Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Детали машин. Лабораторный практикум.pdf
41
Установка (рисунок 2) смонтирована стационарно на стене. Основанием
установки является станина 1, выполненная из швеллера.
К верхней части станины крепится кронштейн с подшипниковым узлом, в
котором установлен электродвигатель 2 с редуктором 3. Корпус электродвигателя жестко связан с корпусом редуктора, хвостовик которого в виде трубки
является валом по отношению к шарикоподшипникам кронштейна. Через трубку в подшипниках скольжения выходит приводной вал 4 от редуктора к винту
5 исследуемой винтовой пары. Таким образом, в процессе работы вращается
винт, а гайка 6 лишь поступательно перемещается вверх-вниз. От поворота
гайку предохраняет ползун 7 в виде радиального стержня, перемещающийся
вдоль глухого паза станины.
Для уменьшения трения ползун контактирует с гранями паза через шарикоподшипник 8. Жестко связанная система – корпус двигателя (статор) – корпус редуктора и его хвостовик – не закреплена на станине, а может свободно
вращаться в шарикоподшипниках верхнего кронштейна. При работе установки
(при вращении винта) статор двигателя увлекается в направлении вращения ротора, жесткий рычаг 9, укрепленный на крышке редуктора с точечными упорами, деформирует пластинчатую пружину 10. Индикатор часового типа 11,
имея силовое замыкание с пружиной, показывает величину прогиба пружины
от воздействия реактивного момента.
Осевая нагрузка на гайку испытуемой винтовой пары, осуществляется
подвешиванием гирь 12. Приспособление для их крепления съемное, состоит
из двух тяг 13 с траверсой 14, перемещающихся вверх- вниз с гайкой во время
работы установки.
Управление установкой автоматизировано: рабочий цикл – ход гайки
вверх, реверсирование двигателя, ход гайки вниз, выключение двигателя по
достижении исходного положения, совершается начальным нажатием кнопки
15 при подключении, с помощью тумблера 16, электропитания. Кнопка и
тумблер размещены на специальном щитке вверху справа.
Следует обратить внимание, что при монтаже гаек на трехзаходный винт
нужно совмещать метки на гайке и витке резьбы винта.
4 Методика проведения исследований и обработка результатов
4.1 Составить схему установки. Записать исходные данные: шаг резьбы,
вид резьбы, материал винта и гаек.
4.2 Вставить в установку винт № 1 с гайкой, закрепив верхнюю отодвигающуюся муфту зажимным винтом. Гайку опустить в нижнее положение и к
ней подвесить груз 80 Н (вес системы рычагов для подвеса грузов – 30 Н и добавочный груз – 50 Н). Тумблером 16 включить установку.
4.3 За время движения гайки вверх три раза снять отсчеты по шкале индикатора 11 и занести результаты испытаний в таблицу 2.
42
Рисунок 2- Принципиальная схема установки ТММ-33М
П
π
⋅
=
ПКТ
⋅
=
(
=
η
43
Таблица 2 – Результаты испытаний
Осевая
нагрузка F, Н
Показания индикатора, мм
П
П2 П3 П
1
Вращающий
момент
на валу
электродвигателя Т,
Н
⋅
мм
Работа
движущих сил
,
A
дс
Н
⋅
мм
Работа
сил полезного
сопротивления ,
A
пс
Н
⋅
мм
КПД
экспериментальный
η
0
КПД
расчетный
η
р
4.4 Заменить гайку на гайку из другого материала и провести те же испытания.
4.5 Заменить винт № 1 на винт № 2 и провести все испытания.
4.6 Заменить винт № 2 на винт № 3 и провести все испытания.
4.7 Вычислить средние отсчеты отклонения стрелки индикатора (прогиб
пластинчатой пружины
) для всех винтов и различных гаек.
4.8 Вычислить экспериментальный КПД для разных винтов, материалов
гаек и различных осевых нагрузок
η
0
, (10)
А
дс
А
пс
=
в этом случае удобнее вычислить по вращающему моменту на валу
электродвигателя
Т
А
дс
. (11)
2
ТА
дс
Вращающий момент на валу электродвигателя пропорционален прогибу
плоской пружины
,
здесь К – коэффициент пропорциональности (тарировочный),
К = 3,33
Н⋅ мм/дел.
Коэффициент получен тарировкой пластинчатой пружины.
)
4.9 Построить графики зависимости
0
.
Ff
4.10 По аналитическим формулам рассчитать КПД для профиля резьбы и
сочетаний материалов, применяющихся в работе.
ψ
ψ
4.10.1 Для винта с прямоугольной резьбой КПД определяется по формуле:
4.10.2 Для винта с углом профиля резьбы, отличного от нуля, КПД вычисляется по формуле:
4.11 Сделать заключение о проделанной работе.
