Лабораторна робота №1 перевірка надійності болтового з'єднання, що працює на зсув

Мета роботи: Дослідним шляхом визначити зсувну силу. Встановити залежність зсувної сили від зусилля затягування болта.

Обладнання, інструменти, пристрої: Пристрій для дослідження болтового з'єднання, що працює на зсув, прес ДМ-30М, динамометричний ключ, набір болтів та пластин.

1. Короткі теоретичні відомості.

В машинобудівній практиці дуже часто зустрічаються болтові з'єднання, що знаходяться під дією поперечних сил. Ці з'єднання здійснюються за допомогою болтів, поставлених в отвори з натягом або з зазором. Надійність багатьох конструкцій залежить від роботи цих з'єднань. Монтаж такого з'єднання, що складається з болта (циліндрового стрижня з різьбою на одному з кінців і головкою на іншому), гайки і шайби, проводиться за допомогою двох ключів: одним обертають гайку, другим фіксують головку болта. Остання буде утримувати від провертання.

Щоб забезпечити нерухомість з'єднуваних деталей, болти попередньо затягують силою F_зат, під дією якої на поверхні стику виникають сили тертя F_Т, що протидіють зовнішнім зсуваючим силам F. В результаті цього болт працює на розтяг від сили F_зат. Необхідну силу затягування болта визначаємо за формулою:

(1)

де k =1,2 – коефіцієнт запасу від зсуву деталей;

F – зсуваюча сила;

f – коефіцієнт тертя між з'єднуваними деталями;

для стальних і чавунних деталей f=0,15...0,20;

і – число площин стиків.

Діаметр болта визначається з умови міцності стержня на розтяг. При цьому розрахункове навантаження приймається:

(2)

де =1,3-коефіцієнт,що враховує деформацію болта при крученні.

2. Будова і принцип роботи пристрою.

Пристрій складається ( мал.1) з динамометричного кільця (1), приспосіблення для закріплення індикатора (2) , двох щок (3) ,набору пластин (4), болтів(6) з гайками (10) і втулками(7)і(9), повзунів(5) з упорами(3).

Втулка (7) має виточку, яка запобігає болту прокручуватись при закручуванні гайки.

На пластинах і повзунах є риски. Для збільшення строку служби пластин і повзунів їх поверхні оброблені з двох сторін з певною шорсткістю .

Пластини і повзун промарковані.

Пристрій монтується на столі машини для випробування на розтяг-стиск типу ДМ-30М.

За допомогою болта до динамометричного кільця кріпиться пуансон ( він входить в комплект машини ДМ-30М), який тисне на повзун при проведенні досліду.

В початковому положенні повзун встановлюють так, щоб його риска співпадала з верхньою рискою пластини.

Затягування болтів здійснюється за допомогою динамометричного ключа.

3. Технічна характеристика.

1. Діаметр досліджуваних болтів МІ6, МІ8, М20.

2. Шорсткість контактуючих поверхонь : 2.5;0,63;0,16 мкм.

3. Матеріали контактуючих поверхонь "чавун-сталь".

4. Максимальна сила затягування болта F_зат=11,76·10³ Н.

5. Характеристика динамометрів.

Для ключа –– 1 Нм = 4,57 п.і.

Для кільця –– 1 п.і.= 0,218 Н·м.

4. Порядок виконання роботи.

1. Знаходимо момент закручування, відповідний силі затягування:

= 11, 76·10³ Н

(3)

де d₂ – середній діаметр різьби,

 – кут підйому гвинтової лінії різьби,

 ₁ – зведений кут тертя в різьбі,

f₁ – коефіцієнт тертя на торці гайки,

D – зовнішній діаметр опорної поверхні гайки,

d₀ – внутрішній діаметр опорної поверхні гайки (дорівнює отвору під болт у втулці).

Зведений кут тертя визначається за формулою :

(4)

де,  = 60 – кут профілю метричної різьби

f₂ – коефіцієнт тертя в різьбовій парі.

2. Визначаємо зсуваючу силу за формулою :

(5)

де f_{3 } коефіцієнт тертя на поверхні стику,

і  кількість поверхонь стику.

Підставляючи в дану формулу момент закручування рівний 0,2 М_зак,

0,4 М_зак, 0,6 М_зак, 0,8 М_зак, 1М_зак, визначаємо зусилля F , яке відповідає значенням відповідних моментів закручування.

3. Будуємо графік залежності: F_p = F (М_зак).

4. Затягуємо гайку, динамометричним ключем до моменту, рівного 0,2 М_зак. Значення моменту закручування переводимо в поділки індикатора за допомогою перевідного коефіцієнта.

5. Переміщаючи стіл машини ДМ – 30 М навантажуємо болтове з'єднання до почат­ку зсуву повзуна відносно пластин.

6. Початок зсуву визначається за початком руху стрілки індикатора динамометричного кільця (закінчується приріст навантаження). Найбільші покази індикатора, динамометричного кільця відповідають тертю спокою.

7. Аналогічно п. 4 – 6 визначаємо силу зсуву від затягування болтів , моментами 0,4 М_зак, 0,6 М_зак, 0,8 М_зак, 1М_зак. Після зсуву болт затягуємо наступним М_зак, без зняття попереднього затягування. Необхідно слідкувати, щоб риска повзуна не вийшла за межі нижньої риски на пластини, інакше вичерпається зазор між повзуном і болтом, і болт буде працювати на зріз.

8. За даними випробувань будуємо графік залежності F_е = F(М_зак) і порівнюємо його з графіком, побудованим за розрахунковими значеннями.