PrikladnayaMekhanika

191

4, виконаного заодно з порожнім валом 5, обертання передається через досліджувану муфту 13 на вал 11, що проходить усередині вала 5. Вал 5 є ведучим стосовно вала 11.

Зовнішній момент створюється на валу 11 за допомогою балансованого колодкового гальма 6, на якому закріплена призма 10, що впирається в плоску балку 8. Величина прогину балки 8 пропорційна моменту та визначається по індикатором 9. Всі агрегати змонтовані на чавунній плиті 12.

Тарування балки 8 здійснюється за допомогою пристрою, що складається з важеля 14 і підвіски 15 із чотирма вантажами по 1 кг (рис. 6.13б). Сутність тарування складається у визначенні показань індикатора 9 при навантаженні балки 8 заздалегідь відомим моментом. Пристрій кріпиться на веденому валу 11 гвинтом 16. Крутний момент, створюваний підвіскою або окремим вантажем, становить 2 Н·м. Тарування балки 8 варто робити перед початком роботи на установці.

Рис. 6.13. а) кінематична схема установки для дослідження запобіжних муфт, б) пристрій для тарування

6.8.5. Порядок виконання роботи

1.Підготовча частина.

1.1.Протарувати пружну тензометричну балку 8. Для цього необхідно затиснути гальмо, установити тарувальий пристрій й навантажити його вантажем Р. Зняти показання індикатора S. Результати занести в табл. 6.1.

1.2.Побудувати тарувальний графік Т-S (рис. 6.15).

2.Експериментальна частина.

192

2.1.Установити на муфті висоту пружини L, задану викладачем, за допомогою регулювальних гайок. Замір висоти пружини робити штангенциркулем.

2.2.Установити муфту на вал установки, відпустити гальмо.

2.3.Увімкнути двигун. Плавно навантажити муфту до моменту спрацьовування. У момент спрацьовування зафіксувати показання індикатора.

2.4.Дослід проводити 5 разів.

2.5.За графіком Т-S (рис. 6.15) визначити моменти спрацьовування

муфти ТЕ.

2.6.Визначити середнє значення моменту спрацьовування муфти Тсер.

3.Розрахункова частина.

3.1.Визначити зусилля пружини Fa за графіком (рис 6.14).

3.2.Визначити розрахунковий момент спрацьовування Тр.

3.3.Визначити коефіцієнт точності спрацьовування:

		K	T		TЕmax		,	(6.8)
					T
					Еmin
де ТЕmax і ТЕmin – найбільший і найменший моменти спрацьовування.
3.4.	Визначити точність розрахунку, %:
	T	Tp TЕср				100%.		(6.9)
			TЕср

Рис. 6.14. Тарувальні графіки пружин запобіжних муфт: 1 – кулачкової; 2 – кулькової; 3 – конусної фрикційної; 4 – дискової фрикційної

6.8.6. Звіт з лабораторної роботи

1.Мета роботи.

2.Ескіз запобіжної муфти.

193

3. Таблиця тарування і тарувальний графік.

Таблиця 6.1

	Вага вантажу на тарувальному	Момент на валу	Показання
			індикатора S,
	пристрої Р, H	T, Hм
			поділок
	10	2
	20	4
	30	6
	40	8
	50	10

Момент навалуТ, Нм

16

14

12

10

8

6

4

2

0

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Показ індикатора S, под.

			Рис. 6.15. Тарувальний графік пружної тензометричної балки
4.		Заповнити таблицю 6.2.					Таблиця 6.2.
			Н	Експериментальний		Коефіцієнт	Розрахун-
муфтиТип	Висота	пружиниL, мм	Осьове Fa,зусилля	момент спрацьовування			ковий	Точність	розрахунку %,Т
				S, поділки	вання Те, Hм	точності	момент
				Показання	Момент
						спрацьову-	спрацьо-
				індикатора	спрацьову-
						вання КТ	вування
							Тр, Hм
				Середнє знач	. Те.сер.=

5.Висновок.

6.8.7.Контрольні питання

1.Для чого призначені муфти?

2.Класифікація муфт.

3.Основна характеристика муфт.

194

4.Принцип дії лабораторної установки.

5.Принцип роботи запобіжних муфт?

6.Які матеріали застосовують для використання робочих поверхонь дисків фрикційних муфт?

7.При яких умовах відбувається спрацьовування запобіжних муфт?

195

РОЗДІЛ7. З’ЄДНАННЯДЕТАЛЕЙМАШИН

Деталі об'єднуються в машину за допомогою з'єднань.

