lab_det3
.pdf
Рис. 1.6 Схема обозначения болтов, винтов, шпилек и гаек
Примеры условных обозначений гаек:
1.Гайка исполнения 1, с диаметром резьбы d – 16 мм, с крупным шагом резьбы с полем допуска 6Н, класса прочности 5, без покрытия:
Гайка М16 – 6Н.5 ГОСТ 5915—70.
2.То же исполнения 2, с мелким шагом резьбы с полем допуска 6Н, класса прочности 12, из стали марки 40Х, с покрытием 01 толщиной 9 мкм:
Гайка 2М16 ×1,5– 6Н.12.40Х.019 ГОСТ 5915—70.
Условные обозначения классов прочности 8.8 и выше и гаек классов прочности 05 и выше вместо указания о применении спокойной стали обозначают марку применяемой стали.
2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Установка для испытания болтового соединения, работающего на сдвиг (см. рис. 2.1), состоит из двух основных узлов:
1)ручного винтового пресса с динамометрическим устройством для измерения предельной сдвигающей силы Fпр;
2)исследуемого соединения с набором пластин и втулок, изготовленных из различных материалов.
Ползун 2 винтового пресса, приводимый в движение вручную маховиком 1, связан с силоизмерительным устройством, состоящем из динамометрического кольца 3 и индикатора 4 часового типа. Под действием пресса динамометрическое кольцо упруго деформируется, изменяя свой диаметральный размер, а стрелка индикатора 4 отклоняется на величину, пропорциональную внешней сдвигающей силе F.
11
Внешняя сила передается от ползуна 2 через кольцо 3 и упор 5 на колодку 10, внутри которой в сквозном отверстии находятся две сменные втулки 7 из исследуемых материалов. Две сопряженные с втулками неподвижные пластины 6 установлены вверху вертикальных стоек 11 и фиксируются на них скобами 17 с винтами 18. Внизу вертикальные стойки соединены осью 12 с основанием пресса 13. Пластины 6 и втулки 7, образующие исследуемое болтовое соединение, стягиваются болтом 8 с гайкой 9. Диаметры отверстий во втулках 7 и пластинах 6 значительно больше диаметра болта 8, что обеспечивает необходимый зазор в соединении и позволяет колодке 10 перемещаться под действием сдвигающей силы относительно пластин 6. Болт 8 вставляется во втулку 16 с буртиком для стопорения от проворачивания, а гайка 9 опираются на направляющую втулку 15 с внутренним диаметром d0.
В комплект экспериментальной установки входят динамометрический ключ 14 для контроля момента завинчивания гайки 9, и набор пластин 6 и втулок 7, изготовленных из различных материалов (сталь, чугун, бронза, алюминиевый сплав).
3.ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
3.1.Перед установкой болта в соединение убедиться в надежности крепления пластин в вертикальных стойках, при необходимости затянуть болты крепления на фиксирующих пластины скобах.
3.2.При затяжке использовать только исправный динамометрический ключ соответствующего размера гайки.
3.3.Беречь динамометрический ключ от ударов, не оставлять его на затянутой гайке во избежание травмирования при падении ключа.
3.4.Не превышать предельной силы сдвига во избежание поломки динамометрического кольца.
4.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
4.1.Изучить правила техники безопасности (см. п. 3)
4.2.По указанию преподавателя выбрать из таблицы приложения П.1 стяжной болт одного из классов прочности, а также необходимые для исследования пары соединяемых деталей: пластин и втулок.
4.3.Измерить штангенциркулем основные геометрические параметры стяжного болта 8, гайки 9, втулки 7; результаты измерений занести в табл.4.1. По результатам измерений с учетом табл. П4 записать в табл. 4.1 условное обозначение болта и гайки, пользуясь примерами на с. 10 и 11.
12
13
17 |
|
18 |
|
16 |
15 |
14
d0 15
δ |
|
|
|
δ |
|
δ1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.2.1. Схема лабораторной установки
4.4. Рассчитать допустимую силу затяжки [Fзат] из условия прочности болта на растяжение с кручением по ф. (1.6) и из условия прочности деталей на смятие по ф. (1.7). В экспериментальной установке (рис. 2.1) площадь АД контакта деталей определяется как площадь опорной поверхности втулки 7:
А |
= |
π |
(D2 |
- D2 |
). |
(4.1) |
|
4 |
|||||||
Д |
|
н |
вн |
|
|
Из полученных двух значений силы затяжки [Fзат] выбрать наименьшее для проведения эксперимента.
