Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Детали машин. Лабораторный практикум.pdf
Н
Н
′
F
′
F
′
F
Мо-
мент
затяж-
ки Т
Н⋅м
60
80
100
120
Таблица 1 – Результаты исследования болтового соединения
Типоразмер болтов
Показание
,
З
индикатора , мм
1 2 3 сред-
с
нее
Силы, Н Показание
1 2 3 сре-
F
синдикатора , мм
днее
Силы,
F
1 2 3 сре-
Показание
индикатора , мм
с
днее
Силы,
F
51
=
52
Таблица 2 – Геометрические параметры резьбового соединения
Диаметры резьбы
внутренний наружный средний
d
, мм d1, мм d, мм
2
20 19,350 18,918 1
20 19,026 18,376 1,5
20 18,701 17,835 2 30 22
20 18,376 17,294 2,5
16 15,350 14,918 1
Шаг резь-
бы,
Р, мм
Размер
под ключ,
, мм
S
1
Диаметр
сквозного
отверстия,
d
, мм
0
16 15,026 14,376 1,5 30 22
16 14,701 13,835 2
12 11,350 10,918 1
12 11,026 10,376 1,5 30 22
12 10,863 10,106 1,75
5 Содержание и оформление отчета
5.1 Титульный лист.
5.2 Цель работы.
5.3 Схема установки.
5.4 Результаты исследований: таблица 1, графики зависимостей:
′
()
;
TfF =
З
()
.
TfF
З
5.5 Выводы по лабораторной работе.
′
F
6 Вопросы для самоконтроля
1. Обоснуйте цель проведения лабораторной работы.
2. Расскажите о порядке проведения эксперимента.
3. Расскажите о принципе действия лабораторной установки.
4. Дайте определение понятий: ″ненапряженное резьбовое соединение″,
″напряженное резьбовое соединение″.
5. Какие стандартные резьбы применяют в отечественном машинострое-
нии?
6. Запишите условие самоторможения в резьбе.
7. Какое значение имеет условие самоторможения для крепежных резьб?
8. Назовите какие напряжения возникают в стержне затянутого болта,
поставленного в отверстие с зазором.
9. Укажите различия в расчетах напряженного резьбового соединения от
ненапряженного.
10. Назовите основные геометрические параметры метрической резьбы.
11. Обоснуйте влияние коэффициента трения в стыке , на величину
сдвигающей силы.
12. Обоснуйте влияние коэффициента трения на торце гайки на ве-
личину сдвигающей силы.
13. Обоснуйте влияние коэффициента трения в резьбе на величину
сдвигающей силы.
14. От чего зависит коэффициент трения в резьбе ?
15. От чего зависит коэффициент трения на торце гайки ?
16. Объясните, как в лабораторной работе определяли эксперименталь-
ное значение сдвигающей силы .
F
17. Пользуясь графиками, определите значение сил и F
53
f
0
f
T
f
P
f
P
f
T
′
при мо-
ментах затяжки = 70 Н⋅м; = 90 Н⋅м; = 110 Н⋅м. Сравните данные.
T
3
T
3
T
3
F
F
F
χ
F
⋅
χ
λ
54
Лабораторная работа 5
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО БОЛТОВОГО
СОЕДИНЕНИЯ, НАГРУЖЕННОГО ОСЕВОЙ СИЛОЙ
1 Цель работы
• Ознакомление с методами теоретического и экспериментального ис-
следования напряженного болтового соединения, нагруженного осевой силой, раскрывающей стык.
• Определение влияния коэффициента податливости деталей соедине-
ния на величину предельной нагрузки и коэффициента внешней нагрузки.
2 Теоретические положения
В зависимости от назначения и условий сборки резьбовые соединения
бывают ненапряженными (не затянутыми в процессе сборки) и напряженными,
загруженными осевой нагрузкой в процессе сборки от предварительной затяжки до приложения внешней нагрузки.
Болты напряженных резьбовых соединений требуют предварительной затяжки, которая обеспечивает плотность соединения или нераскрытие стыка под
нагрузкой.
На рисунке 1 показано напряженное резьбовое соединение. Детали стыка
(фланец) закреплены болтами, загруженными усилием предварительной затяжки . При этом детали стыка сжались, а болты растянулись. После приложе-
F
3
ния внешней нагрузки (здесь
один болт) в направлении, указанном на рисунке 1) уменьшается деформация
сжатия прокладки и фланцев и увеличивается деформация болтов. Только часть
внешней нагрузки
. Отношение
F
вн
прибавляется к усилию затяжки болта. Обозначим ее
F
вн
=
0>F – внешняя нагрузка, приходящаяся на
χ
называют коэффициентом внешней нагрузки. Коэф-
фициент внешней нагрузки
от силы
стыка –
. Дополнительная нагрузка болта равна F
(
)
Fx ⋅−1.