З'єднання складаються із з’єднаних деталей і деталей, що з’єднують. У окремих конструкціях спеціальні з’єднуючі деталі можуть бути відсутніми. Всі

з'єднання деталей машин діляться на:

нероз'ємні, розбирання яких можливе лише при руйнуванні з’єднаних

деталей;

роз'ємні, такі, що дозволяють розбирання виріб без руйнування.

Вибір типу з'єднання визначає конструктор.

7.1.Нероз’ємніз’єднаннядеталеймашин

7.1.1.Зварні з’єднання

Не мають з’єднуючих деталей. Виконуються за рахунок місцевого

нагріву і дифузії (перемішування частинок) з’єднуваних деталей. Створюють, практично, одну цілу, монолітну деталь. Вельми міцні, оскільки використовують одну з наймогутніших сил природи – сили міжмолекулярного зчеплення.

Зварку (дугове електрозварювання) винайшов в 1882 році російський інженер Н.І. Бенардос. З того часу технологія процесу значно вдосконалена. Міцність зварного шва тепер практично не відрізняється від моноліту, освоєна зварка всіх конструкційних матеріалів, включаючи алюміній і неметали.

Зварні з'єднання (шви) по взаємному розташуванню елементів, що з’єднуються поділяються на наступні групи (див. рис. 7.1):

а

б

в

г

Рис. 7.1. Групи зварних з’єднань: а – стикові з’єднання; б – з’єднання внахлестку; в – таврові з’єднання; г – кутові з’єднання

Переваги зварних з’єднань:

висока економічність;

мала трудомісткість;

порівняльна дешевизна устаткування;

можливість автоматизації;

196

відсутність великих сил, як, наприклад, в ковальсько-пресовому виробництві;

відсутність великих об'ємів нагрітого металу, як, наприклад, в ливарному виробництві.

Проте говорити про всі ці достоїнства має сенс тільки при добре налагодженому і організованому технологічному процесі зварки.

Недоліки зварки полягають в тому, що при низькій якості шва виникають температурні пошкодження матеріалу, крім того, із-за нерівномірності нагріву виникає викривлення деталей. Це усувається або залученням кваліфікованого (високооплачуваного) зварювача, або застосуванням автоматичної зварки, а також спеціальними пристосуваннями, в яких деталь фіксується до повного охолодження.

Загальна умова проектування зварних з'єднань – забезпечення рівноміцності шва і зварюваних деталей [13].

Розрахунок на міцність зварних швів. По орієнтації щодо прикладених сил розрізняють:

o лобові шви – перпендикулярні силам; o флангові шви – паралельні силам;

o косі шви – під кутом до сил.

Ці види швів в різних поєднаннях застосовуються в різних з'єднаннях. Стикові з'єднання зазвичай виконуються лобовими швами (рис 7.2). При

якісній зварці з'єднання руйнуються не по шву, а в зоні температурного впливу. Тому розрахунок на міцність виконується по перетину з’єднуваних деталей без урахування потовщення швів. Найбільш часті випадки – робота на розтягування і на згин.

Рис.7.2. Лобовий шов, який навантажено силою і моментом

Напруження розтягування:

Р		Q		Q	P ,	(7.1)
		S		b

де Q – розтягуюча сила, Н; S – площина шва, м2;

b– ширина шва, м;

– товщина меншої із з’єднуваних деталей, м. Напруження згину:

ЗГ	МЗГ		6 МЗГ	ЗГ ,	(7.2)
	W		b 2

197

де МЗГ – згинаючий момент, Н·м.

Допустиме напруження шва P і ЗГ приймається у розмірі 90% від

відповідного допустимого напруження матеріалу зварюваних деталей. З'єднання внахлестку виконуються лобовими, фланговими і косими

швами.

Лобові шви в інженерній практиці розраховують тільки по дотичним напруженням. За розрахунковий перетин приймають бісектрису m-m, де зазвичай спостерігається руйнування (рис.7.3).

Рис .7.3. Лобовий шов. Дотичні напруження

Розрахунок тільки по дотичній напрузі не залежить від кута прикладеного навантаження.

При цьому:

	Q	(7.3)
	,

0,707 k l

де Q – розтягуюча сила, Н;

k– катет зварного шва, м;

l– ширина шва, м.

Флангові шви характерні нерівномірним розподілом напруження, тому їх розраховують по середнім дотичним напруженням.

