- Теоретичне і експериментальне визначення залежності зрушує сили Fr від моменту загвинчування а.
- Побудова графіків залежності Fr = f (Т зав) з теоретичних і експериментальних даних.
2. Теоретичні положення
Залежно від призначення і умов складання нарізні сполучення бувають ненапруженими. незатянутой в процесі складання, і напруженими. завантаженими осьовим зусиллям від затягування до додатка зовнішнього навантаження.
Затягнутий болт крім розтягування відчуває кручення. Міцність болта визначають по еквівалентним напруженням по одній з теорій міцності
де # 963; - напруга розтягування від зусилля затяжки F3;
# 964; - напруження кручення від моменту сил тертя в різьбі.
d1 - внутрішній діаметр різьби.
WP - полярний момент опору перерізу.
Для стандартних різьблень приймають
тобто вплив дотичних напружень, викликаних моментом, враховують підвищенням осьового навантаження на 30%.
У даній роботі вивчається болтове з'єднання, навантажене силою, що зрушує деталі в стику. Болт встановлено в отвір з зазором (рис.1) і подве ргается попередньої затягуванні, в результаті якої між деталями виникають сили тертя, що перешкоджають зсуву деталей (розкриття стику).
Момент загвинчування гайки, який потрібно прикласти до ключу (див. Рис.1):
де тр момент сил тертя в різьбі;
Tт - момент сил тертя на опорному торці гайки.
У розгорнутому вигляді
де fт- коефіцієнт тертя на торці гайки. Для умов досвіду (порівняно гладкі поверхні торця гайки і деталі при наявності слідів мастила) можна прийняти fт = 0,2;
# 946; - кут підйому гвинтової лінії на середньому діаметрі, який визначається за рівнянням
Тут р і d2 відповідно крок і середній діаметр різьби, для досвіду прийняті з табл. 1.
Таблиця 1. Геометричні параметри різьби (ГОСТ 24705-81)
Середній діаметр опорної кільцевої площадки
Тут D1 - зовнішній діаметр опорного торця гайки, рівний розміру зіва ключа;
d0 - діаметр отвору під болт (див. рис. 1.1). D1 і d0 слід отримати безпосереднім виміром.
Приведений коефіцієнт тертя в різьбі
де fр- дійсний коефіцієнт тертя в різьбі. Для умов досвіду прийняти fр = 0,15. Кут профілю метричної різьби # 945; = 60 °. Наведений кут тертя
Найменша сила затягування визначається за рівнянням
f0 - коефіцієнт тертя між деталями; його можна прийняти 0, 15 ... 0,2 при шорсткості поверхонь Ra = 2,5 зі слідами мастила;
i - число стиків (поверхонь тертя).
Зіставляючи рівняння (1) і (2), отримаємо
Де - постійна величина для заданих умов досвіду. Таким чином, Fr = f (Tзав) є лінійною залежністю.
На величину моменту загвинчування Tзав істотний вплив роблять коефіцієнти тертя в різьбі і на торці гайки. Ці коефіцієнти залежать від матеріалу, що труться і їх шорсткості, наявності мастила і забруднень і т.д. Тому теоретічес-кое значення Tзав не завжди відповідає його дійсній величині, яка визначається експериментальним шляхом.
У практиці знання величини Tзав часто необхідно, наприклад, для проектування та налаштування динамометричних ключів.
Для запобігання залишкових деформацій, які можуть виникнути в стрижні болта, необхідно обмежити силу затяжки. Ця сила визначається виходячи з умови міцності стрижня болта на одночасне розтягнення і скручування за рівнянням
Для болта, виготовленого зі сталі Ст 3, приймаємо = 220 МПа, коефіцієнт безпеки n = 2 і 1,3 - коефіцієнт, що враховує скручування тіла болта.
Тоді напруга, що допускається
Для болта М16 d3 = 14,160 мм (див. Табл. 1):
Цьому значенню [Fзат] відповідає максимально допустимий момент загвинчування, який визначається за рівнянням (1).
Експериментальне значення сили Fr може бути визначено за рівнянням
де - тарувальний коефіцієнт, що отримується при деформації пружини на силовимірювальне машині;
n - число поділок індикатора динамометра.
3. Основні правила з техніки безпеки
- Затягувати гайку болта досліджуваного з'єднання слід плавно, без ривків.
- п ри затягуванні болта утримувати пристосування з випробуваним з'єднанням від ковзання по столу.
- Ризику на повзунові не повинна виходити за межі нижньої ризики на пластині.
4. Опис установки
Для дослідження болтового з'єднання застосовуються випробувальна машина ДМ 30 М (рис. 2) і пристосування ДМ 23 М з болтовим з'єднанням, встановленим на столі машини.
Машина має механізм інсталяційного (прискореного) зближення наконечника 1. закріпленого на динамометричному кільці 3. з упором 8. закріпленим в колодці пристосування ДМ 23 М. Механізм складається з маховика 6, гвинтової пари 4. змонтують-ванною в поперечині 5. і штока 7. з яким динамо-метр з'єднаний за допомогою захоплення і болта.
Навантаження болтового з'єднання здійснюється за допомогою черв'ячного редуктора 10 і вантажного гвинта 11 поворотом маховика 12. Пристосування ДМ 23 М складається з підстави, двох щік 13. болта з гайкою 15. повзуна 14 і упора 8.
Мал. 2. Випробувальна машина ДМ30М: 1 - наконечник; 2 - індикатор; 3 - кільце динамометричних; 4 - гвинтова пара; 5 - поперечина; 6 - маховик прискореного зближення; 7 - шток; 8 - упор пристосування;
9 - стіл рухливий; 10 - редуктор черв'ячний; 11 - гвинт вантажний; 12 - маховик нагружателя; 13 - щоки;
14 - колодка (повзун); 15 - болт стягнутий з гайкою
У початковому положенні повзун встановлюється так, щоб його ризику співпадала з верхньої рискою пластини. Опускання повзуна нижче нижньої ризики на пластині неприпустимо, так як при цьому вибирається зазор # 8710; і болт буде працювати на зріз.
