Laboratorny_praktikum

71

Контрольные вопросы

1.Каково назначение ременной передачи? Опишите принцип ее работы.

2.Что называется геометрическим передаточным отношением? В чем его отличие от фактического?

3.Проскальзывание ремня – явление полезное или вредное для нормальной работы передачи?

4.С какой целью производится тарировка пружин измерительных уст-

ройств?

5.Как определить экспериментальным путем значение коэффициента полезного действия?

6.Как экспериментально определить зависимость коэффициента проскальзывания от момента нагрузки при постоянной силе прижатия? Произвести

анализ полученной зависимости (см. график ε = f (Тн)).

7. Как экспериментально определить зависимость коэффициента проскальзывания от силы прижатия при постоянном нагружающем моменте? Полученной зависимости (см. график ε = f (Тн)).

8. Какие факторы влияют на величину коэффициента полезного действия ременной передачи?

72

2. СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Под соединениями в машиностроении понимают узлы, в которых детали соединяются между собой (например, фланцы) с помощью соединительных деталей (винтов, болтов, заклепок и т. д.).

Соединения позволяют собрать из отдельных деталей машину или какойто узел машины.

Соединения по признаку возможности сборки и разборки делят на разъемные и неразъемные. Разъемные соединения позволяют повторные сборку и разборку соединения (резьбовые, клеммовые, клиновые, шлицевые и др.). Неразъемные соединения нельзя разобрать без разрушения или повреждения (заклепочные, сварные).

Неразъемные соединения осуществляются силами молекулярномеханического сцепления (сварные, паяные, клеевые) или механическими средствами (клепаные, соединения с натягом, вальцованные).

Общей тенденцией соединений являются приближение их к целым деталям и удовлетворение условию равнопрочности соединяемых деталей.

Всвязи с необходимостью сохранения их точности под нагрузкой соединения должны удовлетворять условию жесткости.

Здесь представлены три лабораторных работы 2.1, 2.2, 2.3 на разъемные соединения, резьбовые и клеммовые.

Резьбовые (болтовые) соединения изучаются в случае затянутого болта и соединения, работающего на сдвиг.

Известно, что подавляющая часть болтов, винтов и шпилек работает со значительной предварительной затяжкой. В результате затяжки болта возникают осевая сила и крутящий момент. Осевая сила, растягивающая болт, большей частью образуется не вследствие приложения нагрузки, а в результате затяжки болта. В этом случае момент затяжки болта должен преодолеть не только сопротивление осевой силы, но и трение в резьбе и на опорной поверхности гайки.

Различают болтовые соединения с зазором и без зазора болта в отверстии соединяемых деталей.

Вклеммовых соединениях при затяжке болтов создается неподвижность сопрягаемых деталей за счет сил трения, возникающих между ступицей и соединяемой с ней деталью.

Преимущество клеммового соединения заключается в том, что можно закрепить деталь в любом месте оси, вала и т. д.

Болты клеммового соединения рассчитывают на прочность по величине требуемого усилия затяжки.

73

Лабораторная работа 2.1

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАТЯНУТОГО БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Цель работы: определение зависимости осевой силы от момента завинчивания гайки, определение коэффициента трения в резьбе и в опорной поверхности гайки, экспериментальное определение соотношений эквивалентных и нормальных напряжений в затянутых болтах.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Из всех видов неподвижных соединений деталей наибольшее распространение в машиностроении получили резьбовые [1, 2, 3].

Крепежным элементом резьбовых деталей (болтов, шпилек, винтов, гаек) является резьба. Все крепежные резьбы стандартизованы. Основные параметры резьбы: наружный диаметр d, внутренний диаметр d1, средний диаметр d2 болта, шаг резьбы p и угол профиля α, который у метрической треугольной резьбы равен 60°. В России крепежной резьбой является метрическая с крупным шагом и измельченным шагом при одном и том же наружном диаметре резьбы.

Данные параметров метрических резьб с наружным диаметром от 12 до 20 мм приведены в табл. 2.1 (выборка из ГОСТа).

Механические характеристики сталей, являющихся материалом деталей резьбовых соединений общего назначения, приведены в табл. 2.2. В процессе сборки соединений большинство болтов подвергается предварительной затяжке. Производится контроль величины затяжки в ответственных соединениях при недостаточной величине затяжки и при избыточной величине затяжки.

Связь осевого усилия в болте F3 – величины затяжки – и момента завинчивания Tзав следующая:

для создания в болте осевого усилия F3 к гайке при помощи ключа прикладывается момент завинчивания Тзав, преодолевающий момент сил трения в резьбе Тр, и момент сил трения в опорной поверхности гайки Тт

По известной теории механики, учитывающей силы трения, ползун находится в равновесии, если равнодействующая R внешних сил отклонена от нормали n-n на угол трения φ. В нашем случае внешними являются осевая сила F3 и окружная сила Ft, которая определяется по формулам

74

Момент сил трения в резьбе ТР

Момент сил трения в резьбе определим, рассматривая гайку, как ползун, поднимающийся по виткам резьбы по наклонной плоскости (рис.2.1).

Рис. 2.1. Схема сил в винтовой паре

Так как угол профиля витка метрической резьбы α = 60°, то угол трения φ в полученном выражении (2) следует заменить приведенным углом трения φ'

Примечание. На рис. 2.1 показана схема сил в винтовой паре, где сила трения обозначена Rf.

