Приложение а

Описание конструкции экспериментальной установки

«Механические соединения»

Общая характеристика

Экспериментальная установка представляет собой сборно-разборную конструкцию для моделирования различных видов соединений, встречающихся в узлах машин: шпоночное, клеммовое, резьбовое, заклепочное и сварное.

Конструкция экспериментальной установки

На рисунке А1 представлена схема экспериментальной установки в сборке для исследования шпоночного соединения. Монтаж основных деталей установки осуществляется на станине 1, которая в нижней части своей имеет уголки 2 с отверстиями для закрепления с помощью болтового соединения на лабораторном столе. Исследуемое шпоночное соединение образуется модельным валом 3 и ступицей 4, между которыми, в соответствующие пазы, устанавливается испытуемая шпонка 5. Нагружение шпоночного соединения крутящим моментом осуществляется через червячный редуктор 6 путем поворота вала 7. Редуктор 6 относительно станины 1 установлен на стойке 8. Вал 3 устанавливается по шпонке одной стороной в редуктор, а другой во втулку 9 с зазором. Принцип измерения основан на визуальной регистрации начала смятия шпонки и следующего за этим среза и фиксации соответствующих напряжений с одновременным косвенным измерением реактивного момента относительно датчика силы 10. Силовой поток со ступицы 4 передается на датчик силы 10 через болты 11 и 12.

На рисунке А2 представлена схема экспериментальной установки в сборке для исследования клеммового соединения. Монтаж основных деталей осуществляется на станине 1. Исследуемое клеммовое соединение образуется модельным валом 3 и ступицей 13 с клеммами, которые имеют возможность взаимного сближения при затягивании болтового соединения 14. При затягивании болтового соединения 14 по поверхности контакта вала 3 и ступицы 13 появляются упругие деформации и, соответствующие им, напряжения, которые препятствуют взаимному смещению деталей друг относительно друга. Нагружение клеммового соединения крутящим моментом осуществляется через червячный редуктор 6 путем поворота вала 7. Редуктор 6 относительно станины 1 установлен на стойке 8. Вал 3 устанавливается по шпонке одной стороной в редуктор, а другой во втулку 9 с зазором. Принцип измерения основан на визуальной регистрации начала смещения ступицы 13 относительно вала 3 и фиксирования соответствующего реактивного момента через датчик силы 10. Силовой поток со ступицы 13 передается на датчик силы 10 через болты 11 и 12. Усилие затяжки клеммового соединения фиксируется датчиком силы 15. Особенность датчика силы 15 состоит в том, что он имеет отверстие в своей центральной части и непосредственно участвует в передаче силового потока с болтового соединения на клеммы.

На рисунке А3 представлена схема экспериментальной установки в сборке для исследования резьбового соединения, а именно для определения распределения сил в затянутом резьбовом соединении. Монтаж основных деталей осуществляется на станине 1. Модельное резьбовое соединение образуется болтом 19 и квадратной гайкой 20. Соединяемые детали моделируются пластиной 21 и двумя датчиками сил 10, что позволяет непосредственно измерять осевую силу в болте. Гайка 20 установлена в соответствующем квадратном отверстии пластины 21 для избежания необходимости удерживания ее гаечным ключом. Болт устанавливается через втулку 22 с накладкой 23 и проставкой 24. Пластина 21 через тяги 25 связана с ответной тяговой пластиной 26, через которую на исследуемое болтовое соединение передается внешняя осевая сила. Для создания внешней осевой нагрузки используется вал с резьбой 27, поворот которого через червячный редуктор 6 приводит к осевому смещению тяговой пластины 26 и появлению соответствующей осевой нагрузки. Для устранения проворота тяговой пластины 26 используется направляющая вилка 28. Принцип измерения основан на одновременном измерении осевой нагрузки в болтовом соединении и деформации болта датчиком перемещений 29, установленным в стойке 30.

При исследовании трения в резьбовом соединении используется сборка экспериментальной установки, показанная на рисунке А4. Основное отличие от схемы установки для исследования распределения усилий в резьбовом соединении заключается в том, что не используется нагрузочная часть установки, т.е. редуктор, вал с резьбой, тяговая пластина и тяги. Принцип измерения основан на одновременном измерении осевой нагрузки в болтовом соединении и момента завинчивания, который регистрируется динамометрическим ключом. Причем измерения производятся в двух вариантах сборки: с неподвижной накладкой и с упорным подшипником качения (рисунок А5). Сборка с неподвижной накладкой осуществляется следующим образом: к станине 1 прикручивается втулка 22, затем на ней с помощью штифта 31 закрепляется проставка 24, в которую, в свою очередь, штифтом 32 крепится накладка 23 под соответствующий типоразмер болта. При жесткой накладке динамометрический ключ показывает значение суммарного момента трения в резьбе и трения на торце гайки. Сборка с упорным подшипником качения осуществляется аналогично за тем исключением, что вместо проставки 24 устанавливается упорный подшипник качения 33.

На рисунке А5 а представлена схема экспериментальной установки для исследования заклепочного соединения. Монтаж основных деталей осуществляется на станине 1. Исследуемый объект представляет собой заклепочное соединение двух пластин в стык 34 и 35 с накладками 36 сверху и снизу. Закрепление соединенных заклепками 37 пластин 34,35 осуществляется с правой стороны в крепление 38 штифтом 39, с левой стороны по резьбе в датчик сил 10, который, в свою очередь, прикручивается к станине 1. Нагружение заклепочного соединения осуществляется через червячный редуктор 6 и вал с резьбой 27, который, поворачиваясь в ответной резьбе левого крепления пластины 38, производит нагружение заклепочного шва осевой силой. Для избежания проворота крепление 38 помещается в направляющую вилку 28. На рисунке А6 б представлены основные геометрические параметры соединения. Принцип измерения основан на одновременном измерении осевой растягивающей силы датчиком силы 10 и напряжений в пластинах между заклепками тензорезисторами 40.

На рисунке А6 представлена схема экспериментальной установки для исследования сварного соединения. Монтаж основных деталей осуществляется на станине 1. Исследуемый объект представляет собой сварное соединение двух пластин 41 и 42 внахлест фланговыми швами. Закрепление соединенных двумя сварными швами пластин 41,42 осуществляется с правой стороны в крепление 38 штифтом 39, с левой стороны по резьбе в датчик сил 10, который, в свою очередь, прикручивается к станине 1. Нагружение сварного соединения осуществляется через червячный редуктор 6 и вал с резьбой 27, который, поворачиваясь в ответной резьбе левого крепления пластины 38, производит нагружение сварного шва осевой силой. Для избежания проворота крепление 38 помещается в направляющую вилку 28. На рисунке А7 б представлены основные геометрические параметры соединения. Принцип измерения основан на одновременном измерении осевой растягивающей силы датчиком силы 10 и напряжений в пластинах по длине сварного шва тензорезисторами 40.