2.1 Цель работы
Проведение комплексного теоретического и экспериментального исследования влияния величины силы затяжки, диаметра и коэффициента трения на предельную несущую способность клеммовых соединений с жесткой клеммой.
2.2 Задачи исследований
Изучение конструктивных исполнений и теоретических основ расчета клеммовых соединений.
Проведение расчета крутящих моментов в зависимости от силы затяжки и диаметра вала при заданном значении коэффициента трения.
Знакомство с принципом работы экспериментальной установки и методикой измерения силовых параметров.
Экспериментальное определение предельных крутящих моментов при трех заданных диаметрах вала и различной силы затяжки.
Проведение расчетов клеммового соединения в системе APM Win Machine (модуль APM Joint).
Проведение сравнительного анализа теоретических и экспериментальных результатов.
Определение действительного коэффициента трения на основании экспериментальных данных.
Формирование отчета и выводы по результатам работы.
2.3 Ключевые слова и понятия
Соединения, силовое замыкание, разъемные соединения, клемма, нагрузочная способность, жесткая постановка с зазором, податливая установка без зазора.
2.4 Объект исследования и оборудование
Универсальная лабораторная установка «Механические соединения», набор гаечных ключей. Контрольно-измерительная система: персональный компьютер (Windows 2000/NT/XP, LabVIEW, APM WinMachine), датчики измерения усилий.
2.5 Теоретическая часть
Фрикционные соединения обеспечивают полную фиксацию соосно расположенных деталей посредством сил трения (силовое замыкание). По способу создания контактного давления (натяга), приводящего к появлению сил трения, соединения подразделяются на прессовые по цилиндрической и конической поверхностям и клеммовые.
Клеммовые соединения применяют для крепления деталей на валах и осях. Нагрузочная способность этих соединений обеспечивается силами трения в зоне контакта, которая возникает вследствие затяжки резьбового соединения. Клеммовые соединения выполняются с разъемными и неразъемными ступицами (рисунок 2.1), просты в изготовлении и монтаже. Существенным недостатком этих соединений являются низкая нагрузочная способность, большие габариты и невозможность работы при высоких скоростях вращения вала.
а)
б)
Рисунок 2.1– Схема клеммового соединения:
а) неразъемная ступица, б) разъемная ступица
Различают два вида расчетных моделей клеммовых соединений. В первом случае клемма считается абсолютно жесткой (рисунок 2.2), контакт которой с валом считается линейным, а нормальные давления равномерно распределенными по линии контакта. Условия отсутствия сдвига при приложении момента вращения имеет вид
,
[Н·м] (2.1)
где F0 , [Н]– сила затяжки резьбового соединения;
d, [м]– диаметр сопряжения;
f =0,1…0,18 – коэффициент трения
Рисунок 2.2 – Схема жесткого клеммового соединения с зазором
Условие несдвигаемости для случая приложения записывается как:
. (2.2)
Если клемма установлена на валу без зазора и считается податливой (рисунок 2.3), то контактное давление p распределяется по всей поверхности сопряжения. В таком случае условия несдвигаемости при действии крутящего момента имеет вид
; (2.3)
при нагружении осевой силой
, (2.4)
здесь
,
гдеb
– ширина клеммы.
Рисунок 2.3 – Схема гибкого клеммового соединения без зазора
Следует отметить, что модели абсолютно жесткой и податливой клемм не отражают реальной картины и эти расчетные зависимости следует рассматривать как некоторые предельные решения.
Реальная величина силы затяжки F0 для клеммы реальной жесткости, обеспечивающая передачу крутящего момента T будет равна
, (2.5)
при приложении осевой силы
, (2.6)
где
– коэффициент запаса по сдвигу;
z
– число
резьбовых соединений с одной стороны
вала.
В случае одновременного приложения крутящего момента и осевой силы расчет ведется по результирующей нагрузке Fas, значение которой определяется
, (2.7)
т.е. сила затяжки будет равна
. (2.8)