Экспериментальная часть. 11. Определить показания индикатора динамометрической скобы установки ДМ-24М, соответствующие заданным величинам затяжки,

10. Ознакомиться с конструкцией установок ДМ-24М и ДМ-30М (рисунок 3 и 4).

11. Определить показания индикатора динамометрической скобы установки ДМ-24М, соответствующие заданным величинам затяжки,

,

где К_с – тарировочный коэффициент динамометрический скобы, кН/мм

(К_с = 40 кН/мм).

Поставить установку ДМ-24М на стол установки ДМ-30М. Приподнять пуансон установки ДМ-24М на 15-20 мм и слегка закрепить болтом, чтобы пуансон не опускался под действием силы тяжести.

12. Выставить индикатор динамометрический скобы клеммы на 0 и затянуть болт до показания индикатора, равного l_сi. Выставить индикатор динамометрического кольца установки ДМ-30М на 0. Вращением маховика установки ДМ-30М подвести ее пуансон к пуансону клеммы. Вращением малого маховика установкой ДМ-30М нагрузить клемму до сдвига пуансона (до щелчка или прекращения движения стрелки индикатора). В момент сдвига зафиксировать показание индикатора. Операции повторить для показания индикатора динамометрической скобы клеммы l_с2 и l_с3.

Рисунок 23 - График зависимости силы сдвига от силы затяжки:

_______ теоретическая зависимость;

----------- экспериментальная зависимость

Рисунок 24- Установка ДМ-24М:

1-индикатор; 2- динамометрическая скоба; 3- пуансон; 4- болт.

Рисунок 25

1 - маховик большой; 2 - пуансон; 3 - динамометрическое кольцо;

4 - маховик малый; 5 - индикатор.

13. Определить экспериментальную величину силы сдвига клеммы:

,

где К_к - тарировочный коэффициент динамометрического

кольца (К=2,4 кН/мм);

λ_к - показания индикатора в момент сдвига пуансона

клеммы, мм.

Результаты расчетов занести в таблицу 24.

14. Построить экспериментальный график зависимости силы сдвига затяжки (на теоретическом графике). Экспериментальные точки выделить треугольниками.

15. Сопоставить результаты эксперимента с расчетом и сделать заключение.

Таблица 24 - Результаты теоретических и экспериментальных

исследований

№	Сила затяжки, Fзат, Н	Значения
теоретические	экспериментальные	Сдвигающая сила, Fcэ, Н
Сдвигающая сила,Fcт, Н	Показания индикатора динамометрического кольца, кол. дел.
Номер опыта	ср.знач.

Контрольные вопросы

1. Приведите пример применения клеммового соединения в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении?

2. За счет, каких сил клемма удерживается на валу?

3. Почему клеммовое соединение не может передавать большую осевую силу или крутящий момент?

4. Назовите преимущества и недостатки клеммы со ступицей, имеющей прорезь, и клеммы с разъемной ступицей?

5. По какому критерию рассчитывают клеммовое соединение?

6. Как записывается условия работоспособности для клеммового соединения с разъемной ступицей?

7. Записать условие работоспособности клеммового соединения со ступицей имеющей прорезь.

Литература

1. Иванов М.Н. Детали машин. М., Высшая школа, 1984.С. 172-188.

2. Гузенков П.Г Детали машин. М., Высшая школа, 1986. С. 224-248.

3. Колпаков А.П., Карнаухов И.Е., Воронов А. Г. Детали машин и подъемно-транспортные устройства. Раздел «Детали машин»: Методические указания и задания для курсового проекта. М., 1986. С.50-54.

4. Чернавский С.А. и др. Курсовое проектирование

Деталей машин М.: Машиностроение 1987.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

«Исследование болтового соединения

при приложении внешней нагрузки»

Цель работы: Экспериментально определить, какое усилие воспринимает болт после затяжки и приложения внешней нагрузки.

Содержание работы: В процессе работы следует изучить характер воздействия внешней нагрузки на болтовое соединения.

Оборудование и инструмент:

- Лабораторная установка

- Штангенциркуль.

Продолжительность работы: 2 ч.

Место работы: Специализированная аудитория по дисциплине "Детали машин"

Содержание отчета

В отчете о работе следует указать:

- Название и цель работы.

- Общие сведения о болтовых соединениях.

- Силы и деформации в моделируемом болтовом соединении

(рисунок 33)

- Диаграмма "нагрузка-деформация" для болта и стыка (рисунок 30) с указанием на них значений деформаций в мм нагрузок в Н

- Результаты расчетов и замеров (таблица 25, 26).

- Вывод.

Общие сведения: Болты крепления кронштейнов (рисунок 26), крышек резервуаров (рисунок 27), фланцев муфт (рисунок 28) вначале затягивают с усилием затяжки - F_заm. При этом затяжка должна обеспечить или нераскрытие стыка под нагрузкой, или герметичность соединения. Затем прикладывают внешнюю нагрузку – F_вн, благодаря чему болты дополнительно нагружаются. Выясним, вся ли внешняя нагрузка воспринимается болтами, или только ее часть?

