close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Dobroborsky Ispytanie

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
Автомобильно-дорожный факультет
Кафедра наземных транспортно-технологических машин
ДЕТАЛИ МАШИН
Методические указания по выполнению лабораторной работы
«Испытание болтового соединения при действии
поперечной нагрузки»
Санкт-Петербург
2012
1
УДК 621.81/85
Рецензент д-р техн. наук, профессор С. А. Волков (СПбГАСУ)
Детали машин: метод. указания по выполнению лабораторной
работы «Испытание болтового соединения при действии поперечной
нагрузки» / сост. Б. С. Доброборский; СПбГАСУ. – СПб., 2012. – 12 с.
Содержатся общие положения и расчетные зависимости, описание лабораторной установки, последовательность выполнения работы.
Предназначены для студентов инженерных специальностей.
Ил. 3.
1. Цели работы
Цели данной работы – экспериментальное определение величин
коэффициента трения fэ между сухими (несмазанными) стальными поверхностями в болтовом соединении при различных силах нормального давления на этих поверхностях и сравнение полученных величин fэ
с теоретическим значением коэффициента трения fр, используемым
в инженерных расчетах прочности болтовых соединений.
2. Общие положения и расчетные зависимости
Поперечной называется нагрузка болтового соединения, действующая в плоскости, перпендикулярной к осям болтов. В практике применяются два варианта болтового соединения при действии поперечной нагрузки: болтами, установленными в отверстия в соединяемых
деталях с зазором (рис. 1, а), и болтами, установленными в отверстия
без зазора (рис. 1, б). Во втором случае (см. рис. 1, б) сдвигу соединяемых деталей при действии поперечной нагрузки препятствует тело
болта и разрушение соединения происходит при срезе болта в плоскостях стыков соединяемых деталей. При первом случае болтового
соединения (см. рис. 1, а), испытание которого проводится в данной
лабораторной работе, до приложения сдвигающей силы Q (поперечной нагрузки) болты затягиваются до усилия N. Пластины 1 и 2 (соединяемые детали) сжимаются между гайкой 3 и головкой болта 4. При действии силы Q, меньшей предельного значения, пластины удерживаются
от сдвига силами трения, возникающими на поверхностях стыков.
Если пластины сдвинутся относительно друг друга, то соединение считается разрушенным.
Сила Q, при которой пластины сдвигаются, является предельной при данной силе затяжки N.
Предельная сдвигающая сила Q равна силам трения Fтр, возникающим на поверхностях стыков:
 Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет, 2012
2
Q = Fтр i ,
где i – число стыков (на рис. 1 i = 2).
3
(1)
Таким образом, для определения величины fэ необходимо знать
силу затяжки N и сдвигающую силу Q.
В инженерных расчетах прочности болтовых соединений для
сухих стальных обработанных поверхностей принимается коэффициент трения fp = 0,15–0,2, а для необработанных поверхностей
в металлических конструкциях – fр = 0,3.
Из условия обеспечения прочности болта сила затяжки N не должна превышать допустимой силы затяжки
а
2
πd 1 [ σ ] р
,
[ N ]=
⋅
4
β
б
(5)
где d 1 – внутренний диаметр резьбы болта; [σ] р – допускаемое
напряжение при растяжении; β – коэффициент, учитывающий
напряжение кручения в теле болта при его затяжке; β = 1,3.
Допускаемое напряжение
[ σ] р =
σт
n
,
(6)
где σт – предел текучести материала болта; n – коэффициент запаса
прочности.
Рис. 1. Схемы болтовых соединений
при действии поперечной нагрузки
Сила трения
3. Описание лабораторной установки
Fтр = Nfz ,
(2)
где N – сила затяжки одного болта; f – коэффициент трения на поверхности стыка; z – число болтов в соединении; в испытываемом в данной работе соединении z = 1.
Выражение (1) для силы Q с учетом (2) имеет вид
Q = Nfzi .
(3)
Из соотношения (3) получаем для испытываемого соединения
(см. рис. 1, а) при i = 2 и z = 1 формулу для определения экспериментального значения коэффициента трения
fэ =
4
Q
.