учитывает приращение нагрузки болта в долях
, а уменьшение сжатия
Коэффициент внешней нагрузки – ,χ учитывающий приращение на-
грузки болта и уменьшение затяжки стыка, определяется по формуле:
=
(1)
χ
д
λλ
+
дб
1
=
λ
λ
,
б
1
+
д
λ
λ
λλλ
λ
++=
λ
δδδ
+
δδδ
E
Е
λ
55
где – коэффициент податливости болта и гайки;
б
– коэффициент податливости деталей стыка.
д
Отношение величины деформации к вызванному ее усилию называют коэффициентом податливости.
При постоянном сечении болта и однородных деталях:
(2) ,
Гбб
δ
21
где – коэффициент податливости болта на длине
(рисунок 1), – толщина каждой детали стыка;
б
1
,,
321
l
б
+=
321
l
, (3)
λ
б
1
б
=
АЕ ⋅
б
– модуль упругости материала болта и гайки; где
– площадь сечения болта, по внутреннему диаметру резьбы ;
A
б
d
1
1
– коэффициент податливости болта и гайки на
λ
длине, равной высоте гайки .
()
Г
⋅≈
80,0...95,0
d
⋅
H
Г
– наружный диаметр резьбы; d
– коэффициент податливости головки болта на длине равной высоте
б
2
головки болта .
Н
б
15,0
≈
λ
б
2
Рисунок 1 – Болтовое соединение
.
НЕ ⋅
б
λ
D
S
δ
δ
δ
ЕЕЕ
Е
Е
(
)
56
Рисунок 2 – Схема соединения для определения
коэффициента податливости
При определении коэффициента податливости деталей стыка
(флан-
д
цев) используют гипотезу, в соответствии с которой предполагают, что сумма
п
∑
1
λ
⎞
⎟
д
⎟
⎠
⎛
деформаций деталей системы фланцев равна коэффициенту податли-
⎜
⎜
⎝
вости деталей, имеющих форму двух усеченных конусов при соединении болтом (рисунок 2).
Размер
()
равен наружному диаметру опорного торца гайки;
– размер под ключ.
;95,0...90,0 SD ≈
λ
1
=
д
д
1
+
⋅
д
2
+
АЕАЕ
⋅
д
2
д
3
, (4)
АЕ
⋅
дд
3
где – модуль упругости материалов деталей стыка, МПа
сталь –
= 1,4⋅10
= 2,1⋅105; паронит – = 0,03⋅105; алюминий – = 0,71⋅105; медь –
5
; резина –
А – расчетная площадь только той части деталей стыка, которая участ-
д
,,
ЕЕE
ддд
321
= 0,4⋅10
⎛
-4
⎜
⎜
⎝
⎞
В
+
δ
3
5
⎟
⎟
(см. рисунок 1).
101 ⋅
⎠
вует в деформации от гайки до головки болта. В простейшем случае (см. рисунок 2)
2
dD
−⋅
0
, (5)
4
А
π
=
д
2
1
(
δ
δ
+
(
⋅
−
χ
⋅
ψ
ψ
р
ϕ
α
+
, (6)
1
57
)
+= DD
21
4
где – диаметр отверстия под болт, мм.
d
0
Условие нераскрытия стыка
)
. (7)
≥
1
З
FF
Усилие затяжки – от момента затяжки (Н⋅м) определяется по
формуле
где – средний диаметр резьбы, мм;
′
f = 0,3… 0,4 – коэффициент трения в резьбе;
p
(Н)
F
3
Т
1000
F
=
З
d
2
[
5,0
З
()
+⋅⋅
2
ϕψ
– угол подъема винтовой линии,
р
arctg
=
d
π
⋅
2
– шаг резьбы, мм;
– приведенный угол трения в резьбе,
f
ϕ
′
arctg=
cos
P
α
T
3
, (8)
′
]
fDtgd
⋅+
Тср
; (9)
, (10)
2
= 600 – угол профиля метрической резьбы;
D – средний диаметр опорной поверхности гайки,
cp
dD
=
, (11)
D
cp
0
2
– коэффициент трения на торце гайки.
f
T
22,0...2,0=
δ
δ
58
Рисунок 3 – Приспособление для испытания
3 Описание объекта исследования, приборов и инструментов
Для проведения лабораторной работы используются: установка ДМ-30М;
приспособление для испытания напряженного болтового соединения, нагруженного осевой силой; набор прокладок разной толщины
2; 3; паронит:
= 1; 2; 3; медь: δ = 1; 2; 3; алюминий: δ = 1; 2; 3; насос авто-
, мм; резина: δ = 1;
мобильный; динамометрический ключ; набор головок для ключа; индикатор
часового типа.
