Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лабораторная работа №1 - файл №1Испытание болтового соединения.doc


Загрузка...
Лабораторная работа №1
скачать (148 kb.)

Доступные файлы (1):

№1Испытание болтового соединения.doc266kb.14.05.2007 18:32скачать

№1Испытание болтового соединения.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Лабораторная работа 1
ИСПЫТАНИЕ БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ НА СДВИГ
Цель работы: определение теоретической и экспериментальной зависи­мости сдвигающей силы от момента завинчивания болта в напряженном бол­товом соединении (рис. 1).



Рис. 1. Исследуемое болтовое соединение

Болт 2 поставлен с зазором в отверстия пластин 4 и колодки 3 и затянут гайкой 1 до момента завинчивания равного Тк. Внешняя нагрузка F уравно­вешивается силами трения в стыках, которые создаются силой затяжки болта Fзат. Если внешняя сила превысит силы трения, произойдет сдвиг пластин.
Оборудование и принадлежности: машина для испытания на растяже­ние - сжатие типа ДМ-ЗОМ (рис. 2); динамометрический ключ со сменной го­ловкой (рис. 3); приспособление для испытания болтового соединения на сдвиг (см. рис. 1); тарировочные характеристики динамометрического ключа и динамометрического кольца пресса.

^ 1. Расчетные зависимости

При затягивании болта в стержне болта возникают напряжения растяже­ния от силы Fзam и кручения от момента завинчивания Тк (см. схему нагружения на рис. 1). Чтобы не произошло разрушение болта, сила затяжки не должна превысить допустимую. Для данного случая нагружения допустимая сила затяжки , (1)

где d1 - внутренний диаметр резьбы; р] - допускаемое напряжение растяжения , (2)

где σТ - предел текучести материала; s -коэффициент безопасности.

При завинчивании гайки необходимо преодолеть моменты сил трения в резьбе Тр и на торце гайки ТТ , тогда момент завинчивания

, (3)
где d2 -средний диаметр резьбы; β - угол подъема резьбы; ρ - приведенный угол трения; f- коэффициент трения на торце гайки; D1 - наружный диаметр опорной поверхности гайки (равен размеру под ключ); domв - внутренний диаметр опорной поверхности гайки (равен отверстию под болт). Угол трения

ρ=arctgfp,

где fp- коэффициент трения в резьбе.

Приведенный угол трения

ρ = р/ cos (a/2),

где а- угол профиля метрической резьбы; (а = 60 °; cos (a /2) = 0,87).
Внешняя сила, при которой начинается сдвиг деталей F равна силам трения FТр, возникающим на поверхностях стыков деталей.

F=FTp*i, (4)

где i - число стыков.

Для исследуемого соединения i =2.

Сила трения определяется по закону Кулона

FTp = F3am*f0, (5)

где f0 - коэффициент трения в стыке деталей.
Подставляя значение FTp в формулу (4) получим зависимость силы сдвига от силы затяжки болта

F=F3am* f0* i. (6)
Определив для данной силы затяжки момент завинчивания по формуле (3) и силу сдвига по формуле (6), можно построить теоретическую зависи­мость силы сдвига от момента завинчивания.

2. ^ Описание установки

Установка для проведения лабораторной работы состоит из машины для испытания на растяжение - сжатие и приспособления для испытания болто­вого соединения. Для затягивания болта до заданного момента необходим динамометрический ключ.

Машина для испытания на растяжение - сжатие типа ДМ-ЗОМ

(см. рис. 2) состоит из следующих механизмов и узлов: механизма установочного пе­ремещения, нагружающего устройства, силоизмерительного устройства, ста­нины 7, поперечины 19, стола 13.

Механизм установочного перемещения предназначен для установки приспособления на стол 13, а также для установки зазора в болтовом соеди­нении. Он представляет собой винтовую пару 17,18, смонтированную в попе­речине 19. Винт 18 жестко скреплен с маховиком 21 и зафиксирован от осе­вых перемещений упорным шарикоподшипником 20. При вращении махови­ка 21 ползун-гайка 17 получает осевое перемещение, которое через динамо­метрическое кольцо 16 передается колодке приспособления 4.

Нагружающее устройство предназначено для нагружения (подъемом стола 13) болтового соединения поперечными силами F/2. Оно представляет собой червячный редуктор 10, обеспечивающий грузовому винту 12 осевое перемещение. Вращение червячной пары 11 осуществляется маховиком 8,

т. е. маховиком можно поднимать и опускать стол 13, т. к. он жестко соединен с грузовым винтом 12.

Внимание! ^ Во избежание поломки нагружающего устройства необходимо следить за тем, чтобы верхняя поверхность стола 13 находилась между двумя красными линиями на стойке 14.