2N
(4)
Лабораторная установка (рис. 2) состоит из винтового пресса,
испытываемого болтового соединения и устройств для измерения силы
затяжки болта N и сдвигающей силы Q.
Винтовой пресс, предназначенный для создания силы Q, смонтирован на стойке 5, закрепленной на основании 1. Винт 7 пресса
имеет по всей длине два боковых шпоночных паза и, направляемый
шпонками 6, установленными в пазах стойки 5, может перемещаться
при вращении гайки 4 только вдоль направляющего горизонтального
отверстия стойки. Гайка 4 является также червячным колесом червячного редуктора 3 и приводится во вращение от маховичка 15 червяком 2.
Испытываемое болтовое соединение состоит из наружных пластин 11, внутренней пластины 12 и болта 17 с гайкой 13.
5
точенной до величины внутреннего диаметра резьбы средней части
тела болта, двух компенсационных датчиков, наклеенных на отдельной пластине, и измерителя деформаций ИД-70.
Выводы от рабочих датчиков проходят по отверстиям 18 в теле
болта. Рабочие Р и компенсационные датчики K соединяются в полумост и подключаются к прибору ИД-70 (рис. 3).
Рис. 3. Схема подключения тензодатчиков к прибору ИД-70
При испытании величина силы затяжки болтового соединения
N контролируется по шкале реохорда измерителя деформаций.
Сила N определяется по формуле
N = αN ∆ ,
Рис. 2. Лабораторная установка
(7)
где αN – тарировочный коэффициент, Н/дел.; ∆ – разность отсчетов по
шкале реохорда при данной силе Q и при Q = 0.
При заданной силе затяжки N разность отсчетов по шкале реохорда определяется по формуле
N
αN .
Наружные пластины 11 прикреплены осью 10 к задней стойке 8
и не могут перемещаться в продольном направлении. При испытании
соединения внутренняя пластина сдвигается относительно неподвижных наружных. При затяжке болта пластины опираются на столик 9.
Устройство для измерения сдвигающей силы Q состоит из динамометрического кольца 14 и индикатора 16. Динамометрическое кольцо с одной стороны с помощью планок, болтов и пальцев соединяется
с винтом 7, а с другой стороны – с пластиной 12. Сдвигающая сила Q,
создаваемая прессом, передается пластине 12 через кольцо 14 и упруго
деформирует его. По величине деформации кольца в поперечном направлении, измеряемой индикатором 16, определяется величина Q.
Устройство для измерения силы затяжки болта N состоит из двух
рабочих датчиков омического сопротивления 19, наклеенных на про-
При испытании сдвигающая сила Q увеличивается вращением
маховичка 15 винтового пресса до момента начала сдвига пластины
12 относительно неподвижных пластин 11. Момент начала сдвига
определяется по падению силы Q (уменьшению показаний индикатора 16), так как в момент начала сдвига сила трения покоя сменяется
меньшей по величине силой трения движения.
Предельная сдвигающая сила определяется по формуле
6
7
∆=
Q = αQ h ,
(8)
(9)
где αQ – тарировочный коэффициент, Н/мм; h – наибольшее отклонение
стрелки индикатора, мм.
Тарировочные коэффициенты α N и α Q определяются по
тарировочным графикам.
4. Последовательность выполнения работы
Работу следует выполнять в такой последовательности:
1) зарисовать в отчет схему испытываемого болтового соединения (см. рис. 1, а) и записать исходные данные: параметры болта
и тарировочные коэффициенты;
2) по формуле (6) определить допускаемое напряжение [σ]р, а по
формуле (5) – допускаемое усилие затяжки болта [N];
3) определить усилия затяжки, при которых будет испытываться
болтовое соединение, принимая
N1 = 0; N2 = 0,2 [N]; N3 = 0,4 [N]; N4 = 0,6 [N]; N5 = 0,8 [N]; N6 = [N];
4) по формуле (8) определить разность отсчетов ∆ по шкале реохорда при каждом из ранее определенных значений силы Ni;
5) отвернуть гайку 13 (см. рис. 2) испытываемого болтового соединения до свободного состояния, т. е. до N = 0. Поворотом ручки
реохорда измерителя деформаций произвести балансировку измерительного моста, т. е. установить стрелку микроамперметра на нуль.
