background image

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Teorii Maszyn i Mechanizmów 

 

Laboratorium Teorii Maszyn i Mechanizmów 

Bielsko-

Biała 2011  

 

o

o

o

p

p

p

r

r

r

a

a

a

c

c

c

o

o

o

w

w

w

a

a

a

ł

ł

ł

 

 

 

A

A

A

r

r

r

k

k

k

a

a

a

d

d

d

i

i

i

u

u

u

s

s

s

z

z

z

 

 

 

T

T

T

r

r

r

ą

ą

ą

b

b

b

k

k

k

a

a

a

 

 

 
 
 
 

ĆWICZENIE NR ... 

 

DOŚWIADCZALNE WYZNACZANIE MASOWEGO MOMENTU 

BE

ZWŁADNOŚCI KORBOWODU SILNIKA SPALINOWEGO 

 
 
 
 
 

1. Cel ćwiczenia 
 
Celem  ćwiczenia  jest  określenie  masowego  momentu  bezwładności  korbowodu 
względem  osi  równoległej  do  osi  otworów  i  przechodzącej  przez  środek  masy 
metodą doświadczalną. 

 

 
2. Zależności obowiązujące w metodzie doświadczalnej 
 
Korbowód  zawieszony  w  punkcie  A  lub  B  (rys.1a)  w  przyrządzie  pomiarowym 
składającym się z pionowych podpór, w których osadzona jest pryzma (rys. 1b) jest 
wahadłem fizycznym o długości zredukowanej l

z

Dla zawieszenia w punkc

ie A długość zredukowaną określamy wg zależności (1): 

 

a

m

I

l

A

z

                                                        (1) 

 
gdzie: 

 

I

A

 -  

moment bezwładności względem osi przechodzącej przez punkt 

zawieszenia, 

m - masa korbowodu, 

a -  

odległość między osiami przechodzącymi przez środek masy i punkt 

zawieszenia. 

 

background image

DOŚWIADCZALNE WYZNACZANIE MASOWEGO MOMENTU BEZWŁADNOŚCI... 

Labora

torium Teorii Maszyn i Mechanizmów 

l

a

S

B

A

a)

b)

 

 

Rys. 1. 

Schemat korbowodu wraz z przyrządem: a) schemat podparcia korbowodu,  

b) schemat przy

rządu 

 
 

Okres drgań wahadła fizycznego wynosi (2): 
 

g

l

2

T

Z

                                                      (2) 

 
Wstawiając  zależność  (1)  do  zależności  (2)  otrzymuje  się  wzór  (3)  na  okres  drgań 
wa

hadła podwieszonego w punkcie A: 

 

g

a

m

I

2

T

A

A

                                                   (3) 

 
Z  kolei  przek

ształcając  zależność  (3)  otrzymuje  się  wzór  (4)  na  masowy  moment 

bezwładności  korbowodu,  określony  względem  osi  zawieszenia  poprowadzonej 
przez punkt A: 
 

2

2

A

A

4

a

g

m

T

I

                                                     (4) 

background image

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Teorii Maszyn i Mechanizmów 

Laboratorium Teorii Maszyn i Mechanizmów 

Dokonując  analogicznych  przekształceń  możemy  wyznaczyć  zależność  (5)  na 
masowy moment bezwładności korbowodu względem osi przechodzącej przez punkt 
zawieszenia B: 
 

2

2

A

B

4

a

l

g

m

T

I

)

(

                                                 (5) 

 
Stosując  twierdzenie  Steinera  można  zapisać  zależność  (6)  na  masowy  moment 
bezwładności korbowodu względem osi przechodzącej przez jego środek masy S: 
 

2

B

S

2

A

S

a

l

m

I

I

a

m

I

I

                                                 (6) 

Wprowadzając do równań (6) wielkości I

A

 oraz I

B

 

określone przez wyrażenia (4) i (5) 

zależność  na  masowy  moment  bezwładności  korbowodu  względem  osi 
przechodzącej przez jego środek masy S przyjmie postać (7): 
 

2

2

2

A

S

a

m

4

a

g

m

T

I

 

(7) 

2

2

2

B

S

a

l

m

4

a

l

g

m

T

I

)

(

 

  
Dokonując  porównania  prawych  stron  równań  (7)  otrzymamy  wyrażenie    (8)  na 
odległość między osiami przechodzącymi przez środek masy i punkt zawieszenia A: 
 

l

l

8

T

T

g

l

4

T

g

a

2

2

B

2

A

2

2

B

                                              (8) 

 
Wyznaczenie doświadczalne wartości wielkości T

A

 , T

B

 , m i l pozwala na obliczenie 

odl

egłości  „a”  między  osiami  przechodzącymi  przez  środek  masy  i  punkt 

zawieszenia,  następnie  z  pierwszego  z  wzorów  (7)  momentu  bezwładności  I

S

 

korbowodu względem osi przechodzącej przez jego środek masy. 
 

 

3. Analiza błędów 
 
Błędy pomiaru wyznaczanych doświadczalnie wielkości T

A

 , T

B

 , 

m oraz l są od siebie 

nieza

leżne i wynoszą: 

T

A

T

B

m oraz 

l. 

Bezwzględny  błąd  z  jakim  wyznaczona  została  wartość  masowego  momentu 
bezwładności  korbowodu  względem  osi  przechodzącej  przez  jego  środek  masy  S 
można określić na podstawie zależności (9): 
 

background image

DOŚWIADCZALNE WYZNACZANIE MASOWEGO MOMENTU BEZWŁADNOŚCI... 

Labora

torium Teorii Maszyn i Mechanizmów 

2

S

2

S

2

B

B

S

2

A

A

S

S

l

l

I

m

m

I

T

T

I

T

T

I

I









                   (9) 

 
Pochodne  cząstkowe  wchodzące  do  wzoru  (9)  określimy  na  podstawie  zależności 
(10), (11), (12) i (13): 
 

 

l

8

T

T

g

T

g

2

a

m

I

4

a

g

m

T

2

T

I

2

2

B

2

A

A

2

S

2

A

A

S

                           (10) 

 

l

8

T

T

g

a

l

T

m

g

2

g

a

2

4

T

T

I

2

2

B

2

A

B

2

2

A

2

B

S



                                 (11) 

 
 

2

2

2

A

S

a

4

g

a

T

m

I

                                               (12) 

 

l

8

T

T

g

a

l

8

gT

g

m

g

a

2

4

T

l

I

2

2

B

2

A

2

2

B

2

2

A

S



)

(

                               (13)  

 

Błąd względny wartości masowego momentu bezwładności korbowodu wynosi (14): 
 

%

100

S

S

I

I

                                                    (14) 

 
 
4. Przebieg ćwiczenia 
 

 

Zważyć  korbowód  (zanotować  także  dokładność  wskazań  wagi)  -  pomiary 
wykonać trzykrotnie; 

 

Zmierzyć  odległość  l  pomiędzy  punktami  podwieszenia  korbowodu  A  i  B 
(z

anotować także dokładność wskazań suwmiarki), pomiary wykonać trzykrotnie; 

 

Podwiesić  korbowód  w  punkcie  A  (rys.1a)  zwracając  uwagę  na  to,  aby  oś 
otwo

rów była równoległa do krawędzi pryzmy (rys.1b); 

 

Wprawić  korbowód  w  ruch  wahadłowy  o  kącie  wahań 

  <  10

0

 

i  zmierzyć 

trzykrotnie czas t

A

 

50 wahnięć (zanotować także dokładność wskazań stopera); 

 

Podwiesić korbowód w punkcie B zwracając uwagę na to, aby oś otworów była 
równoległa do krawędzi pryzmy; 

 

Wprawić  korbowód  w  ruch  wahadłowy  o  kącie  wahań 

  <  10

0

  i  zm

ierzyć 

trzykrotnie czas t

B

 

50 wahnięć; 

 

Na  podstawie  wartości  czasów  wahań  t

A

  i  t

B

 

obliczyć  okresy  wahań  T

A

  i  T

B

  na 

podstawie zależności (15) i (16): 

background image

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Teorii Maszyn i Mechanizmów 

Laboratorium Teorii Maszyn i Mechanizmów 

 

 wahniec

liczba

t

A

A

T

                                          (15) 

 

 wahniec

liczba

t

B

B

T

                                          (16) 

 

 

Obliczyć według wzorów (7), (8) moment bezwładności względem osi równoległej 
do osi otworów i przechodzącej przez środek masy oraz położenie środka masy 
korbowodu; 

 

Wyznaczyć wartości błędów pomiaru okresów wahań 

T

A

T

B

biorąc pod uwagę 

fakt,  że  dokładność  pomiaru  wykonanego  stoperem  odnosi  się  do  przyjętej 
łącznej liczby wahnięć; 

 

Określić błąd bezwzględny i względny wartości masowego momentu bezwładności 
korbowodu 

według wzorów (9) - (14). 

 
 
5. Zawartość sprawozdania 
 

 

Cel ćwiczenia; 

 

Przebieg ćwiczenia (w punktach); 

 

Schemat stanowiska laboratoryjnego (z opisem); 

 

Dane wejściowe do przeprowadzanego ćwiczenia; 

 

Zestawienie wyników pomiarów; 

 

Pełny przebieg obliczeń z podaniem wzorów oraz podstawień do wzorów; 

 

Zestawienie wyni

ków obliczeń; 

 

Sporządzony w trakcie ćwiczeń protokół; 

 

Wnioski, spostrzeżenia i uwagi.