Лабораторная работа 1

ИСПЫТАНИЕ БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ НА СДВИГ

Цель работы: определение теоретической и экспериментальной зависи­мости сдвигающей силы от момента завинчивания болта в напряженном бол­товом соединении (рис. 1).

Рис. 1. Исследуемое болтовое соединение

Болт 2 поставлен с зазором в отверстия пластин 4 и колодки 3 и затянут гайкой 1 до момента завинчивания равного Т_к. Внешняя нагрузка F уравно­вешивается силами трения в стыках, которые создаются силой затяжки болта F_зат. Если внешняя сила превысит силы трения, произойдет сдвиг пластин.

Оборудование и принадлежности: машина для испытания на растяже­ние - сжатие типа ДМ-ЗОМ (рис. 2); динамометрический ключ со сменной го­ловкой (рис. 3); приспособление для испытания болтового соединения на сдвиг (см. рис. 1); тарировочные характеристики динамометрического ключа и динамометрического кольца пресса.

1. Расчетные зависимости

При затягивании болта в стержне болта возникают напряжения растяже­ния от силы F_зam и кручения от момента завинчивания Т_к (см. схему нагружения на рис. 1). Чтобы не произошло разрушение болта, сила затяжки не должна превысить допустимую. Для данного случая нагружения допустимая сила затяжки , (1)

где d₁ - внутренний диаметр резьбы; [σ_р] - допускаемое напряжение растяжения , (2)

где σ_Т - предел текучести материала; s -коэффициент безопасности.

При завинчивании гайки необходимо преодолеть моменты сил трения в резьбе Т_р и на торце гайки Т_Т , тогда момент завинчивания

, (3)

где d₂ -средний диаметр резьбы; β - угол подъема резьбы; ρ - приведенный угол трения; f- коэффициент трения на торце гайки; D₁ - наружный диаметр опорной поверхности гайки (равен размеру под ключ); d_omв - внутренний диаметр опорной поверхности гайки (равен отверстию под болт). Угол трения

ρ=arctgf_p,

где f_p- коэффициент трения в резьбе.

Приведенный угол трения

ρ = р/ cos (a/2),

где а- угол профиля метрической резьбы; (а = 60 °; cos (a /2) = 0,87).

Внешняя сила, при которой начинается сдвиг деталей F равна силам трения F_Тр, возникающим на поверхностях стыков деталей.

F=F_Tp*i, (4)

где i - число стыков.

Для исследуемого соединения i =2.

Сила трения определяется по закону Кулона

F_Tp ⁼ F_3am*f₀, (5)

где f₀ - коэффициент трения в стыке деталей.

Подставляя значение F_Tp в формулу (4) получим зависимость силы сдвига от силы затяжки болта

F=F_3am* f₀* i. (6)

Определив для данной силы затяжки момент завинчивания по формуле (3) и силу сдвига по формуле (6), можно построить теоретическую зависи­мость силы сдвига от момента завинчивания.

2. Описание установки

Установка для проведения лабораторной работы состоит из машины для испытания на растяжение - сжатие и приспособления для испытания болто­вого соединения. Для затягивания болта до заданного момента необходим динамометрический ключ.

Машина для испытания на растяжение - сжатие типа ДМ-ЗОМ

(см. рис. 2) состоит из следующих механизмов и узлов: механизма установочного пе­ремещения, нагружающего устройства, силоизмерительного устройства, ста­нины 7, поперечины 19, стола 13.

Механизм установочного перемещения предназначен для установки приспособления на стол 13, а также для установки зазора в болтовом соеди­нении. Он представляет собой винтовую пару 17,18, смонтированную в попе­речине 19. Винт 18 жестко скреплен с маховиком 21 и зафиксирован от осе­вых перемещений упорным шарикоподшипником 20. При вращении махови­ка 21 ползун-гайка 17 получает осевое перемещение, которое через динамо­метрическое кольцо 16 передается колодке приспособления 4.

Нагружающее устройство предназначено для нагружения (подъемом стола 13) болтового соединения поперечными силами F/2. Оно представляет собой червячный редуктор 10, обеспечивающий грузовому винту 12 осевое перемещение. Вращение червячной пары 11 осуществляется маховиком 8,

т. е. маховиком можно поднимать и опускать стол 13, т. к. он жестко соединен с грузовым винтом 12.

Внимание! Во избежание поломки нагружающего устройства необходимо следить за тем, чтобы верхняя поверхность стола 13 находилась между двумя красными линиями на стойке 14.

Силоизмерительное устройство предназначено для измерения величи­ны силы сдвига. Оно состоит из динамометрического кольца 16 и индикатора часового типа 15. Динамометрическое кольцо крепится при помощи винтов с одной стороны к ползуну 17, с другой стороны - к колодке приспособления 3.

Приспособление для исследования болтового соединения (см. рис 2) состоит из двух пластин 4 и колодки 3, стянутых болтом 1 с гайкой 2. Снизу пластины скреплены осью 5 с основанием 6. Приспособление крепится вин­том к динамометрическому кольцу и основанием устанавливается на стол 13.

Динамометрический ключ (рис.3) служит для затягивания болта до за­данного момента. Упругий стержень с рукояткой 3 и державка 2 закреплены в колодке 4. В державке установлен индикатор часового типа 1, датчик которо­го упирается в упругий стержень. Таким образом, деформация упругого стержня определяется по показанию индикатора.

Рис 2. Машина для испытания на растяжение-сжатие

Зависимость между деформацией и усилием, приложенным к рукоятке ключа, приведена в тарировочной характеристике динамометрического клю­ча. На квадратный выступ колодки надевается сменная головка 5.

Внимание! Чтобы избежать искажения показаний, ключ держите за рукоятку и ко­лодку.

Рис. 3. Динамометрический ключ 3.