Исследование резьбового соединения

На сдвиг деталей

Цель работы: рассчитать и проверить экспериментальным путем значение силы, необходимой для сдвига деталей затянутого резьбового соединения в плоскости их стыка при установке болта с зазором.

Оборудование и инструмент:стенд ДМ 37, сконструированный на базе червячно-винтового пресса (рис. 3.1), набор деталей резьбового соединения (пластины, болт, гайка и шайба), динамометрический ключ, линейка, штангенциркуль, шаблон резьбовой.

Рис. 3.1. Конструктивная схема лабораторного стенда

для исследования резьбового соединения на сдвиг деталей:

1 – верхний штурвал управления винтовой передачей; 2 – динамометрическое кольцо

для измерения силы сдвига; 3 – часовой индикатор; 4 – вертикально передвижной

стол; 5 – нижний штурвал управления червячно-винтовым механизмом подачи стола;

6 – затянутое резьбовое болтовое соединение с зазором.

Теоретические основы работы

Исследуемое резьбовое соединение деталей (рис. 5.2) относится к затянутым болтовым соединениям с зазором. Прочность такого соединения, т.е неподвижность его деталей друг относительно друга, при действии на соединение нагрузки , сдвигающей детали в плоскости их стыка, обеспечивается затяжкой болта. Сила затяжки , одновременно растягивающая болт и сжимающая соединяемые детали, вызывает на контактных поверхностях деталей силы трения , препятствующие их относительному сдвигу.

Рис. 3.2. Расчётная схема исследуемого резьбового соединения

Условие прочности соединения (несдвигаемости его деталей) согласно [1] имеет вид

или , (3.1)

где сила затяжки играет роль нормальной силы в стыках соединения; - коэффициент трения в стыках деталей (для стальных деталей ); - число стыков в соединении.

Очевидно, что величина сдвигающей нагрузки, которую может выдержать соединение тем больше, чем выше сила его затяжки. При этом максимально возможное значение силы определяется из условия прочности стержня затянутого болта [1]

, (3.2)

где - эквивалентные напряжения; - допускаемые напряжения растяжения материала болта; - предел текучести материала (сталь 10) болта; - допускаемое значение коэффициента запаса прочности при контролируемой затяжке болта; - внутренний диаметр резьбы болта; и - номинальный диаметр и шаг его резьбы.

Из решения неравенства (3.2)

. (3.3)

Однако на практике затяжку соединения обычно осуществляют до величины

. (3.4)

При этом момент на ключе в соответствии с (2.7) составляет

. (3.5)

где - средний диаметр метрической резьбы, мм; - коэффициент трения в резьбе и на торце гайки (для стальных крепёжных деталей ); - угол профиля метрической резьбы; - внешний диаметр опорного торца гайки, мм; - размер гайки под ключ, мм; - диаметр отверстия в шайбе, мм.

Следовательно, выразив из уравнения (3.5) через и подставив полученное выражение в (3.1), можно определить зависимость сдвигающей нагрузки от момента на ключе, создаваемого в ходе затяжки резьбового соединения

. (3.6)

2. Порядок выполнения работы и оформление её результатов

1. Изучают теоретические основы работы.

2. С помощью штангенциркуля и резьбового шаблона проводят опытные замеры номинального диаметра и шага резьбы болта, записывают значения этих параметров.

3. Рассчитывают значения диаметров резьбы и .

4. Вычисляют, используя (3.3) и (3.4), силу затяжки соединения в ходе эксперимента с контролируемой затяжкой болта,

, (3.7)

5. Подставив полученное из (3.7) значение силы затяжки в (3.1), определяют расчётное значение сдвигающей нагрузки , при котором произойдёт сдвиг деталей соединения

, (3.8)

принимая: , ; ; .

6. Рассчитывают по (3.5) величину момента на ключе при достижении силы затяжки , вычисленной по (3.7).

7. Осуществляют сборку и контролируемую с помощью динамометрического ключа затяжку соединения (рис. 3.2) до рассчитанного значения момента на ключе , значение которого в делениях часового индикатора динамометрической скобы ключа определяют как

, (3.9)

где - коэффициент пропорциональности.

8. Собранное и затянутое резьбовое соединение устанавливают на лабораторный стенд (рис. 3.1) и нагружают сдвигающей силой. В ходе опыта момент сдвига деталей фиксируют по вертикальной измерительной шкале стенда, а величину силы сдвига – по показаниям часового индикатора 3 (рис. 3.1) в делениях этого прибора.

9. Эксперимент проводят не менее трёх раз, предварительно контролируя величину перед началом каждого испытания. Полученные экспериментальные значения заносят в табл. 3.1, рассчитывают среднее значение и реальное экспериментальное значение сдвигающей силы в Ньютонах

, (3.10)

где 311,1 Н/дел - коэффициент пропорциональности.

Таблица 3.1

Результаты эксперимента

Номер испытания
Показания индикатора , дел.
Среднее значение, , дел
Значение силы , Н

Выводы

В выводах указывают основные результаты работы, сравнивают результаты аналитического и экспериментального определения нагрузки, сдвигающей детали резьбового соединения, сопоставляют результаты исследования с данными учебной литературы [1, 2] и дают оценку корректности проведённых расчётов и испытаний.

Контрольные вопросы

1. К какому типу реьбовых соединений относится исследованное соединение?

2. В чём заключается условие прочности такого соединения при действии на него нагрузки, сдвигающей детали в плоскости их стыка?

3. Зависит ли прочность данного соединения от числа стыков его деталей?

4. Каким образом материалы деталей такого резьбового соединения влияют на его прочность?

5. Какой диаметр имеет опасное сечение стержня болта при его растяжении?

6. Как определить максимальную силу затяжки в исследованном соединении?

7. Чему равны допускаемые напряжения растяжения материала болта?

8. Каков коэффициент запаса прочности при контролируемой затяжке болта?

9. Как свзяны между собой сила затяжки резьбового соединения и момент создаваемый при затяжке этого соединения гаечным ключом?

10.Каким образом коэфициент трения в контактах крепёжных деталей соединения влияет на величину момента на ключе при затяжке соединения?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4