Поставленную, задачу решим с учетом деформаций болта и
скрепляемых деталей.

С этой целью выделим элемент болтового соединения и рассмотрим его работу под действием приложенных сил (рисунок 29).

В исходном состоянии при отсутствии нагрузок деформации равны нулю (рисунок 29 а).

Рисунок 26 - Крепление кронштейна к основанию

Рисунок. 27 - Крепление крышки резервуара

Рисунок 28 - Соединение болтами фланцев

После приложения силы затяжка F_зат стык сжался на величину, D_сm, а болт растянулся на величину, D_б, мм (рисунок 29 б).

D_сm = , D_б= , (10.1)

где с_б и с_сm - жесткости болта и стыка, Н/мм,

, ,

где E _б и Е _сm - модули упругости материала болта и стыка, Н/мм²

А _б и А _сm расчетные площади сечения болта и стыка, мм

l _б и l _сm - расчетные длины болта и стыка, мм.

После приложения внешней нагрузки на соединение болт дополнительно удлинится на величину d, а стык уменьшит сжатие на ту же величину d (рисунок 29в). Болт получит удлинение

d_б = D _б +d,.

а стык сжатие

d_ст = D _ст - d. (10.2)

Следовательно, нагрузка на болт

F_б = ( D _б + d) × с _б, (10.3)

а нагрузка в стыке (так называемая остаточная реакция стыка) станет равной

F_ст = ( D _ст - d) ×с _cт. (10.4)

Подставим значения D_б и D_сm из уравнений (10.1) в уравнения (10.2) и (10.3), получим

F_б = F_зат + d × с _б, (10.5)

F_ст = F_зат - d × с_ст.

Из условия равновесия болта, нагруженного внешней силой F_вн и усилием в стыке F _cm (рисунок 29 г), имеем

F_б = F_вн + F_ст, (10.6)

т.е. можно сказать, что суммарная нагрузка на болт равна сумме внешней нагрузки и остаточной затяжки стыка.

Решая уравнения (10.4), (10.5) и (10.6) получим

(10.7)

Рисунок 29 - Схема деформаций и сил в болтовом соединении при

а) - отсутствии нагрузок (исходное состояние);

б) - действии силы затяжки;

в)- действии внешней нагрузки;

г)- схема равновесия болта.

Обозначая - коэффициент внешней нагрузки

(10.8)

имеем

.

Остаточная затяжка стыка

. (10.9)

Если известна площадь стыка А _cm, то среднее давление в стыке

Для обеспечения герметичности резервуара необходимо чтобы,

Р_ст > p,

где р - давление в резервуаре.

Графическая интерпретация работы болтового соединения представлена на рисунок 30.

Жесткости болта и стыка на графике изображены как тангенсы углов наклона прямых к оси абсцисс

До приложения внешней нагрузки болт и стык испытывают только силу затяжки (точка А). При действии внешней нагрузки болт удли­няется на величину d и воспринимает усилие F _б (точка В), а затяжка стыка в это время уменьшается до величины F _cm (точка С).

В точке Д болт воспринимает максимальную нагрузку F _б ^max при кото­рой остаточная затяжка стыка равна, нулю (точка 0 ₂),

Проанализируем работу соединения с учетом жесткостей болта и скрепляемых деталей

1. Болт абсолютно жесткий, стык податлив.

Тогда по уравнению (10.8) c = 1, Следовательно,

Рисунок 30 - Диаграмма «нагрузка-деформация» для болта и стыка

Рисунок 31 - Упругие болты

Т.е. болт воспринимает всю внешнюю, нагрузку, а стык только силу затяжки,

.

3. Стык абсолютно жесткий, а болт податлив .

,

т.е.болт не воспринимает внешней нагрузки.

Поэтому одной из возможностей уменьшения действия внешней
нагрузки на болт является увеличение его податливости (уменьше­ние жесткости), Конструктивно упругие болт можно выполнить так,
как показано на рисунке 31 а, б. Прочность обычного болта определя­ется приближенно величиной внутреннего диаметра резьбой d₁. Учитывая отсутствие концентрации напряжения в не нарезанной части
стержня, его диаметр можно брать меньше d₁ или просверлить здесь
отверстие. При этом болт будет равнопрочным, а его податливость
увеличится.

Лабораторная установка представлена на рисунке 32. Установка моделирует работу изучаемого болтового соединения. Жесткости болта и стыка условно заменены жесткостями пружин сжатия, как более удобными при определении деформаций. На рисунке 32 обозначены:

1- пружина болта;

2 - пружина стыка;

3 - пружина внешней нагрузки.

Так как внешняя нагрузка на болт передается от соединяемой
детали через гайку, то внешнюю нагрузку можно приложить непосредственно к болту, что и используется в установке посредством
пружины 3.