5 Содержание и оформление отчета
5.1 Титульный лист.
5.2 Цель работы.
5.3 Кинематическая схема установки ТММ-33М.
5.4 Результаты испытаний – таблица 2.
5.5 Выводы по лабораторной работе.
6 Вопросы для самоконтроля
1. Назначение и область применения передачи винт – гайка.
2. Достоинства и недостатки передачи винт – гайка.
3. Нарисуйте схему сил в винтовой паре.
4. От чего зависит момент завинчивания?
5. Как определяется момент сил сопротивления в резьбе?
6. Для каких профилей резьбы определяется приведенный угол трения?
7. От чего зависит самоторможение в винтовой паре?
8. Чему равен КПД пары винт – гайка?
9. Расскажите устройство установки ТММ-33М.
10. Порядок проведения испытаний.
11. Каким образом определяется вращающий момент на валу электро-
двигателя?
12. Как определяется работа сил полезного сопротивления ?
13 Как определяется работа движущих сил ?
η
η
44
tg
=
р
()
tg
. (12)
ϕψ
+
tg
=
р
()
tg
. (13)
′
ϕψ
+
A
пс
A
дс
τ
⋅
45
Лабораторная работа 4
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО БОЛТОВОГО
СОЕДИНЕНИЯ, НАГРУЖЕННОГО СДВИГАЮЩЕЙ СИЛОЙ
1 Цель работы
•
Определение экспериментальной зависимости сдвигающей силы от
момента затяжки болта в напряженном болтовом соединении.
•
Исследование зависимости сдвигающей силы от момента затяжки бол-
та, от его типоразмеров (диаметра и шага резьбы), от величины коэффициентов трения: в резьбе, на торце гайки, в стыке.
Анализ экспериментальных данных и теоретических расчетов.
•
2 Теоретические положения
В зависимости от назначения и условий сборки резьбовые соединения
бывают ненапряженными, незатянутыми в процессе сборки, и напряженными,
загруженными осевым усилием от затяжки до приложения внешней нагрузки.
Затянутый болт помимо растяжения испытывает кручение. Прочность
болта определяют по эквивалентным напряжениям по одной из теорий прочности:
22
экв
4
где σ – напряжение растяжения от усилия затяжки ;
– напряжение кручения от момента сил трения в резьбе .
4dF
π
З
, (2)
2
⋅
1
σ
=
– внутренний диаметр резьбы.
d
1
Т
Р
τ
=
, (3)
W
P
– полярный момент сопротивления сечения.
W
P
, (1)
τσσ
⋅−=
F
3
T
P
⋅
σ
σ
⋅
≈
F
+
=
(
+⋅⋅⋅=
. (4)
W
46
16dT
π
P
3
⋅
1
=
P
Для стандартных резьб принимают
экв
, (5)
3,1
т.е. влияние касательных напряжений, вызванных моментом , учиты-
T
P
вают повышением осевой нагрузки на 30 %.
Для соединений, нагруженных сдвигающей силой (действующей парал-
лельно плоскости стыка), силы трения между плоскостями, которые образуются
от усилия затяжки , должны быть больше сдвигающей силы
F
3
(рисунок 1).
При завинчивании гайки затрачиваемая работа расходуется на преодоле-
ние момента сил трения на торце гайки и соединяемой деталью и на преодоление момента сил трения в резьбе.
T
P
T
T
сти
Рисунок 1 – Резьбовое соединение
Момент завинчивания
. (6)
ТТТ
РТЗ
Момент сил трения на торце гайки определяют по упрощенной зависимо-
)
25,0 dDfFТ
ТТ
, (7)
01
(
≈
S
ϕ
ψ
′+⋅⋅=
ψ
р
ϕ
/
α
/
ϕ
ψ
⋅
F
47
где – коэффициент трения скольжения на торце гайки;
– наружный диаметр опорного торца гайки; ;
D
f
T
1
– размер под ключ;
– диаметр отверстия под болт (см. рисунок 1).
d
0
Момент сил трения в резьбе равен
где – средний диаметр резьбы;
d
2
– угол подъема винтовой линии;
, (9)
– шаг резьбы;
′
– приведенный угол трения в резьбе;
, (10)
– коэффициент трения в резьбе;
f
P
= 600 – угол профиля метрической резьбы.
Величину называют приведенным коэффициентом
трения в резьбе.
Если
≤
1
, (8)
tgdFТ
2
ЗР
)(5,0
95,0...90,0
р
ψ
tg
=
d
π
⋅
2
f
cos
α
P
f
np
2
′
ϕ
tg ==
cos
′
ϕ
tg ==
f
P
α
f
np
2
, то условие самоторможения в резьбе соблюдается.
