Контрольные вопросы

1. Приведите пример применения клеммового соединения в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении?

2. За счет, каких сил клемма удерживается на валу?

3. Почему клеммовое соединение не может передавать большую осевую силу или крутящий момент?

4. Назовите преимущества и недостатки клеммы со ступицей, имеющей прорезь, и клеммы с разъемной ступицей?

5. По какому критерию рассчитывают клеммовое соединение?

6. Как записывается условия работоспособности для клеммового соединения с разъемной ступицей?

7. Записать условие работоспособности клеммового соединения со ступицей имеющей прорезь.

Литература

1. Иванов М.Н. Детали машин. М., Высшая школа, 1984.С. 172-188.

2. Гузенков П.Г Детали машин. М., Высшая школа, 1986. С. 224-248.

3. Колпаков А.П., Карнаухов И.Е., Воронов А. Г. Детали машин и подъемно-транспортные устройства. Раздел «Детали машин»: Методические указания и задания для курсового проекта. М., 1986. С.50-54.

4. Чернавский С.А. и др. Курсовое проектирование

Деталей машин М.: Машиностроение 1987.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

«Исследование болтового соединения при приложении внешней нагрузки»

Цель работы: Экспериментально определить, какое усилие воспринимает болт после затяжки и приложения внешней нагрузки.

Содержание работы: В процессе работы следует изучить характер воздействия внешней нагрузки на болтовое соединения.

Оборудование и инструмент:

• Лабораторная установка

• Штангенциркуль.

Продолжительность работы: 2 ч.

Место работы: Специализированная аудитория по дисциплине "Детали машин"

Содержание отчета

В отчете о работе следует указать:

• Название и цель работы.

• Общие сведения о болтовых соединениях.

• Силы и деформации в моделируемом болтовом соединении

(рисунок 33)

• Диаграмма "нагрузка-деформация" для болта и стыка (рисунок 30) с указанием на них значений деформаций в мм нагрузок в Н

• Результаты расчетов и замеров (таблица 25, 26).

• Вывод.

Общие сведения: Болты крепления кронштейнов (рисунок 26), крышек резервуаров (рисунок 27), фланцев муфт (рисунок 28) вначале затягивают с усилием затяжки - F_заm. При этом затяжка должна обеспечить или нераскрытие стыка под нагрузкой, или герметичность соединения. Затем прикладывают внешнюю нагрузку – F_вн , благодаря чему болты дополнительно нагружаются. Выясним, вся ли внешняя нагрузка воспринимается болтами, или только ее часть?

Поставленную, задачу решим с учетом деформаций болта и скрепляемых деталей.

С этой целью выделим элемент болтового соединения и рассмотрим его работу под действием приложенных сил (рисунок 29).

В исходном состоянии при отсутствии нагрузок деформации равны нулю (рисунок 29 а).

Рисунок 26 - Крепление кронштейна к основанию

Рисунок. 27 - Крепление крышки резервуара

Рисунок 28 - Соединение болтами фланцев

После приложения силы затяжка F_зат стык сжался на величину, _сm, а болт растянулся на величину, _б, мм (рисунок 29 б).

_сm = , _б= , (10.1)

где с_б и с_сm - жесткости болта и стыка, Н/мм,

, ,

где E_б и Е _сm - модули упругости материала болта и стыка, Н/мм²

А_б и А_сm расчетные площади сечения болта и стыка, мм

l _б и l_сm - расчетные длины болта и стыка, мм.

После приложения внешней нагрузки на соединение болт дополнительно удлинится на величину , а стык уменьшит сжатие на ту же величину  (рисунок 29в). Болт получит удлинение

_б = _б + ,.

а стык сжатие

_ст = _ст -  . (10.2)

Следовательно, нагрузка на болт

F_б = (_б + )  с _б , (10.3)

а нагрузка в стыке (так называемая остаточная реакция стыка) станет равной

F_ст = (_ст - ) с _cт. (10.4)

Подставим значения _б и _сm из уравнений (10.1) в уравнения (10.2) и (10.3), получим

F_б = F_зат +   с _б , (10.5)

F_ст = F_зат -   с_ст.

Из условия равновесия болта, нагруженного внешней силой F_вн и усилием в стыке F _cm (рисунок 29 г), имеем

F_б = F_вн + F_ст , (10.6)

т.е. можно сказать, что суммарная нагрузка на болт равна сумме внешней нагрузки и остаточной затяжки стыка.

Решая уравнения (10.4), (10.5) и (10.6) получим

(10.7)

Рисунок 29 - Схема деформаций и сил в болтовом соединении при

а) - отсутствии нагрузок (исходное состояние);

б) - действии силы затяжки;

в)- действии внешней нагрузки;

г)- схема равновесия болта.

Обозначая - коэффициент внешней нагрузки

(10.8)

имеем

.

Остаточная затяжка стыка

. (10.9)

Если известна площадь стыка А _cm , то среднее давление в стыке

Для обеспечения герметичности резервуара необходимо чтобы,

Р_ст > p,

где р - давление в резервуаре.

Графическая интерпретация работы болтового соединения представлена на рисунок 30.

Жесткости болта и стыка на графике изображены как тангенсы углов наклона прямых к оси абсцисс

До приложения внешней нагрузки болт и стык испытывают только силу затяжки (точка А). При действии внешней нагрузки болт удли­няется на величину  и воспринимает усилие F_б (точка В), а затяжка стыка в это время уменьшается до величины F_cm (точка С).

В точке Д болт воспринимает максимальную нагрузку F_б ^max при кото­рой остаточная затяжка стыка равна, нулю (точка 0₂),

Проанализируем работу соединения с учетом жесткостей болта и скрепляемых деталей

1. Болт абсолютно жесткий, стык податлив.

Тогда по уравнению (10.8)  = 1, Следовательно,

Рисунок 30 - Диаграмма «нагрузка-деформация» для болта и стыка

Рисунок 31 - Упругие болты

Т.е. болт воспринимает всю внешнюю, нагрузку, а стык только силу затяжки,

.

3. Стык абсолютно жесткий, а болт податлив .

,

т.е.болт не воспринимает внешней нагрузки.

Поэтому одной из возможностей уменьшения действия внешней нагрузки на болт является увеличение его податливости (уменьше­ние жесткости), Конструктивно упругие болт можно выполнить так, как показано на рисунке 31 а, б. Прочность обычного болта определя­ется приближенно величиной внутреннего диаметра резьбой d₁. Учитывая отсутствие концентрации напряжения в не нарезанной части стержня, его диаметр можно брать меньше d₁ или просверлить здесь отверстие. При этом болт будет равнопрочным, а его податливость увеличится.

Лабораторная установка представлена на рисунке 32. Установка моделирует работу изучаемого болтового соединения. Жесткости болта и стыка условно заменены жесткостями пружин сжатия, как более удобными при определении деформаций. На рисунке 32 обозначены:

1- пружина болта;

2 - пружина стыка;

3 - пружина внешней нагрузки.

Так как внешняя нагрузка на болт передается от соединяемой детали через гайку, то внешнюю нагрузку можно приложить непосредственно к болту, что и используется в установке посредством пружины 3.