4.5. По формулам (1.9) и (1.8) с учетом формул (1.10) и (1.11) рассчитать значение параметра kp и момент завинчивания гайки [Tзав], приняв значения коэффициентов трения в резьбе и на торце гайки для пары трения сталь по стали fp = fT = 0,15…0,20.
kp |
= 0,25[(d + d1)tg(ψ + ϕ ) + f |
т(S + do)] |
[Tзав] = kp[Fзат ] |
|
′ |
|
|
Таблица 4.1 ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДЕТАЛЕЙ БОЛТОВОГО
СОЕДИНЕНИЯ
№ |
Параметр |
Обозначение |
Величина |
п/п |
|
|
|
|
Болт |
|
|
1. |
Номинальный диаметр, мм |
d |
|
2. |
Шаг резьбы, мм |
p |
|
3. |
Размер «под ключ», мм |
S |
|
4. |
Длина болта, мм |
l |
|
5. |
Длина резьбы, мм |
l0 |
|
6. |
Высота головки, мм |
H |
|
7. |
Внутренний диаметр резьбы, мм |
d1=d – 1,082p |
|
8. |
Средний диаметр резьбы, мм |
d2=d – 0,6495p |
|
9. |
Диаметр отверстия, мм (рис. 2.1) |
d0 =d +2 |
|
|
Гайка |
|
|
1. |
Размер «под ключ», мм |
S |
|
2. |
Высота, мм |
m |
|
Условное обозначение болта и гайки по ГОСТ (с. 11) |
|||
Болт …………………………………13.15.ГОСТ………………….. |
|||
Гайка …………………………………13.15.ГОСТ………………….. |
|||
|
Втулка |
|
|
1. |
Наружный диаметр, мм |
Dн |
|
2. |
Внутренний диаметр, мм |
Dвн |
|
Примечание. Вид и толщина покрытия для болта и гайки – 13.15.
4.6. По формуле (1.12) вычислить для различных пар соединяемых деталей предельные сдвигающие силы Fпр, приняв коэффициент запаса за-
14
тяжки k = 1. Значения коэффициента трения fc содержатся в приложении П2.
Рассчитанные в п.п.4.5, 4.6 величины занести в табл. 4.2.
4.7.Собрать соединение, как показано на рис. 2.1, предварительно совместив риску на колодке 10 с верхней риской на правой пластине. Головку болта установить в направляющую втулку 16 с буртиком.
4.8.Определить число делений индикатора ключа для создания мо-
мента завинчивания [Тзав], рассчитанного в п. 4.5. Цена 1 деления в Нмм указана на индикаторе. Динамометрическим ключом завернуть гайку мо-
ментом завинчивания [Тзав] предварительно установив стрелку индикатора этого ключа на нулевое деление.
4.9.Установить на нулевое деление стрелку индикатора 4 динамометрического кольца 3 ручного пресса.
4.10.Вращением маховика 1 пресса плавно нагрузить соединение и
зафиксировать по индикатору 4 силу Fпр, соответствующую началу момента сдвига средней пластины (колодки 10). Цена 1 деления в Н указана на индикаторе.
Внимание. В процессе нагружения необходимо следить за тем, чтобы риска на колодке 10 не вышла за пределы нижней риски на пластине 6.
Впротивном случае, когда зазор в отверстии колодки выберется, болт будет работать на срез и смятие, что недопустимо.
Таблица 4.2 РАСЧЕТНЫЕ И ОПЫТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СДВИГАЮЩИХ СИЛ И КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРЕНИЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СОЧЕТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ СОЕДИНЯЕМЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ [Тзав] =____________Н·мм
Вари- |
Материалы |
Предельная сила сдвига |
Коэффициент |
||||||
ант |
соединяемых |
|
|
Fпр, Н |
трения fc в |
||||
(табл. |
деталей |
|
|
|
|
|
стыке деталей |
||
П1) |
Пла- |
Втул- |
Рас- |
|
|
Опыт |
|
|
|
|
стина |
ка |
чет |
|
|
|
|
Табл. |
Опыт |
|
№1 |
|
№2 |
Средн. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4.11. Эксперимент повторить и определить среднее значение сдвигающей силы Fпр,ср для исследуемых пар сопряженных деталей, а затем найти для этих случаев опытные значения коэффициента трения в стыке fc по формуле
Fпр,срkp . fc = [Tзав ]i
Полученные значения занести в таблицу 4.2.
15
4.12.Разобрать соединение и, заменив в нем исследуемые пары деталей (втулок) другими, повторить эксперимент, соблюдая вышеизложенную последовательность (см. пункты 4.7…4.11).
