2.3. Условие самоторможения

Условие самоторможения в болтовом (или винтовом) соединении, при котором приложение статической осевой нагрузки не вызывает са­моотвинчивания гайки, выражается неравенством Т_отв>0.

Принимая f = 0, получим условие самоторможения только в резьбе без учета трения на торце гайки

tg(r'-g) > 0 или g < r'.

Для стандартных крепежных резьб угол подъема g лежит в пределах 2⁰30'…3⁰30', а угол трения в резьбе r обычно в пределах 6⁰…16⁰ в зависимости от используемых материалов, состояния по­верхностей резьбы, наличия на них покрытий, пленок и других три­бологических условий, определяющих величину коэффициента тре­ния в резьбе.

Следует иметь в виду, что условия самоторможения в крепежных резьбах выполняются с запасом только в условиях действия статических нагрузок. Переменные нагрузки, особенно вследствие вибраций, приводят к микросмещениям поверхностей трения, что может вызывать резкое снижение коэффициента трения в резьбе и как следствие самоотвинчивание резьбового соединения.

2.4. К.П.Д. Резьбового соединения

К.п.д. резьбового соединения h можно представить как отношение работы завинчивания гайки А'_зав без потерь на трение к работе завинчивания гайки А_зав с учетом работы сил трения. Учитывая, что работа завинчивания равна произведению момента завинчивания на угол поворота j гайки, имеем

А'_зав = Т'_завj и А_зав = Т_зав j

Следовательно

h = A'_{зав ¤} А_зав = Т'_зав¤Т_зав,

где Т_зав и Т'_зав определяются по приведенным выше формулам, подставляя f = 0 и r = 0.

В результате к.п.д. резьбового соединения с учетом трения на торце гайки

К.п.д. резьбового соединения без учета трения на торце гайки, т.е. при f = 0

h = tgg ¤ tg (g+r').

Аналогично для отвинчивания получим соответственно формулы

и h = tgg ¤ tg (r'-g).

2. Цель и порядок выполнения лабораторной работы

Целью лабораторной работы является экспериментальное определение коэффициентов трения в резьбе и на опорной поверхности гайки болтового соединения, а также к.п.д. резьбового соединения при его завинчивании и отвинчивании.

3.1. Лабораторная установка

Определение коэффициентов трения в болтовом соединении производится на лабораторной установке (Рис.5).

Рис.5. Схема лабораторной установки.

Упругая скоба 1 динамометра сжатия крепится к кронштейну 2 с помощью исследуемого болтового соединения, которое включает в себя болт 3, гайку 4, опорную втулку 5, или упорный подшипник качения 6.

Для завинчивания и отвинчивания гайки служит динамометрический ключ 7 с индикаторной головкой 8. Осевое усилие на винте контролируется с помощью индикаторной головки 9.

Величины осевой силы на винте F и соответствующей ей силы F_к на ключе определяются по показаниям индикаторных головок 8 и 9 с помощью тарировочных графиков (рис. 6 и 7).

3.2. Определение коэффициента трения в резьбе

В качестве исходных используем зависимости для определения момента сил в резьбе Т_p при завинчивании и отвинчивании соответственно (вывод см. в разделе 2)

Т_p = 0,5 F d₂ tg (g+r') и Т_p = 0,5 F d₂ tg (r'-g)

Выражая указанные зависимости относительно параметра r' и подставляя значения Т_p = F_к l и g = arctg Р¤pd₂, где F_k – усилие на

рукоятке динамометрического ключа, l – плечо ключа, g – угол подъема резьбы, Р – шаг однозаходной резьбы, d₂ – средний диаметр резьбы, получим формулы для определения угла трения в резьбе (приведенного угла трения) соответственно при завинчивании и отвинчивании гайки

r' = arctg (2F_kl ¤ Fd₂₎ -g и r' = arctg (2F_kl ¤ Fd₂₎ +g

Величины сил F_к и F определяются экспериментально на лабораторной установке при использовании упорного подшипника качения 6 вместо опорной втулки 5, что позволяет значительно снизить трение в опорной поверхности гайки и считать, что момент на ключе незначительно отличается от момента трения в резьбе, т.е. F_{к ×}l »Т_p.

Примечание. На самом деле момент силы на ключе несколько больше, т.е. F_k×l = Т_p+DТ, где DT - абсолютная ошибка в определении Т_p, равная моменту трения в подшипнике качения. Проявив творческий подход, используя полученные знания в области деталей машин, Вы можете аналитически или экспериментально определить величину момента трения в подшипнике DT, развиваемого при действии соответствующей величины силы F, учесть ее при определении угла трения в резьбе и тем самым обеспечить более точный результат.

Далее остается определить коэффициент трения в резьбе (приведенный коэффициент трения) f ' = tgr' и коэффициент трения пары гайка-винт f = f'×cos a¤2, где a - угол профиля резьбы (для крепежной метрической резьбы a = 60⁰, трубной a = 55⁰).