Из формулы 3.7 коэффициент трения на торце гайки будет равен

. (3.8)

Таким образом, зависимость между моментом завинчивания и силой затяжки с учетом сил трения принимает вид

. (3.9)

Рисунок 3.3.  Опорная поверхность гайки

3.6 Устройство и принцип работы установки

Изучается по приложению А.

3.7 Описание программного обеспечения

Изучается по приложению Б.

3.8 Последовательность выполнения работы

1. Провести измерение болта и гайки. Размеры d₁, d₂ и др. определить по данным ГОСТ 9150 – 2002. Заполнить таблицу 3.2.

2. Для предохранения установки и болта от поломки предварительно расчетным путем определить допустимую осевую силу затяжки болта

, (3.10)

здесь– допускаемое напряжение на разрыв, (3.11)

где 1,3 – коэффициент, учитывающий влияние скручивания болта от действия момента в резьбе Т_р;

–предел текучести; материал болта сталь 45 – МПа;

n – запас прочности (выбрать по таблице 3.1).

Таблица 3.1 – Запасы прочности для болтов с неконтролируемой нагрузкой

Материал болта	Диаметр резьбы
	М6 – М16	М16 – М30	М30 – М60
Углеродистая сталь	4 – 3	3 – 2	2 – 1,3

Таблица 3.2 – Параметры соединения

	Параметр	Размерность	Величина	Способ определения
1. Геометрические параметры болта
а)	Наружный диаметр, d	мм		измерить штангенциркулем
б)	Шаг резьбы, Р	мм		по размеру 10 витков
в)	Внутренний диаметр резьбы, d1	мм		по таблице ГОСТов на резьбу
г)	Средний диаметр резьбы, d2	мм		по таблице ГОСТов на резьбу
д)	Угол профиля резьбы, 	град		по таблице ГОСТов на резьбу
е)	Угол подъема резьбы, 	град		по формуле (3.2)
ж)	Предел текучести материала, Т	Н/м2		по марке на болте или задается
з)	Допускаемое напряжение на разрыв,	Н/м2		по формуле (3.11)
2	Допускаемая сила затяжки,	Н		по формуле (3.10)
3	Диаметр отверстия под болт, dотв	мм		измерить штангенциркулем
4	Размер под ключ, S	мм		измерить штангенциркулем
5	Средний диаметр опорной поверхности, Dср	мм		по формуле (3.6)

3. Провести эксперимент по определению моментов в резьбе с использованием сборки с неподвижной накладкой (Приложение А, рисунок А4, Приложение В3):

а) болтовое соединение завинчивается динамометрическим ключом^ до тех пор, пока датчики усилий не покажут, что осевое усилие в резьбе равняется около 200 Н;

б) с динамометрического ключа снимается показание момента завинчивания, соответствующее данному осевому усилию в резьбе;

в) продолжить нагружение болтового соединения для последующих значений осевых сил затяжки (таблица 3.3).

4. Провести эксперимент по определению моментов завинчивания с использованием сборки с накладкой (Приложениа А, рисунок А4, Приложение В, п.В3), повторить последовательность действий, описанных в предыдущем пункте.

5. Провести обработку результатов эксперимента:

а) определить приведенный коэффициент трения в резьбе по формуле (3.5);

б) для каждого значения нагружения определить момент трения на торце

; (3.12)

в) определить коэффициент трения на торце гайки по формуле (3.8).

Результаты экспериментальных измерений и теоретических вычислений занести в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Результаты экспериментальных исследований

Сила затяжки		Момент трения в резьбе при затяжке со втулкой Тр, Н∙м	Момент завинчивания при затяжке с накладкой Тз, Н∙м		Момент трения на торце, Н·м
Fз, Н
1	200
2	600
3	1000

Таблица 3.4 – Прочностные характеристики болтового соединения

Сила затяжки Fз, Н	Напряжение растяжения	Напряжение кручения	Эквивалентное напряжение
200
600
1000
Примечание – Значение Тр брать по экспериментальным данным из таблицы 3.3. По этим напряжениям и ведется проверка болта на прочность.

6. Определить напряжения в болте и фактические коэффициенты безопасности.

7. Определить моменты трения в резьбе Т_р по формуле (3.1) и на торце гайки Т_г по формуле (3.7) для заданных усилий затяжки. Результаты расчетов занести в таблицу 3.5. Значения иберутся из таблицы 3.6.

Таблица 3.5 – Расчетные значения моментов завинчивания

Состояние поверхности	Величина момента, Н·м
	Fз1 =….*	Fз2 =….*	Fз3 = …..*	Fзn = ….*
Момент в резьбе Тр, Н∙м
Момент трения на торце гайки Тг, Н∙м
Момент завинчивания Тз, Н∙м

* – Значения сил затяжки и количество расчетов берутся такими же, как и при проведении модельного эксперимента.

Таблица 3.6 – Значения коэффициентов трения

Материалы пар трения «болт – гайка», «гайка – деталь»
Сталь по стали без смазки	0,3 – 0,35	0,35 – 0,4
Слабые следы смазки	0,18 – 0,02	0,20 – 0,25
Смазанные поверхности	0,07 – 0,13	0,10 – 0,15

8. По результатам экспериментальных и расчетных данных построить графики зависимостей и провести сравнительный анализ.

9. По результатам экспериментальных данных построить зависимости коэффициентов трения , и сделать вывод о выполнении условия самоторможения.

10. Вычислить угол трения в резьбе и сравнить величину с рекомендованными в литературе (таблица 3.6).

11. По результатам расчетов напряжений при максимальной силе затяжки сделать заключение о работоспособности болта и соответствии фактического коэффициента запаса допускаемому.

12. Сравнить экспериментальные коэффициенты трения и.

13. Для максимальной силы затяжки определить (в %) расхождения Т_з между расчетными и экспериментальными данными. Объяснить причины расхождения.

14. Сделать выводы по лабораторной работе и ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Какие факторы влияют на трение в резьбе?

2. Почему в резьбовых соединениях наибольшее распространение

получили резьбы с треугольным профилем?

3. Какие виды трения присутствуют при затягивании гайки?

4. Почему метрическая резьба имеет низкий КПД?

5. Чем ограничивается число витков резьбы в гайке болтового соединения?

6. В чем состоят различия в критериях выбора типа и параметров резьбы

для передач винт – гайка и болтовых соединений?

7. От каких факторов зависит выполнение условия самоторможения?

8. По каким напряжениям рассчитываются затянутые болтовые соединения?

9. Каким образом трение в резьбе учитывается в расчетах

болтовых соединений?

Лабораторная работа №МС-4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ЗАТЯНУТОМ

БОЛТОВОМ СОЕДИНЕНИИ