Силоизмерительное устройство предназначено для измерения величи­ны силы сдвига. Оно состоит из динамометрического кольца 16 и индикатора часового типа 15. Динамометрическое кольцо крепится при помощи винтов с одной стороны к ползуну 17, с другой стороны - к колодке приспособления 3.
Приспособление для исследования болтового соединения (см. рис 2) состоит из двух пластин 4 и колодки 3, стянутых болтом 1 с гайкой 2. Снизу пластины скреплены осью 5 с основанием 6. Приспособление крепится вин­том к динамометрическому кольцу и основанием устанавливается на стол 13.
Динамометрический ключ (рис.3) служит для затягивания болта до за­данного момента. Упругий стержень с рукояткой 3 и державка 2 закреплены в колодке 4. В державке установлен индикатор часового типа 1, датчик которо­го упирается в упругий стержень. Таким образом, деформация упругого стержня определяется по показанию индикатора.



Рис 2. Машина для испытания на растяжение-сжатие
Зависимость между деформацией и усилием, приложенным к рукоятке ключа, приведена в тарировочной характеристике динамометрического клю­ча. На квадратный выступ колодки надевается сменная головка 5.

Внимание! Чтобы избежать искажения показаний, ключ держите за рукоятку и ко­лодку.



Рис. 3. Динамометрический ключ 3.
^ 3. Описание эксперимента

В процессе опыта устанавливается экспериментальная зависимость силы сдвига от момента завинчивания.

Вращением маховика 21 (см. рис. 2) приспособление для испытания ус­танавливают на стол 13 и риску на колодке 3 совмещают со средней риской на правой пластине 4. Совмещение рисок гарантирует наличие зазора в бол­товом соединении.
Гайку болта затягивают сначала от руки, а затем динамометрическим ключом до нужного показания стрелки индикатора ключа. ^ Во избежание ис­кажения результата эксперимента ключ плавно вращают за рукоятку.
Затянутое до заданного момента болтовое соединение нагружают попе­речной силой вращением маховика 8 по часовой стрелке. Пока сила трения в стыках больше поперечной силы, колодка вместе с пластинами и столом движется вверх, сжимая динамометрическое кольцо пресса. Деформация кольца улавливается индикатором, и стрелка индикатора перемещается. В момент сдвига пластины продолжают движение вверх, а колодка остается на месте. Стрелка индикатора останавливается (возможен скачок стрелки). Та­ким образом, момент сдвига улавливают по скачку или остановке стрелки индикатора кольца пресса. Показание индикатора фиксируют.
Внимание! ^ Иногда при сдвиге быстро выбирается зазор в соединении и момент сдвига можно пропустить. В этом случае болт начинает ра­ботать на изгиб, что не допустимо. Чтобы этого избежать, нужно при нагружении следить за положением рисок.
Гайку отвинчивают и повторяют эксперимент для следующего значения момента завинчивания, начиная с установки зазора в болтовом соединении.

Рекомендуется перед отвинчиванием гайки опускать стол, вращая махо­вик 8 против часовой стрелки до тех пор, пока стрелка индикатора кольца не совместится с нулем.

^ 4. Порядок проведения работы

4.1. Определение расчетной зависимости

  1. Определяют допустимую силу затяжки по формуле (1). Параметры метрической резьбы приведены в табл.1 приложения. Материал болта – сталь Ст 3, предел текучести σТ = 220 МПа, коэффициент безопасности s принима­ется в пределах 1,5...2 (рекомендуется 1,7).

  2. Рассчитывают допустимый момент завинчивания к] по формуле (3). Диаметры опорной поверхности гайки приведены в табл.1 приложения,

ко­эффициенты трения в резьбе и на торце гайки - в табл.2 приложения.

В табл.3 приложения приведены тангенсы углов.

  1. Определяется сила сдвига по формуле (4), коэффициент трения в сты­ке принимается по табл.2 приложения.

  2. Строится график расчетной зависимости силы сдвига от момента за­винчивания.

4.2 Определение экспериментальной зависимости

4.2.1. Подготовка данных для эксперимента

  1. Экспериментальная зависимость строится по четырем точкам. Значе­ния момента завинчивания принимаются равными 0,25[Тк]; 0,5[Тк]; 0,75[Тк].

  2. Вычисляют силу, которую необходимо приложить к рукоятке ключа, чтобы получить заданный момент, FK = [Тк]/ lК . Длина ключа 1К = 600 мм.




  1. По тарировочной характеристике динамометрического ключа опреде­ляют деформацию, соответствующую силе на ключе. Зная цену деления ин­дикатора ключа, переводят деформацию в число делений индикатора ключа.

