Болт затягнутий, зовнішнє навантаження розкриває

СТИК ДЕТАЛЕЙ

 

Мета роботи: експериментально визначити, яке зусилля сприймає болт після його затяжки і після прикладення на стик зовнішнього навантаження.

Прилади і обладнання: лабораторна установка «Болт затягнутий, зовнішнє навантаження розкриває стик деталей»; штангенциркуль.

 

Порядок виконання роботи

 

1. Ознайомитися з будовою лабораторної установки «Болт затягнутий, зовнішнє навантаження розкриває стик деталей» (рис. 8.1). Установка моделює роботу болтового з‘єднання кріплення кришок резервуарів, навантажених тиском вище атмосферного, болтів підшипникових вузлів і т.д.

 

Рис. 8.1. Лабораторна установка

“Болт затягнутий, зовнішнє навантаження розкриває стик деталей”

 

Затяжка болтів повинна забезпечити герметичність з’єднання та нерозкриття стику (не допустити появи зазору) під навантаженням. Ця задача вирішується з урахуванням деформації деталей з’єднання.

Жорсткість болта і стику умовно замінені жорсткостями пружин стиску як більш зручними при визначенні деформацій.

2. Визначити жорсткість пружин за формулою, Н/мм: ,

де G – модуль зсуву, G=7,7·10⁴ Н/мм²; d-діаметр проволоки пружини, мм; D-розрахунковий діаметр пружини (див. рис. 8.1), мм: D=D_H–d, D_H – зовнішній діаметр пружини; і-розрахункове число витків, і=і₀-1,5; і₀ – повне число витків пружини.

Дані занести в таблицю.

3. Встановити пружини у вихідне положення, при якому навантаження рівні нулю; деформації пружин і зазори у стику повинні бути також рівні нулю. Зафіксувати у таблицю точки початку відліку S₀ на лінійках болта і стику (див. рис.8.2, а).

 

 

Рис. 8.2. Деформація в модельованому болтовому з’єднанні

4. Затягнути гайку болта з розрахунковим зусиллям, відповідним деформації пружини стику, рівній D_ст=8-12 мм. Таким чином, зусилля затягування, Н: F_зат=D_ст·С_ст. При цьому прапорець встановити у горизонтальному положенні, що вказує на те, що стик затягнутий.

5. Зафіксувати в таблицю (див. журнал для лабораторних робіт) точки відліку S₁ після прикладання сили затяжки, а також визначити деформації болта і стика як абсолютну різність показань S₁–S₀=D (див. рис. 8.2)

6. Зафіксувати в таблицю (див. журнал для лабораторних робіт) точку початку відліку по лінійці зовнішнього навантаження S₀^зовн.

7. Навантажити з’єднання (болт) зовнішнім навантаженням, вказаним викладачем, наприклад, Н: F_зовн=0,8·F_зат, тобто пружину зовнішнього навантаження стиснути на величину, мм: Dl·_Fзовн=F_зовн/С_зовн.

8. Зафіксувати у таблицю нові точки відліку на усіх лінійках S₂ і визначити деформацію пружин болта і стику, мм: Dl^d=S₂^d-S₀^d; Dl^¶=S₂^¶-S₀^¶.

9. Визначити навантаження на болт і стик після прикладення зовнішнього навантаження, Н: F_d=Dl^d·C_d;

F_¶=Dl^¶·C_¶.

10. Визначити коефіцієнт зовнішнього навантаження по експериментальним значенням .

11.Визначити теоретичний коефіцієнт зовнішнього навантаження

.

12. Визначити похибку експерименту за формулою

13.Визначити максимальне зовнішнє навантаження, при якому стик розкриється. Для цього необхідно збільшувати зовнішнє навантаження до тих пір, доки не впаде прапорець. Зафіксувати після цього максимальні деформації пружини. Визначити максимальне навантаження, Н:

F_зовн^max=D_max^зовн_·С_зовн;

F_d^max=D_max^d·C_d.

Дані занести в таблицю (див. журнал для лабораторних робіт)

14. Розвантажити всі пружини і привести у вихідне положення.

 

Теоретична частина

 

На рис.8.4,а показано з’єднання без затяжки болта. Дамо з’єднанню попередню затяжку силою F₀ (рис.8.4,б). Тоді внаслідок пружної деформації з‘єднання болт розтягнеться на величину D1^d, а деталі зіжмуться на Dl^¶.

Покажемо результати попередньої затяжки за допомогою пружних деформацій розтягу болта і стиску деталей (рис.8.5,а). Коли з‘явиться зовнішнє розтягуюче навантаження F (рис.8.4,в), болт додатково подовжиться на Dl^1d, а стиск деталей зменшиться на Dl^1¶. При цьому тільки частина сили F, рівна х·F(рис.785,б), буде додатково розтягувати болт на величину Dl^1d,а інша частина сили F, рівна (1-х)F, зменшить притиснення деталей на Dl^1¶ (частково розвантажить деталі стику від стиснення). Тепер болт буде розтягуватися силою F_d, а деталі – стискатися силою F_Д, тобто:

F_d=F₀+x·F;

F_Д=F₀-(1-x)·F,

де х – коефіцієнт зовнішнього навантаження, що показує, яка частина зовнішнього навантаження F сприймається болтом (враховується податливість болта і з’єднуваних деталей).

При наближених розрахунках приймають: для з‘єднання стальних і чавунних деталей без пружних прокладок (мала податливість стику) х=0,2...0,3.

Для тих же деталей, але з пружними прокладками (резина, азбест, поліетилен та ін.) (велика податливість з’єднуваних деталей), х=0,4...0,5.

в)

б)

а)

 

Рис.8.3. Послідовність отримання з’єднання

„Болт затягнутий силою F₀ з додатковим осьовим навантаженням F”

Рис.8.4. Графічна інтерпретація з’єднання

„Болт затягнутий з додатковим осьовим навантаженням”

 

Контрольні запитання

 

1. Назвіть причини нерівномірного розподілу навантаження на витках гайки. Які конструктивні заходи використовують для підвищення рівномірності навантаження витків різьби?

2. Накресліть діаграму сумісних деформацій болта та деталей з’єднання і визначте на ній зовнішню силу на з’єднання, силу навантаження болта та силу навантаження стику деталей.

3. Запишіть вираз для розрахункової сили на болт у разі навантаження з’єднання зовнішньою осьовою силою.

4. Як впливає жорсткість болта та деталей з’єднання на розрахункову силу на болт?

5. Чому при змінних зовнішніх навантаженнях з’єднання доцільно використовувати болти малої жорсткості?

Лабораторна робота №9