4.13.После окончания последнего опыта разгрузить пресс и разобрать соединение.
4.14.Произвести проверочный расчет оси 12 экспериментальной установки на срез и смятие по условиям (1.13) и (1.14) при действии на нее наибольшей предельной сдвигающей силы Fпр. Диаметр оси d = 17 мм,
толщина стойки δ2 = 25 мм (см. рис. 2.1). Материал оси – сталь 30 ГОСТ 4543 – 71 (см. таблицу П3).
4.15. На основании полученных результатов сделать выводы:
1)о закономерностях изменения сдвигающей силы в зависимости от сочетания материалов деталей;
2)о выборе условия прочности деталей болтового соединения определяющего его нагрузочную способность;
3)о соответствии расчетных и найденных из опыта значений предельных сдвигающих сил и коэффициентов трения и о причинах их возможных расхождений.
4)о соблюдении условия прочности для оси 12 установки.
6.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
6.1.Назовите основные узлы, из которых состоит экспериментальная установка для испытания болтового соединения, работающего на сдвиг. Каково их назначение?
6.2.Какие факторы определяют нагрузочную способность болтовых соединений, работающих на сдвиг?
6.3.Каково влияние коэффициента трения в стыке деталей на величину предельной сдвигающей силы?
6.4.Какое влияние оказывает количество стыков в болтовых соединениях на величину предельной сдвигающей силы?
6.5.Оказывают ли влияние смазка и качество обработки поверхностей стыка на нагрузочную способность болтовых соединений, работающих на сдвиг?
6.6.Каково влияние материалов деталей на нагрузочную способность болтовых соединений, работающих на сдвиг?
6.7.С какой целью необходимо определять и контролировать момент завинчивания гайки?
6.8.Каким образом можно разгрузить болты, поставленные в отверстия соединяемых деталей с зазором, от восприятия ими поперечных сил?
6.9.От каких факторов зависят допустимые значения силы затяжки болта и момента завинчивания гайки?
6.10.Объясните порядок условного обозначения болтов и гаек для данного болтового соединения. Приведите пример обозначения.
16
6.11.Расскажите о классах прочности для болтов и гаек и их условное обозначение. Приведите пример обозначения.
6.12.Классификация болтов и гаек. Способы маркировки. Приведите пример обозначения.
6.13.Геометрические параметры и обозначение метрической резьбы. Приведите пример обозначения.
6.14.Запишите условия прочности для болта и соединяемых деталей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Иванов, М.Н. Детали машин : учеб. для студ. ВТУЗов / М. Н. Иванов, В. А. Финогенов. – 10-е изд., испр. - М. : Высш. шк., 2006. – 407 с.
2.Гузенков П. Г. Детали машин : Учеб. для машиностроит. спец. вузов/ П. Г. Гузенков.– 4-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 1989.– 359с.
3.Решетов, Д.Н. Детали машин: учеб. для машиностроит. и мех. спец. вузов/ Д.Н. Решетов. − М.: Машиностроение, 1989. − 495 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
|
|
|
|
|
Таблица П.1 |
|
|
Исходные данные к выполнению работы |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Вариант |
|
Материал |
Наружный (но- |
|
Класс |
|
|
|
|
|
минальный) диа- |
|
прочности |
|
Пластин |
|
Втулок |
|||
|
|
метр болта d, мм |
|
болта |
||
|
|
|
|
|
||
1.1 |
СТАЛЬ |
|
СТАЛЬ |
16 |
|
4.8 |
1.2 |
|
|
ЧУГУН |
|
|
|
1.3 |
|
|
БРОНЗА |
|
|
|
2.1 |
СТАЛЬ |
|
СТАЛЬ |
18 |
|
5.6 |
2.2 |
|
|
ЧУГУН |
|
|
|
2.3 |
|
|
БРОНЗА |
|
|
|
3.1 |
СТАЛЬ |
|
СТАЛЬ |
20 |
|
6.6 |
3.2 |
|
|
ЧУГУН |
|
|
|
3.3 |
|
|
БРОНЗА |
|
|
|
4.1 |
ЧУГУН |
|
СТАЛЬ |
16 |
|
3.6 |
4.2 |
|
|
ЧУГУН |
|
|
|
4.3 |
|
|
АЛЮМ. СПЛАВ |
|
|
|
5.1 |
ЧУГУН |
|
СТАЛЬ |
18 |
|
4.6 |
5.2 |
|
|
ЧУГУН |
|
|
|
5.3 |
|
|
АЛЮМ. СПЛАВ |
|
|
|
6.1 |
ЧУГУН |
|
СТАЛЬ |
20 |
|
5.8 |
6.2 |
|
|
ЧУГУН |
|
|
|
6.3 |
|
|
АЛЮМ. СПЛАВ |
|
|
|
17
Таблица П.2
Коэффициенты трения для некоторых сочетаний материалов
Пары трения |
Коэффициент трения |
|
|
Сталь по стали |
0.15…0.20 |
Сталь по чугуну |
0.12…0.18 |
Сталь (или чугун) по бронзе |
0.10…0.14 |
Сталь (или чугун) по алюминиево- |
|
му сплаву |
0.20…0.40 |
|
|
Чугун по чугуну |
0.14…0.18 |
|
|
|
|
Таблица П.3
Допускаемые напряжения смятия для некоторых материалов
Материалы |
[σсм ] |
|
|
Сталь |
(0.6…0.8)σТ |
Чугун |
(0.3…0.4)σВ |
Бронза |
(0.4…0.6) σВ |
Алюминиевый сплав АМГ5 |
(0.4…0.6) σТ |
|
|
Допускаемое напряжение среза для стального болта [τср] = 0,4σТ.