Данные для проведения эксперимента заносятся в таблицу 1.

4.2.2. Проведение эксперимента

  1. Устанавливают индикаторы на динамометрический ключ и динамо­метрическое кольцо пресса, совмещая стрелку индикатора с нулем.

  2. Проводят четыре опыта в последовательности описанной в разделе 3.



3) Зная цену деления индикатора, показания индикатора динамометри­ческого кольца переводят в деформацию и по тарировочной характеристике определяют силу сдвига, соответствующую заданному моменту завинчива­ния.

Данные эксперимента заносят в табл. 1.

Таблица 1

Подготовка данных и результаты эксперимента

Наименование

величины

Ед.

Заданное значение момента

изм.

0,25[Тк]

0,5[Тк ]

0,75[Тк ]

к]







Подготовка данных

Момент завинчивания

Нм













Сила на ключе, FK

кН













Деформация ключа

мм













Число делений инд. ключа





















Данные эксперимента

Число делений инд. пресса















Деформация кольца пресса

мм













Сила сдвига

кН














4.3. Обработка результатов лабораторной работы

По результатам расчета и эксперимента строят совмещенные графики теоретической и экспериментальной зависимости силы сдвига от момента за­винчивания (рис 4). При построении экспериментальной зависимости через точки (или между ними) проводят плавную линию. Для точек, резко откло­няющихся от проведенной линии, опыт повторяют.

Сравнивая экспериментальную зависимость с расчетной делают выводы.


Момент завинчивания, Тк, Н м .

Рис. 4. Зависимость силы сдвига от момента завинчивания
Содержание отчета

Отчет должен содержать: титульный лист, цель работы, схему болтового соединения (см. рис. 1), все расчетные зависимости, таблицу подготовки дан­ных и данных эксперимента, график, выводы.
Контрольные вопросы

  1. Какова цель лабораторной работы?

  2. Как в испытуемом соединении установлен болт и как нагружено соединение?

  3. Какие напряжения возникают в стержне болта? Запишите условиепрочности болта.

  4. Как определяется расчетная сила сдвига?

  5. Определите допустимый момент завинчивания?

  6. Какое оборудование и принадлежности используют для проведения работы?

  7. Как затянуть болт до нужного значения момента завинчивания?

  8. Как определить экспериментальную величину силы сдвига?

  9. Как влияет шероховатость поверхности на силу сдвига?

10. Какова зависимость силы на ключе и момента завинчивания?

11. Как определить допускаемое напряжение для болта?

12. 0пределите момент трения в резьбе.

13. Какие факторы влияют на величину момента завинчивания?

14. Почему даже в идеальном случае экспериментальная зависимость си­лы сдвига от момента завинчивания отличалась бы от расчетной?

15. Какие конструктивные и технологические решения можете предло­жить, чтобы при одной и той же силе затяжки увеличить силу сдвига?

Приложение

Таблица 1

Размеры метрической резьбы (по ГОСТ 9150-81) и опорной поверхности

гайки, м


Диаметр наружный

d


Шаг р


Диаметры резьбы

Угол подъема резьбы

р



Диаметры опорной поверхности гайки

Внут­ренний d1

Средний d2

Наруж­ный

D1

Внут­ренний

dотв.

20

18

16

2,5

2,5

2

17,294 15,294 13,835

18,376 16,376 14,701

2,48° 2,78° 2,47°

30

27

24

21

19

17

Таблица 2

Коэффициенты трения в резьбе, на торце гайки и в стыке


Характеристика шероховатости поверхности Ra, мкм

Наличие смазки

Коэффициенты тре­ния

fр; f; f0

5,0 ... 20

нет

есть

0,2

0,1 ... 0,2

0,16 ... 2,5

нет

есть

0,15

0,05 ... 0,1


Таблица 3

Тангенсы некоторых углов


Градусы

Минуты

Поправка

на 1 ми-

нуту

0

10

20

30

40

50

8

0,1405

0,1455

0,1465

0,1495

0,1524

0,1554

0,0003

9

0,1584

0,1614

0,1643

0,1673

0,1703

0,1733

0,0003

10

0,1763

0,1793

0,1823

0,1853

0,1883

0,1914

0,0003

11

0,1944

0,1974

0,2004

0,2035

0,2065

0,2095

0,0003

12

0,2126

0,2156

0,2186

0,2217

0,2247

0,2278

0,0003

13

0,2309

0,2339

0,2370

0,2401

0,2432

0,2462

0,0003

14

0,2496

0,2524

0,2555

0,2586

0,2617

0,2648

0,0003

15

0,2679

0,2710

0,2742

0,2773

0,2805

0,2836

0,0003



Скачать файл (148 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru