійну характеристику.

Найбільше застосування має константан через лінійність, дешевини і температурної стабільності.

Тензорезистор закріплюється на досліджуваному об'єкті за допомогою клею або лаку, у деяких випадках зварювання, і сприймає деформацію його поверхневого шару.

У залежності від температури навколишнього середовища і конструкції тензорезисторів для їхнього з'єднання з досліджуваною деталлю застосовуються наступні клеї:

- при температурі - 50+60^о - «Циакрин» 192-Т, ВЛ-4, ВС-10Т;

- при температурі - 60+115^о –ВЛ-931;

- при температурі - 20+150^о - БФ-1;

- при температурі - 50+300^о - Цемент ВН-76;

- при температурі до 400^о - силіконовій лак;

- при температурі до 900^о - керамічні цементи.

При короткочасних випробуваннях, у яких досліджуються динамічні процеси; припустима верхня межа температури може бути підвищена 1,5-2 рази для клеїв «Циакрин», 192-Т, ВЛ-931, БФ-2, ВН-76.

В даний час найбільше застосування знаходить конструкція тензорезистора з фольговим провідником. Завдяки великій площі зіткнення з об'єктом виміру тепловіддача фольгового провідника значно вище в порівнянні з дротовим, що дозволяє при рівних перетинах збільшити струм, що проходить через перетворювач.

Вибір місць установки тензорезисторів визначається загальними задачами досліджень, характером напружено-деформованого стана об'єкта дослідження, його геометрією і станом поверхні. При визначенні місця установки тензорезисторів щодо досліджуваної деталі можуть зустрічатися наступні два випадки: коли осі головних напруг у деталі відомі і коли з їх не вдається визначити заздалегідь. У першому випадку доцільно розглянути наступні три типу деталей: деталі, що працюють на вигин і деталі, що працюють на кручення (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 - Схеми наклеювання і з'єднання датчиків при різних

деформаціях

У тому випадку, коли невідомий напрямок осей головних напруг, їх доводиться визначати експериментально. Це робиться за допомогою тензометричних розеток, що містять два або три прямокутних тензодатчика, що дають можливість одночасно визначати напруги в двох взаємно перпендикулярних напрямках або в трьох напрямках, причому кут між сусідніми напрямками встановлюється рівним 45^о (рис. 1.3) за результатами визначають головні напруги по розмірі і напрямку.

Рисунок 1.3 - а) дельта розетка; б) прямокутна розетка

Розміщення тензорезисторів на дошкульних елементах також повинно забезпечувати одержання максимального виходу сигналу і компенсацію механічних та інших перешкод.

Основною вимірювальною схемою в тензометрируванні є мостова схема. По числу плечей мостової схеми, які розташовані поза приладом, прийнято розрізняти три модифікації мостової схеми.

Найпростішою і найбільше перспективною схемою вмикання тензорезисторів є мостова схема з одним активним плечем. Три інші плеча виконані у виді стабільних резисторів, розміщених у проміжному перетворювачі або приладі.

Тензорезистори, що наклеюються, чутливі до зміни температури. Ці зміни викликають зміну опору датчика внаслідок безпосередньої залежності омічного опору від температури і деформацій, що виникають у датчику через розходження температурних коефіцієнтів лінійного розширення матеріалів датчика і деталі. Для усунення впливу температури застосовують різні методи термокомпенсації. Найбільше поширеним методом є вмикання тензорезистора, аналогічного робочому, у сусіднє плече моста. Компенсаційний датчик повинний бути наклеєний на такий же матеріал, що і робочий, але не піддаватися деформації. По своїх параметрах обидва датчики повинні бути однаковими і знаходитися в однакових температурних умовах.

Застосовують також схему повного моста, у якому усі плечі знаходяться поза приладом. Цю схему використовують головним способом у тих випадках, коли недостатньо постійні перехідні опори сполучних ліній, струмоз’ємних або комутаційних пристроїв.