108

Л абораторная работа 2.2 Испытание болтового соединения, работающего на сдвиг

Цель работы определение экспериментальной зависимости сдвигающей силы от силы затяжки болта, уточнение коэффициента трения на поверхности соединяемых деталей.

Краткие теоретические сведения

Болтовое соединение деталей, нагруженных сдвигающей силой (поперечная нагрузка), производится в машиностроении двумя способами.

1. Плотно вставить болт (болты) в отверстие с последующим срезом болта. Величина затяжки значения не имеет. Недостатком конструкции такого соединения является его нетехнологичность. Требуется высокая точность выполнения отверстия и болта (6, 7 квалитеты точности). После сверления отверстий требуется операция развертывания. Посадка болта в отверстие

2. Вставить болт в отверстие с большим зазором (приблизительно до одного миллиметра). Отверстие сверлится без развертывания, болт также изготовлен по свободному номинальному размеру. Основной положительный фактор заключается в технологичности, но требуется контроль силы затяжки болтов при сборке соединения. Внешняя нагрузка сдвига F уравновешивается силами трения на плоскостях стыков соединяемых деталей. Трение образуется от сил затяжки болта (болтов). Болт работает только на растяжение от силы затяжки, так как. выборка зазора недопустима – соединение считается нарушенным [1, 2, 3].

Сила F, при которой детали сдвигаются, является предельной для данной затяжки болта F₃.

Надежность такого соединения зависит от точного определения затяжки болта F₃ и точности контроля ее при сборке соединения. На точность определения силы затяжки болта влияет значение коэффициента трения на плоскостях стыков соединяемых деталей ƒ_c, который определяется шероховатостью поверхности стыка, наличием смазки, маркой используемых материалов т. д. Применение избыточных величин коэффициента запаса сцепления приводит к неэкономичности и увеличению веса соединения. Экспериментальное изучение дает возможность исследовать изменение силы затяжки F₃ (момента завинчивания гайки Т_зав) в зависимости от сдвигающей силы F, уточнить значение коэффициента трения ƒ_с и выбрать целесообразно коэффициент запаса сцепления К_з.

Рис.2.5. Резьбовое соединение с зазором

Расчетные зависимости

Предельная сдвигающая сила F должна равняться силам трения, возникающим на поверхностях стыков

где ί – число стыков (на рис. 2.5 ί = 2).

Или, заменив силы трения силой затяжки F₃ и коэффициентом трения ƒ_с, получим окончательную зависимость

, (1)

где – коэффициент трения на поверхности стыков; F₃ - сила затяжки болта; k – коэффициент запаса (k = 1,3…1,5 при статической нагрузке, k = 1,8…2,0 при переменной нагрузке).

Обычная сила затяжки измеряется моментом завинчивания Т_зав (контролируется динамометрическим ключом), исходя из следующей теоретической зависимости

(2)

где Т_р – момент сил трения в резьбе; Т_т – момент сил трения на опорной поверхности гайки; d₂ – средний диаметр резьбы; Ψ - угол подъема резьбы; φ´ - приведенный угол трения ( ; ); ƒ_т – коэффициент трения на опорной поверхности гайки; D – наружный диаметр опорной поверхности гайки (размер под ключ); d₀ – внутренний диаметр опорной поверхности гайки (равен отверстию под болт в шайбе).

Подставляя в уравнение (1) значение F₃, найденное по зависимости (2), получим

(3)

Эта зависимость дает возможность построить график F – Т_зав. График будет линейным, если коэффициенты трения ; ; неизменны (или меняются незначительно) при различных величинах затяжек.

Согласно уравнению (3) можно по экспериментальным значениям момента завинчивания Т_зав и сдвигающей силы уточнить значение коэффициента трения ƒ_с на поверхностях стыков соединяемых деталей при условии точных значений коэффициентов трения в резьбе и на опорной поверхности гайки. Точное значение коэффициента трения ƒ_с обуславливает определение точной величины сил затяжки болта F₃ , что обеспечивает надежность соединения при малых значениях коэффициента запаса К (не более 1,2).