75

Момент трения на торце гайки Тт

Опорная поверхность гайки представляет собой кольцо с наружным диаметром D, равным размеру ключа под гайку и внутренним диаметром d0, равным диаметру отверстия под болт. Допуская (с небольшой погрешностью) распределение давления по средней окружности опорной поверхности гайки, получим формулу для Тт

Схему для определения момента завинчивания Tзав см. в прил. 4.

Анализ полученного выражения показывает, что величина момента Тзав зависит от осевой силы затяжки и коэффициентов трения в резьбе и на опорной поверхности гайки. Коэффициенты трения зависят от ряда факторов (сочетания материалов, точности обработки, шероховатости поверхностей, наличия смазки и прочее). Наиболее точно коэффициенты трения можно определить по вышеприведенным формулам на экспериментальной установке.

Так, приведенные угол трения φ' и коэффициент трения f ′ в резьбе опре-

p

Примечание. На рис. 2.2 показана схема для определения момента трения на торце гайки, где сила трения обозначена Rf.

Величина момента завинчивания Тзав измеряется на экспериментальной установке. При этом измеряется и сила затяжки болта. Допустимая величина силы затяжки [F3] находят по допускаемым напряжениям. Допускаемые напряжения рассчитывают по пределу текучести через допускаемый коэффициент запаса прочности [S]. Требуемый коэффициент запаса прочности для болтов малых диаметров (≈ до 18 мм) принимают большим, а для болтов больших диаметров несколько меньшим, учитывая влияние на прочность абсолютных размеров (см. табл. 2.3).

77

Рис.2.2. Схема для определения момента трения на торце гайки

Примечание. В расчетах нагрузку переводить в ньютоны, а в промежутках показаний индикатора ее определять интерполированием.

При определении допускаемой силы затяжки [F3] необходимо помнить, что в момент завинчивания стержень болта находится в сложно напряженном состоянии, подвергаясь одновременно деформациям растяжения от силы затяжки и кручения от момента завинчивания. Расчет на прочность при двухосном напряженном состоянии ведется по 3-й и 4-й теориям прочности с определением эквивалентного напряжения σэкв по формуле для 4-й теории прочности:

78

Прямая пропорциональность напряжений силе при растяжении дает возможность свести расчет этого сложного случая к простому растяжению, увели-

Оборудование и принадлежности

Работа выполняется на специальной установке (рис. 2.3), предназначенные для нагружения и измерения силы затяжки болтов. В комплект установки входят торсионный динамометрический ключ (рис. 2.4) со сменными головками для гаек, набор сменных болтов с гайками, штангенциркуль, индикатор. Установка состоит из основания 1, на котором крепится силоизмерительное устройство, выполненное в виде динамометрической пружины 2. В теле пружины 2 предусмотрено сквозное отверстие, в которое вставляется исследуемый болт 3, фиксируемый от проворачивания сменной колодкой 4. Для центрирования болта в отверстие пружины установлена сферическая шайба 5. Болт затягивается гайкой 9, торец которой опирается на втулку 6.

Принцип действия установки основан на одновременном измерении момента завинчивания гайки и возникающей при этом силы затяжки болта. Величина осевой силы затяжки болта пропорциональна упругой деформации сжатия динамометрической пружины 2 (рис.2.3). Величина деформации пружины измеряется индикатором 7. Значение осевой силы определяется по тарировочной табл. 2.4.

79

Момент завинчивания гайки пропорционален упругой деформации изгиба стержня динамометрического ключа. Деформация стержня фиксируется по шкале 3 динамометрического ключа. Шкала ключа протарирована на определение момента завинчивания с ценой деления 10; 20; 30 (Н·м).

Установка дает возможность измерить момент заворачивания как сумму Тзав=Тр+ТТ. В этом случае гайка болта опирается на втулку 6, поставленную вместо упорного подшипника (сборка установки по схеме 1).

При постановке упорного подшипника 10 (сборка установки по схеме 2) измеряется Тр – момент сил трения в резьбе, т.к. трение скольжения в торце гайки отсутствует, и Тзав Тр.

7

1 2

3

Рис. 2.4. Динамометрический ключ: 1 – стрелка; 2 – стержень; 3 – шкала

ны составляет 20 кН, контролируется индикатором.

3.Предельно допустимый момент завинчивания гайки болта, создаваемый динамометрическим ключом и контролируемый по шкале динамометрического ключа, равен 100 Нм.

4.Индикатор часового типа (нормальный) типа МС и ИП с пределом измерения 0…10 мм и ценой деления 0,01 мм на динамометрической пружине.

По данным табл. 2.4 построить тарировочный график динамометрической пружины. По графику определить значения осевой силы F3 в делениях показаний индикатора (с целью заданиях их при проведении эксперимента) и вписать их в табл. 2.6

Приборы и инструменты к работе

Установка для проведения испытаний, динамометрический ключ.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомьтесь с устройством установки и торсионного динамометрического ключа, уясните принципы их действия и способы замера осевой силы затяжки и момента завинчивания.

2.Получите у преподавателя два болта с гайкой для исследования с указанием марки стали, из которой они сделаны. Один из них обезжиривается бензином и испытывается в сухом виде, другой – смазывается с одной стороны из следующих смазок (по указанию преподавателя): а) солидолом; б) графитовой пастой; в) индустриальным маслом.

3.Проведите обмер болта штангенциркулем (замеряется наружный диаметр d, шаг резьбы p, высота гайки H, наружный диаметр опорной поверхности гайки (размер под ключ) D, диаметр отверстия под болт d0).