)
SD ⋅
Условие отсутствия сдвига деталей
, (11)
FfF
З
>
0
– коэффициент трения в стыке деталей.
f
0
В общем виде
F
F
>
З
, (12)
if
⋅
0
i
– число стыков или плоскостей сдвига.
С учетом этих зависимостей предельное значение внешней нагрузки ,
при которой происходит сдвиг деталей, определяется по формуле
⋅
⋅
+
′
F
⋅
=
′
=
, (13)
F
5,0
48
fiT
З
()
2
0
′
+⋅[⋅
ϕψ
]⋅+
fDtgd
Tср
dD
D
cp
= . где
01
2
3 Описание объекта исследования, приборов и инструментов
Для проведения лабораторной работы используются: установка ДМ-30М
(рисунок 2); приспособление, состоящее из трех пластин стянутых болтом
(рисунок 1); комплект болтов: М12х1; М12х1,5; М12х1,75; М16х1; М16х1,5;
М16х2; М20х1; М20х1,5; М20х2; М20х2,5; динамометрический ключ; набор головок для ключа; индикатор часового типа с ценой деления 0,02 мм; штангенциркуль, наждачная бумага.
Лабораторная установка (рисунок 2) состоит из корпуса 1, в котором
установлен червячно-винтовой механизм, обеспечивающий плавное опускание
(или подъем) стола 2. Внешние пластины 3 приспособления соединены со
столом 2. Средняя пластина 4 крепится между пластинами 5, которые соединены через динамометрическое кольцо 6 с ползуном 7. На перекладине 8 находится винтовой механизм 9 установочного перемещения. Перемещение ползуна 7 осуществляется маховиком 10 . Пластины 3 и 4 сжимаются болтом
11 , установленным в отверстие с зазором и гайкой 12. Затяжка гайки производится динамометрическим ключом. Нагружение соединения осуществляется
зубчато-винтовым механизмом, который опускает стол 2 при помощи маховика 13.
Определение внешней нагрузки (сдвигающей силы) производится путем
замера деформации динамометрического кольца 6 индикатором часового типа
14. Экспериментальное значение сдвигающей силы F
определяется по фор-
муле:
, (14)
ck
где = 3,2⋅10
4
Н/мм – тарировочный коэффициент; k
c – величина деформации, мм (показания индикатора).
В тот момент, когда величина внешней нагрузки станет равной величине
силы трения покоя между пластинами, произойдет их сдвиг, что вызовет скачок
стрелки индикатора или ее остановку при дальнейшем опускании стола.
49
Рисунок 2 – Установки ДМ-30М
(
=
′
(
=
50
4 Методика проведения исследований и обработка результатов
4.1 Совместить отверстия в пластинах 3 и 4, вставить исследуемый
болт, завернуть гайку от руки, фиксируя головку болта от проворачивания (рисунок
2).
Затянуть гайку болта динамометрическим ключом до намеченной ве-
4.2
личины момента затяжки
4.3
Выбрать все зазоры в соединениях установки, вращая маховик 10 ,
= 60 Н⋅ м.
T
3
индикатор 14 установить на ноль.
4.4 Вращая маховик 13, нагрузить болтовое соединение сдвигающей си-
лой. С ростом сдвигающей силы растут показания индикатора, измеряющего
деформацию динамометрического кольца. В момент сдвига пластин относительно друг друга, произойдет скачок стрелки индикатора или ее остановка.
Это наибольшее показание индикатора занести в таблицу 1.
4.5 Снять полностью затяжку болтового соединения, разобрать его, обработать поверхность пластин наждачной бумагой. Собрать соединение, установить индикатор на ноль и повторить эксперимент еще дважды.
4.6 Данные эксперимента занести в таблицу 1. Провести аналогичные
испытания для моментов затяжки болта:
⋅
= 80 Н
T
3
м; 100 Н⋅ м; 120 Н⋅ м.
4.7 Определить среднее показание индикатора по трем замерам и опреде-
лить по формуле 14 экспериментальное значение внешней сдвигающей силы
′
F
.
4.8 Определить теоретическое значение внешней сдвигающей силы по
формуле 13.
4.9 Значение коэффициентов трения принять равными:
= 0,15… 0,25; = 0,2… 0,22; = 0,3… 0,4.
f
0
f
T
f
P
4.10 Каждой подгруппе провести исследования с разными типоразмерами болтов. Данные измерений использовать всем подгруппам для анализа
4.11 Заполнить таблицу 1. Геометрические параметры резьбового соеди-
нения приведены в таблице 2.
4.12 На одном рисунке для всех испытываемых болтов построить графи-
ки зависимостей:
)
;
TfF
З
)
.
TfF
З
Использовать разные цвета (или символы) для построения графиков.
Сделать выводы по лабораторной работе.