Испытание затянутого болтового соединения,

РАБОТАЩЕГО НА СДВИГ

 

1. Цель работы

Работа предназначается для определения сдвигающей силы F (расчетным и экспериментальным путем) в зависимости от момен­та затяжки болта T_заm.

 

2. Расчетные зависимости

В испытуемом соединении (рис. 1) болт 1 поставлен с зазором, его стержень при затяжке (моментом на ключе T_заm) растягивается и скручивается.

Пластины 2, 3 удерживаются от сдвига силами трения F_ί, возникающими на поверхностях контакта. Условие, при котором начинается сдвиг, выражается зависимостью [1, c. 111–113; 2, с. 36–37; 3, с. 95–96].

 

F = F_ί ּ n, (1)

где F – предельная сдвигающая сила; n – число поверхностей трения.

В свою очередь

 

F_ί = F₀ ּ f_c, (2)

где F₀ – усилие предварительной затяжки; f_c – коэффициент трения на стыке. Таким образом,

F = F₀ ּf_c ּ n.(3)

 

Если коэффициент трения на стыке принять постоянным (при изменении усилия затяжки), то зависимость силы сдвига от ве­личины F₀ будет линейной.

Момент на ключе и сила затяжки связаны между собой фор­мулой [1, c. 105–107; 2, c. 28–30; 3, c. 83–85].

 

(4)

где T_p – момент трения в резьбе; T_т – момент трения на торце гайки; d₂ – сред-ний диаметр резьбы; ψ – угол подъема резьбы; φ – приведенный угол трения в резьбе; f_т – коэффициент трения на торце гайки; H – размер под ключ; d₀ – внутренний диаметр опорной поверхности гайки (диаметр отверстия под болт).

Определив из формулы (4) F₀ и подставив его выраже­ние в основное условие (3), получим

(5)

 

В свою очередь

(6)

где – шаг резьбы; i – число заходов;

F/1 F/2

где f_p – коэффициент трения в резьбе; β – угол наклона рабочей стороны профиля резьбы к плоскости поперечного сечения (для метрической резьбы β = /6, cos /6 ≈ 0,87).

Рис. 1. Схема соединения

 

3. Оборудование

Исследуемый узел «Болт-пластины», динамометрический ключ со сменной головкой, штангенциркуль, резьбомер.

 

4. Порядок выполнения работы

Пластины 1 (рис. 2), болт 2 с шайбой 3 и гайкой 4 вы­бираются по указа-нию преподавателя.

Расчет силы трения при сдвиге.

Замеряются: наружный диаметр резьбы болта (d); шаг резьбы (Р); размер под ключ (H); диаметр отверстия под болт (d_о) и округляются до ближайших значений по ГОСТ.

Внутренний диаметр (d₁) и средний (d₂) берутся из таблиц ГОСТа, а угол ψ определяется по формуле (6).

Расчетная сила F определяется по формуле (3), причем в качестве силы прижатия пластин (F₀) следует брать силу, не превышающую допускаемую ([F₀]) из условия прочности болта на растяжение.

Коэффициенты трения скольжения на поверхностях стыка пластин (f_c), торце гайки (f_т) и в резьбе (f_р) ориентировочно можно выбирать из табл. 1.

 

Таблица 1

 

Состояние контактирующих поверхностей	Коэффициент трения
Чисто обработанные смазанные поверхности	0,1
Чисто обработанные несмазанные поверхности	0,2
Грубо обработанные несмазанные поверхности	0,3

 

Рис. 2. Схема стенда для исследования резьбового соединения на сдвиг

 

Момент [T_заm], который необходимо приложить к гайке 4, чтобы затянуть болт до силы [F₀], определяется по формуле (4)

Все данные заносятся в табл. 2.

Строится график F = f(T_заm), представляющий собой прямую, проходящую через начало координат.

Определение силы трения при сдвиге опытным путем.

Испытуемые пластинки 1 (рис. 1) вставляются в пазы боковых пластин 5 и фиксируются винтами. Устанавливается болт 2, одевается шайба 3 и от руки завертывается гайка 4. Фиксирующая от поворота планка 11 прижимается к грани головки болта и закрепляется винтами.

