Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Drgań Mechanicznych ĆWICZENIE NR ...

PRĘDKOŚCI KRYTYCZNE WAŁÓW

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem prędkości krytycznych wałów wirujących na przykładzie wiotkiego wału o ciągłym rozkładzie parametrów.

Zakres ćwiczenia obejmuje:

• Obserwację zachowania się wału przy przechodzeniu przez krytyczne prędkości obrotowe;

• Obserwację zjawiska samo centrowania się wału;

• Pomiar kilku kolejnych prędkości krytycznych wału i obserwację odpowiadającym im postaci drgań giętych;

• Porównanie wartości prędkości krytycznych obliczonych analitycznie z wartościami prędkości zmierzonych.

2. Opis stanowiska

Stanowisko do ćwiczenia schematycznie przedstawiono na rysunku 1. Do głównych elementów stanowiska należą:

 Wał osadzony na łożyskach;

 Sprzęgło;

 Silnik prądu stałego (o sterowanej w sposób ciągły prędkości obrotowej);

 Tachometr elektroniczny (do pomiaru prędkości obrotowej);

 Lampa stroboskopowa (umożliwiająca obserwację postaci drgań giętnych oraz pomiar prędkości obrotowej wału);

Laboratorium Drgań Mechanicznych

Bielsko-Biała 2010

2

PRĘDKOŚCI KRYTYCZNE WAŁÓW

 Autotransformator (do płynnej regulacji prędkości obrotowej wału).

Rys.1. Schemat stanowiska pomiarowego

3. Zależności obliczeniowe

Dla wałów kołowo-symetrycznych prędkości krytyczne odpowiadają częstościom drgań własnych nieruchomego wału. Częstość drgań własnych określa wzór (1): n 2π 2

EI

ω =

(1)

n

l 2

ρ F

gdzie:

n – liczba naturalna n = 1,2,3...

E – moduł Younga dla materiału z którego wykonano wał (E = 2.1e11 Pa); I – geometryczny moment bezwładności przekroju poprzecznego wału; ρ – gęstość materiału z którego wykonano wał (ρ = 7850 kg/m3); F – pole przekroju poprzecznego wału;

Jak wynika ze wzoru (1) stosunki kolejnych częstości drgań własnych są równe stosunkowi kwadratów kolejnych liczb naturalnych: ω 1 : ω 2 : ω 3 : ... ω n =1: 4: 9: ... : n2

Dla przekroju kołowego:

4

π d

2

π d

I =

; F =

64

4

Laboratorium Drgań Mechanicznych

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Drgań Mechanicznych 3

Związek pomiędzy częstością drgań a prędkością obrotową opisuje zależność (2): 2π n

ω =

(2)

60

4. Przebieg ćwiczenia

•

Zmierzyć i zanotować odległość pomiędzy środkami łożysk;

•

Zmierzyć i zanotować średnicę wału;

•

Obliczyć pole przekroju poprzecznego wału;

•

Obliczyć geometryczny moment bezwładności przekroju poprzecznego wału;

•

Obliczyć trzy pierwsze częstości drgań własnych wału;

•

Obliczyć prędkości obrotowe odpowiadające wyznaczonym częstością drgań;

•

Zmieniając prędkość obrotową silnika wyznaczyć trzy pierwsze wartości prędkości krytycznych wału. Odczytać prędkości obrotowe z tachometru oraz lampy stroboskopowej;

•

Naszkicować zaobserwowane postacie odkształceń wału. Zaznaczyć na osłonie położenia węzłów towarzyszące kolejnym prędkościom krytycznym, a po wyłączeniu silnika zmierzyć współrzędne węzłów;

•

Porównać wyniki obliczeń z wynikami pomiarów.

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 wyników obliczeń;

•

Sporządzony w trakcie ćwiczeń protokół;

•

Wnioski, spostrzeżenia i uwagi.

Laboratorium Drgań Mechanicznych

Document Outline

  • Laboratorium Drgań Mechanicznych
  • Laboratorium Drgań Mechanicznych
  • Laboratorium Drgań Mechanicznych
  • Bielsko-Biała 2010
    • ĆWICZENIE NR ...