Пределы прочности: серого чугуна Сч15 - σВ = 280 МПа,
оловянистой бронзы БрО10Ф1 - σВ = 220 МПа.
Пределы текучести для материала деталей: стали 10 - σТ = 210 МПа, стали 20 - σТ = 250 МПа, стали 30 - σТ = 300 МПа, стали 45 - σТ = 360 МПа,
алюминиевого сплава АМГ5 - σТ = 120 МПа.
Таблица П.4
18
Геометрические размеры и механические свойства болтов и гаек (выписка из ГОСТ)
|
Параметр |
Величина |
|
|
|
|
|
Болт с шестигранной головкой (ГОСТ 7798), с уменьшенной шестигранной головкой (ГОСТ 7796)
ГОСТ |
|
7798 |
|
7796 |
7798 |
|
7796 |
7798 |
|
7796 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номинальный диаметр d, |
|
16 |
(18) |
|
20 |
|||||
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Шаг резьбы p, |
крупный |
2,0 |
|
2,5 |
2,5 |
|||||
мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мелкий |
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер «под ключ» S, мм |
24 |
|
22 |
27 |
|
24 |
30 |
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота головки H, мм |
10 |
|
9 |
12 |
|
10 |
13 |
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Механические свойства |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Класс прочности |
3.6 |
|
4.6 |
4.8 |
|
5.6 |
5.8 |
|
6.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Материал и термообра- |
Сталь |
|
Сталь |
Сталь |
|
Сталь |
Сталь |
|
Сталь |
|
ботка |
|
10 |
|
20 |
10 |
|
30 (35) |
10 |
|
35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Твердость по |
min |
90 |
|
114 |
124 |
|
147 |
152 |
|
181 |
Бринеллю, HB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
max |
|
|
|
238 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гайка шестигранная (ГОСТ 5915), с уменьшенным размером под ключ (ГОСТ 15521)
ГОСТ |
5915 |
|
15521 |
5915 |
|
15521 |
5915 |
|
15521 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Размер «под ключ» S, мм |
24 |
|
22 |
27 |
|
24 |
30 |
|
27 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Высота m, мм |
|
13 |
|
15 |
|
16 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечания: Ряд длин l болтов: 8; 10; 12; 14; 16; (18); 20; (22); 25; (28); 30; 32; 35; (38); 40; 45; 50; 60; 65; 70; 75; 80; (85); 90; (95); 100; (105); ПО; (115); 120; (125); 130; 140; 150; 160; 170; 180; 190; 200; 220; 240; 260; 280; 300 мм.
Болты с размерами длин, заключенными в скобки, применять не рекомендуется.
19
Составители: Сергей Львович Лебский Михаил Маркович Матлин Алексей Павлович Осипенко Ирина Михайловна Шандыбина
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ СДВИГАЮЩЕЙ СИЛЫ
Методические указания к лабораторной работе № 3
Темплан 2008 г. Поз. № 75 Подписано к печати . 30.09.2008 Формат 60х84 1/16.
Бумага газетная. Печать офсетная. Гарнитура Tames. Усл. печ. л, 1,63. Тираж 500 экз. Заказ . Бесплатно.
Волгоградский государственный технический университет. 400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28.
РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета.
400131 Волгоград, ул. Советская, 35.
20