Гайка 4 затягивается динамометрическим ключом до момента 0,25[T_заm] (момент фиксируется по шкале индикатора ключа).

Болтовое соединение нагружается вращением маховичка 7 по часовой стрелке до начала сдвига, которое определяется по остановке стрелки индикатора 8 динамометрического кольца 9.

Наибольшее значение силы сдвига, соответствующее трению покоя, заносится в отчет.

При выполнении опыта необходимо следить, чтобы шток 10 винтового пресса при движении не выходил за пределы нанесен­ных на нем рисок, иначе в соединении выберется зазор и болт будет работать на срез.

Определяется сила сдвига от затяжки болта моментом 0,5[T_заm], 0,75[T_заm] и [T_заm].

Каждый опыт необходимо повторить три раза и среднее арифметическое значение внести в отчет.

 

5. Обработка экспериментальных данных

Результаты эксперимента заносятся в табл. 4.3.

Строятся графики (в одной системе координат) F = f(T_заm), полученные расчетным и экспериментальным путем.

 

6. Заключение

Объясняется расхождение между расчетными и опытными зна­чениями силы сдвига. Приводятся примеры, позволяющие изменить силу сдвига при постоянной затяжке.

Анализируется влияние выбранных коэффициентов трения f_c, f_P и f_т на величину силы сдвига.

Объясняется характер зависимости F = f(T_заm) (в общем случае нелиней-ный), полученный экспериментальным путем.

 

7. Оформление отчета.

– Подготовит титульный лист (см. образец на стр. 4).

– Изобразить схему резьбового соединения (см. рис 1).

Подготовить и заполнить табл. 2.

Таблица 2

Данные для расчета силы сдвига

 

Наименование	Обозначение	Величина
Наружный диаметр резьбы	d, мм
Шаг резьбы	р, мм
Число заходов	ί
Средний диаметр резьба	d2, мм
Внутренний диаметр резьбы	d1, мм
Угол подъема резьбы	ψ, рад
Допускаемая сила затяжки	[F0]
Коэффициент трения для стыка	Fс
Коэффициент трения для резьбы	fp
Коэффициент трения для торца гайки	fT
Поведенный угол трения для резьбы	ψ, рад
Наружный диаметр опорной по­верхности гайки (размер под ключ)	H, мм
Внутренний диаметр опорной поверхности гайки (диаметр отверстия под болт)	d0, мм
Крутящий момент при затяжке	[Tзаm], Hּм
Сила трения при сдвиге	F,H

 

 

Подготовить и заполнить табл. 3.

 

Таблица 3

Результаты проверки силы сдвига опытным путем

 

Момент на ключе, Нּм	0,25[Tзаm]	0,5[Tзаm]	0,75[Tзаm]	[Tзаm]
Сила трения при сдвиге, Н

 

Построить график зависимости .

	F, Н

Тзат, Нּм

 

Рис. 4. График зависимости силы сдвига от момента на ключе.

 

Дать заключение по проделанной работе (см. пункт 6).

 

 

Контрольные вопросы

 

1. От каких факторов зависит момент завинчивания в резьбовом соединении?

2. Какие напряжения испытывает предварительно затянутый болт, поставленный с зазором, при нагружении соединения сдвигающей силой?

3. Какие напряжения испытывает болт, поставленный без зазора («под развертку»), при нагружении соединения сдвигающей силой?

4. Напишите условие несдвигаемости пластин для данной схемы резьбового соединения (см. рис. 1).

5. Чем объясняется расхождение между расчетными и опытными значениями силы сдвига?

6. Какими мерами можно изменить силу сдвига пластин при постоянной затяжке болта?

7. По какому условию определяется допускаемая сила затяжки болта ?

 

 

Библиографический список

 

1. Решетов, Д. Н. Детали машин: учеб. для студентов машиностроит. и механич. спец. вузов. / Д. Н. Решетов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

2. Иванов, М. Н. Детали машин: учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений / М. Н. Иванов. – 5-е изд., – перераб. – М.: Высш. шк., 1991. – 383 с.

3. Иосилевич, Г. Б. Детали машин: учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г. Б. Иосилевич. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3