Снять показание шкалы реохорда;
6) определить показания шкалы реохорда, которые должны иметь
место при затяжке болта до каждого из усилий Ni. Для этого к показанию шкалы реохорда при N = 0 прибавить разность отсчетов ∆i;
7) затянуть болт до усилия N2, контролируя величину N2 по шкале реохорда: при N2 шкала реохорда должна стоять на делении, определенном в п. 6, а стрелка микроамперметра – на нуле;
8) вращением маховичка 15 (см. рис. 2) увеличивать сдвигающую силу Q. При достижении предельной величины силы Q стрелка
индикатора отклонится в сторону уменьшения показания. Наибольшую величину показания индикатора записать в отчет.
Примечание. При испытании необходимо следить за взаимным
положением пластин 11 и 12 по рискам на их верхних поверхностях.
При подходе риски на пластине 12 к передней риске на пластине 11
необходимо отвернуть гайку 13 до свободного состояния болта 17,
8
возвратить пластину 12 в крайнее заднее положение и продолжить
испытание;
9) выполнив операции, аналогичные операциям по пп. 7 и 8, провести испытания при других усилиях затяжки Ni;
10) по формуле (9) определить наибольшее значение сдвигающей силы Q, а по формуле (4) – значения коэффициентов трения fэ
между пластинами испытываемого болтового соединения при различных усилиях затяжки N. Результаты записать в отчет;
11) построить график зависимости экспериментального коэффициента трения fэ от усилия затяжки N. Нанести на этот график зону
значений коэффициента трения fр, используемого при инженерных
расчетах прочности болтовых соединений;
12) сравнить значения коэффициентов трения fэ и fp и сделать
соответствующие выводы.
5. Форма отчета
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
«Испытание болтового соединения при действии
поперечной нагрузки»
1. Схема болтового соединения
2. Параметры болта и тарировочные коэффициенты
3. Допускаемое напряжение [σ]р
4. Допускаемое усилие затяжки болта [N]
9
5. Результаты испытаний усилия затяжки болтового соединения
N1 = 0
N2 = 0,2 [N]
N3 = 0,4 [N]
N4 = 0,6 [N]
N5 = 0,8 [N]
N6 = [N]
N5 = 0,8 [N]
N6 = [N]
6. Разность отсчетов ∆
N1 = 0
N2 = 0,2 [N]
N3 = 0,4 [N]
N4 = 0,6 [N]
Оглавление
1. Цели работы.......................................................................................................3
2. Общие положения и расчетные зависимости .................................................3
3. Описание лабораторной установки .................................................................5
4. Последовательность выполнения работы .......................................................8
5. Форма отчета .....................................................................................................9
7. Показания шкалы реохорда
N1 = 0
N2 = 0,2 [N]
N3 = 0,4 [N]
N4 = 0,6 [N]
N5 = 0,8 [N]
N6 = [N]
8. Предельные величины силы Q
N1 = 0
N2 = 0,2 [N]
N3 = 0,4 [N]
N4 = 0,6 [N]
N5 = 0,8 [N]
N6 = [N]
9. Значения коэффициентов трения fэ
N1 = 0
N2 = 0,2 [N]
N3 = 0,4 [N]
N4 = 0,6 [N]
N5 = 0,8 [N]
N6 = [N]
10. График зависимости экспериментального коэффициента трения fэ
от усилия затяжки N
11. Выводы
Студент _____________ Группа_____________
Дата_______________
Принял______________
Дата________________
10
11
ДЕТАЛИ МАШИН
Методические указания по выполнению лабораторной работы
«Испытание болтового соединения при действии
поперечной нагрузки»
Составитель Доброборский Борис Самуилович
Редактор А. В. Афанасьева
Корректор М. Б. Воронкова
Компьютерная верстка И. А. Яблоковой
Подписано к печати 27.12.12. Формат 60×84 1/16. Бум. офсетная.
Усл. печ. л. 0,7. Тираж 100 экз. Заказ 214. «С» 122.
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет.
190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4.
Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.
12
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
733 Кб
Теги
dobroborsky, ispytaniam
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа