4. Оформление работы

1). Полученные экспериментальные и расчетные результаты заносятся в бланк отчета и на их основании строятся графики зависимостей моментов завинчивания и усилий затяжки (Т_зав.; F_з) и коэффициентов трения и удельного давления

(f_p; q_p и f_Т; q_Т)

2). На основании полученных результатов необходимо установить:

• зависимость момента завинчивания от усилия затяжки,

• зависимость величины коэффициентов трения от удельного давления,

• сопоставить величины коэффициентов трения в резьбе и на торце гайки между собой и указать причины их различия.

• дать оценку полученным результатам.

5. Вопросы для самопроверки

1. Объяснить устройство приспособления.

2. Объяснить работу моментного ключа.

3. Для чего нужен подшипник, в приспособлении?

4. Какие напряжения испытывает затянутый болт?

5. Как можно упростить расчёт затянутого болта и почему?

6. Как определить момент трения в резьбе?

7. Как определяется момент трения на торце гайки?

8. Что такое приведенный коэффициент трения?

9. Вывести формулу для определения момента трения в резьбе.

10. Вывести формулу для определения момента трения на торце гайки.

11. От каких факторов зависит величина коэффициентов трения в резьбе и на торце гайки?

Лабораторная работа № 2 «Испытание болтовых соединений, работающих на сдвиг»

Цель работы:

1. Экспериментально исследовать затянутые болтовые соединения при установке болтов с зазором (получистые болты), нагруженные сдвигающей силой.

2. По полученным экспериментальным данным рассчитать аналогичные соединения с болтами, поставленными без зазора (чистые болты), и сравнить полученные результаты.

1. Расчетные зависимости.

1. В соединениях, работающих на сдвиг, на поверхностях стыка соединяемых деталей от затяжки болтов создаются силы трения, препятствующие сдвигу.

Расчетная схема соединения представлена на Рис. 14.

Условие работоспособности соединения

(2.1)

N— сила нормального давления

f— коэффициент трения на поверхности стыка

i— число стыков в соединении.

Так как сила нормального давления создается затяжкой болтов, можно записать:

(2.2)

где: F₃ - сила затяжки одного болта,

Z - число болтов в соединении.

β - коэффициент запаса сцепления, величина которого выбирается в пределах β = 1,2…1,25.

В зависимости от величины силы затяжки определяется момент завинчивания.

(2.3)

где: d₂- средний диаметр резьбы

β - угол подъема винтовой линии

φ’- приведенный угол трения в резьбе

α - угол профиля резьбы. (Для метрических резьб α = 60°).

f_T — коэффициент трения на торце гайки

d_ОТВ. - диаметр отверстия под болт в шайбе или детали, контактирующей с головкой болта

D₁ —- диаметр опорной поверхности гайки;

D₁ ≈ 0,98S

S — размер под ключ.

Если предполагать, что значения коэффициентов трения не зависят от силы затяжки, то зависимости (2.2) и (2.3) будут иметь линейный характер.

Коэффициенты трения в резьбе и на горце гайки можно принять:

• чисто обработанные поверхности при наличии смазки — f =0,15,

• грубо обработанные поверхности без смазки – f =0,3,

• чисто обработанные без смазки — f =0,2.

2. Одной из разновидностей фрикционно-болтовых соединений являются клеммовые соединения, где стык проходит по охватывающим друг друга по диаметру поверхностям. Они могут воспринимать как крутящий момент, так и осевую нагрузку и имеют два широко распространенных варианта исполнения а) и б) (Рис. 7).

Смещение ступицы относительно вала под действием внешних нагрузок препятствуют силы трения на поверхности стыка. Необходимое нормальное давление создается затяжкой винтов. При этом ступица деформируется, и условно полагают, что поворот верхней и нижней половин клеммы происходит относительно точки А.

Размеры ступицы избираются конструктивно. От соотношения наружного диаметра ступицы D и диаметра вала зависит жесткость клеммы.

Ступица средней жесткости имеет

D ≈ (1,5…1,8)d_В

Давление, возникающее между ступицей и валом при затяжке винтов, заменяется равнодействующей силой N , и условие работоспособности соединения при действии осевой нагрузки принимает вид:

(2.4)

где: Q — сдвигающая сила,

f - коэффициент трения на поверхности стыка.

Связь сдвигающей силы с усилием затяжки винтов осуществляется следующим образом:

Для варианта а) (Рис. 15):

N_a=2F₃Z

тогда, подставляя в формулу (2.4), получим

Q_a = 4F₃f Z (2.5)

где Z — число винтов в одном ряду.

Для варианта б) (Рис. 15): из условия равновесия клеммы относительно точки А найдем

Подставляя в формулу (2.4), получим:

(2.6)

где Z - число винтов.

Для ступиц средней жесткости давление по охватывающей поверхности распределяется по серпообразному закону. Чтобы учесть в расчете влияние закона распределения давления в формулу вводится отношение 4/π, и последняя принимает вид

(2.6’)

3. При осуществлении соединения болтами, установленными в отверстие без зазора, сдвигающие нагрузки воспринимаются телом болта, и болт в этом случае работает на срез и на смятие (Рис.16).

Допускаемая сдвигающая сила определяется из условия-прочности болта на срез и на смятие.

(2.7)

где: d — диаметр тела болта,

Z - число болтов в соединении,

i - число площадей среза,

- допускаемое напряжение среза для материала болта.

(2.8)

где: (a/2+a₁) - наименьшая для данной схемы длина сминаемой поверхности,

- допускаемое напряжение смятия.

Усилие затяжки при установке болтов без зазора не оказывает влияния на работу соединения.