Рис. 7.4. Фланговий шов, який навантажено силою та моментом

При дії розтягуючої сили дотичні напруження дорівнюють:

	Q	(7.4)
	,

2 0,707 k l

198

При дії моменту:

	M	(7.5)
	,

0,707 k l

Якщо шви несиметричні (рис. 7.5), то навантаження на флангові шви розподіляється за законом важеля:

Q		Q l1,2			,	(7.6)
1,2		l	l	2
	1

де l1,l2 – довжини швів, м.

Рис. 7.5. Несиметричні шви

При цьому шви розраховують по відповідних навантаженнях, а довжини швів призначають пропорційно цим навантаженням. Дотичні напруження в швах:

1,2		Q1,2		,	(7.7)
		1,414 l
		1,2

Косі шви (рис. 7.6) розраховуються аналогічним чином. Навантаження Q розкладається на проекції в подовжньому і нормальному напрямах до шва, а далі виконуються розрахунки лобового і флангового швів.

Рис. 7.6. Косі шви

Комбіновані лобові і флангові шви розраховують на основі принципу розподілення навантаження пропорційно несучій здатності окремих швів.

Рис. 7.7. Комбінований шов

199

При дії сили Q дотичне напруження дорівнює:

Q

Q

,

(7.8)

0,707 k 2 lф lл

Якщо діє момент M, то:

M

M

,

(7.9)

l

л

0,707 k lл

lф

6

При сумісній дії сили і моменту дотичне напруження складається:

M Q ,

(7.10)

Таврові і кутові шви з’єднують елементи в перпендикулярних площинах

(рис. 7.8).

Рис. 7.8. Таврові шви

Виконуються або стиковим швом з обробленням кромок (рис. 7.8,а), або кутовим без оброблення кромок (рис. 7.8,б). При навантаженні згинаючим моментом і силою міцність з'єднання оцінюють:

для стикового шва (рис. 7.8а) по нормальним напруженням:

	6 M		Q	;	(7.11)
	b 2
			l

для кутового шва (рис. 7.8б) по дотичним напруженням:

		6 M		Q	;	(7.12)
		1,414 k l2		1,414 l k

Рис. 7.9. Епюра навантаження таврового з’єднання

У будь-якому випадку для розрахунку найскладніших зварних швів спочатку необхідно привести силу і момент до шва і розподілити їх пропорційно несучій здатності (довжині) всіх простих ділянок. Таким чином, будь-який складний шов зводиться до суми простих розрахункових схем.

200

7.1.2.Заклепувальніз’єднання

Утворюються за допомогою спеціальних деталей – заклепок [1,8,24]. Заклепка має грибоподібну форму і випускається з однією головкою (закладна) вставляється в спільно просвердлені деталі, а потім хвостовик ударами молотка або преса розклепується, утворюючи другу головку (замикаючу). При цьому деталі сильно стискаються, утворюючи міцне, нерухоме нероз'ємне з'єднання.

Рис. 7.10. Заклепка

Переваги заклепувального з'єднання:

з’єднують деталі, які не зварюються (наприклад, алюміній);

не дають температурних деформацій;

деталі при розбиранні не руйнуються.

Недоліки заклепувального з'єднання:

деталі ослаблені отворами;

високий шум і ударні навантаження при виготовленні;

підвищена витрата матеріалу.

Заклепки виготовляють з порівняно м'яких матеріалів: Ст2, Ст3, Ст10, Ст15, латунь, мідь, алюміній.

Заклепки стандартизовані і випускаються в різних модифікаціях.

Суцільні с полукруглою голівкою (рис. 7.11а) ГОСТ 10299-80, 1479785 для силових і щільних швів;

Суцільні з плоскою головкою (рис. 7.11б) ГОСТ 14801-85 для корозійних середовищ;

Суцільні з потайною головкою (рис. 7.11в) ГОСТ 10300-80, 14798-85 для зменшення аэро- і гидроопору (літаки, катери);

Напівпорожнисті (рис. 7.11г, д, е) ГОСТ 12641-80, 12643-80 і порожнисті (рис. 7.11ж, з, и) ГОСТ 12638-80, 12640-80 для з'єднання тонких листів і неметалічних деталей без великих навантажень.

Заклепки працюють на здвиг (зріз) і зминання бічних поверхонь. По цих двох критеріях розраховується і призначається діаметр заклепки. При цьому розрахунок на зріз – проектувальний, а розрахунок на зминання – перевірочний

(рис 7.12).