Приспособление для испытания (рисунок 3) состоит из цилиндра 1 с
крышкой 2 и сменных прокладок 3, которые стягиваются болтами 6 и гай-
F
′
⋅
=
′
z
′
z
′
59
ками 7. Давление воздуха в цилиндре создается насосом через цилиндр 4 и
определяется с помощью манометра 5.
Наличие сменных прокладок 3 позволяет изучить влияние коэффициента податливости деталей стыка (фланцев) на величину предельной нагрузки
при которой происходит его раскрытие.
Экспериментальное значение предельной (внешней) нагрузки опре-
F
′
деляется на установке ДМ-30М, принцип действия которой изложен в лабораторной работе 4 (рисунок 2). Вращая маховик, посредством червячновинтового механизма происходит опускание стола и нагружение болтового соединения в приспособлении (рисунок 3).
Экспериментально величина внешней нагрузки
определяется с по-
F
мощью индикатора часового типа 8, который фиксирует деформацию динамометрического кольца 9
(11)
,ckF
где = 3,2⋅10
4
Н/мм – тарировочный коэффициент; k
– величина деформации, мм (показания индикатора). c
F
=
F
1
, Усилие на один болт
,
где - число болтов.
4 Методика проведения исследований и обработка результатов
4.1 Собрать приспособление (рисунок 3) и соединение затянуть болтами
с гайками, приняв момент затяжки
= 1… 2 Н⋅ м.
T
3
4.2 В цилиндр 1 через штуцер 4 насосом подать воздух, величину дав-
ления (0,2… 0,6 МПа) которого зафиксировать манометром 5.
4.3 Закрепить приспособление на установке ДМ-30М.
4.4 С помощью маховика 10 (рисунок 1 в лабораторной работе 4) вы-
брать зазоры в соединениях и индикатор установить на ноль.
4.5 Вращая маховик 13, нагрузить болтовое соединение. При нарушении
герметичности, т.е. в момент раскрытия стыка, давление в цилиндре начнет падать. Одновременно с этим зафиксировать показание индикатора и его величину занести в таблицу 1.
4.6 Снять полностью затяжку болтов и эксперимент повторить еще два-
жды с тем же моментом
T
3
4.7 По трем показаниям индикатора определить среднее значение вели-
чины деформации , мм. с
4.8 Определить экспериментальное значение внешней нагрузки по
формуле 11 и нагрузку на один болт .
F
1
F
′
F
М
χ
Н
м
χ
F
F
60
Таблица 1 – Результаты испытаний напряженного болтового соединения
Матери- Сила
толщина
тяжки,
Резина:
1 мм
2 мм
3 мм
Паронит:
1 мм
2 мм
3 мм
Алюминий:
1 мм
2 мм
3 мм
Момент ал прок- предва-
чивания,
Т ,
3
Внешняя нагрузка
показание
индикатора с, мм
1 2 3 сре-
⋅
днее
F
F
1
Модуль
упру- ладки и
гости, ной за-
,
Е
д
ритель- завин
Па
Коэффициент
внешней нагрузки,
HF ,
3
4.9 Испытания повторить для соединения с прокладками из разных мате-
риалов. Результаты измерений занести в таблицу 1.
4.10 Определить теоретическое значение коэффициента внешней нагруз-
ки
, используя формулу 1.
4.11 Используя зависимости 7 и 8 определить усилие затяжки , зная
момент
и величину внешней предельной нагрузки
T
3
ется герметичность из расчета на один болт:
≤
F
4.12 Проанализировать экспериментальное значение внешней нагрузки
и предельной нагрузки
F
1
.
4.13 Сделать выводы по работе.
5 Содержание и оформление отчета
5.1 Титульный лист.
5.2 Цель работы.
5.3 Схема приспособления (рисунок 3).
F
χ
F
3
, при которой наруша-
З
.
z
⋅−
)1(