Для загвинчування гайки застосовується динамометричний ключ з граничним моментом Тзав = 100 Нм.
5. Методика проведення випробувань і обробка результатів
1. п про вказівкою викладача підібрати болт для випробуваного з'єднання.
2. Виміряти зовнішній діаметр болта. Результат вимірювання злагоди-пхати з ГОСТ 24705-81 і записати в табл. 4 звіту.
3. Виміряти зовнішній діаметр опорного торця гайки D1 і діаметр отвору під болт d0. Результати вимірювань занести в табл. 4 звіту.
4. Записати в табл. 4 звіту вихідні дані для теоретичного визначення сили зсуву Fr.
5. п про формулу (3) обчислити значення сили Fr при Тзав = 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80 H м. Результати розрахунків занести в табл.2 звіту.
6. За отриманими даними побудувати графік залежності.
7. Зібрати пристосування ДМ 23 М. встановивши болт раніше прийнято го розміру.
8. Затягнути гайку болта динамометричним ключем. Момент затяжки Тзав = 20 Нм. Рукоятку ключа повертати плавно і безперервно до свідчення на шкалі прийнятого моменту затягування.
9. в рощення маховика 6 (див. Рис. 2) вибрати інсталяційний зазор.
10. Навантажити з'єднання. З цією метою маховик 12 (див. Рис.2) обертати доти, поки стрілка індикатора не зупиниться, а потім швидко переміститься в зворотному напрямку.
У цей момент сила зсуву Fr і сили тертя в стиках врівноважуються, відбувається розкриття стику і з'єднання не сприймає навантаження, що перевищує силу тертя спокою. Показання індикатора, відповідні Tзав = 20 Нм. занести в табл. 3 звіту.
11. Без зняття попередньої затяжки повторити дії, зазначені в пп. 8, 9 і 10, але при Tзав = 30; 40; 50; 60; 70; 80 Нм.
Результати досвіду занести в табл.3 звіту.
12. п про формулу (5) обчислити значення Fr.
Результати обчислень занести в табл. 3 звіту.
13. За отриманими даними побудувати графік залежності.
6.1 Титульний лист.
6.3 Схема навантаження з'єднання
Таблиця 2. Результати розрахунку сили Fr за формулою (3)
7. Питання для самоконтролю
1. Обгрунтуйте мета проведення лабораторної роботи.
4. Як у випробуваному з'єднанні встановлений болт і як навантажено з'єднання?
5. Які напруги виникають в стержні болта? Запишіть умову міцності болта.
6. Як визначається розрахункова сила зсуву?
7. Визначте допустимий момент загвинчування?
8. Дайте визначення понять: ² ненапряженное різьбове з'єднання ². ² напружене різьбове з'єднання ².
9. Які стандартні різьблення застосовують у вітчизняному машинобудуванні?
10. Запишіть умову самоторможения в різьбі.
11. Яке значення умова самоторможения має для кріпильних різьб.
12. Вкажіть які напруги виникають в стержні затягнутого болта, поставленого в отвір з зазором.
13. Як затягнути болт до потрібного значення моменту загвинчування?
14. Як визначити експериментальну величину сили зсуву?
15. Як впливає шорсткість поверхні на силу зсуву?
16. Вкажіть відмінності в розрахунках напруженого нарізного сполучення від ненапряженного.
17. Назвіть основні геометричні параметри метричної різьби.
18. Обгрунтуйте вплив коефіцієнта тертя в стику f0. на величину зсуву сили.
19. Обгрунтуйте вплив коефіцієнта тертя на торці гайки fT на величину зсуву сили.
20. Обгрунтуйте вплив коефіцієнта тертя в різьбі fP на величину зсуву сили.
21. Від чого залежить коефіцієнт тертя в різьбі fP.
22. Від чого залежить коефіцієнт тертя на торці гайки fT.
23. Поясніть як в лабораторній роботі визначали експериментальне значення зрушує сили F '.
24. Користуючись графіками, визначте значення сил F 'і F при моменти затягування T3 = 70 Нм; T3 = 90 Нм; T3 = 110 Нм. Порівняйте дані.
25. Чому для кріпильних виробів (болтів, гвинтів) застосовуються різьблення з трикутним профілем?
26. Як проводиться розрахунок болтів, навантажених силою затяжки і обертовим моментом затяжки?
27. Як виражається умова нерозкриття стику з'єднання, навантаженого поперечними силами (болти поставлені з зазором)?
28. Яка залежність між осьовою силою на гвинті і силою, момент якої скручує гвинт?
29. Яке умова самоторможения гвинтових пар?
30. Чим можна пояснити можливу невідповідність розрахункової сили з певної експериментально?
31. За рахунок чого можна при одній і тій же затягуванні болта збільшити силу зсуву?
32. Як впливають коефіцієнти тертя f0, fp, fT на величину розрахункової сили зсуву?
33. Яка залежність сили на ключі і моменту загвинчування?
34. Як визначити допустиме напруження для болта?
35. 0пределіте момент тертя в різьбі.
36. Які фактори впливають на величину моменту загвинчування?
37. Чому навіть в ідеальному випадку експериментальна залежність сили зсуву від моменту загвинчування відрізнялася б від розрахункової?
38. Які конструктивні і технологічні рішення можете предло жити, щоб при одній і тій же силі затяжки збільшити силу зсуву?
Таблиця 5. Розміри метричної різьби (по ГОСТ 9150-81) і опорної поверхні гайки, м