Силовые зависимости в затянутом болтовом соединении

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Кафедра КГМ и ТМ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

	Детали машин

 

По дисциплине__________________________________________________________

________________________________________________________________________

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

	Силовые зависимости в затянутом болтовом соединении

 

Тема:

ДМОК – 2. ОЛ

Автор: студент гр.   ГМ-01-2                ____________________                    /  Семашко О.Д. /

                                                                               ^{(подпись)                                         (Ф.И.О.)}

ОЦЕНКА:     _____________

Дата: ___________________

ПРОВЕРИЛ             доцент               ________________                                    / Кузнецов Е.С. /

                                    ^{(должность)                                     (подпись)                                                       (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

2003

Цель: Определение зависимости между осевой силой затяжки и моментом завинчивания ненагруженного внешней силой болтового соединения при задании материала деталей соединения, в виде их термической обработки, класса прочности болта и шероховатости элементов резьбового соединения.

Исходные данные

Болт М16´1,5  

Сталь 20; ГОСТ 1050-74

Основы теории затяжки болта

При затяжке болта на гайку действует момент затяжки Т_зат, создаваемый гаечным ключом, уравновешивающий момент трения в резьбе Т_р и на торце гайки Т_т осевое усилие затяжки связано с окружным усилием в резьбе зависимостью:

, где

- окружное усилие; - осевое усилие затяжки; - приведённый угол трения; -угол подъёма винтовой линии;

Момент сил трения в резьбе

средний диаметр

опорной конструкции.

                 Рис.1

    Болтовое соединение.                            1-болт

        2-гайка

             3-цилиндр
Краткое описание лабораторной установки (ДМ-27М)

1-упорный шарикоподшипник;

 2-испытываемый болт;

 3-сухарь;

 4-сферическая шайба;

 5-индикатор;

 6- пружина;

 7-кулачковая втулка;

 8-гайка;

Определение допустимого усилия затяжки болта

Для предохранения установки и болта от поломки предварительно рассчитывается максимально допустимое усилие затяжки из условия прочности болта на разрыв с кручением:                                          , где

-расчётная площадь поперечного сечения;

 , - допустимый запас прочности.

Характеристика болтового соединения                               Таблица 1

№	Наименование и обозначение параметра	Значение	Способ определения
1	Наружный диаметр болта, d, мм	16	ПО СТ СЭВ 181-73
2	Шаг резьбы, p, мм	2,0	ПО СТ СЭВ 181-75
3	Внутренний диаметр резьбы, d1, мм	14,701	ПО СТ СЭВ 182-75
4	Средний диаметр резьбы, d2, мм	13,835	ПО СТ СЭВ 182-75
5	Расчётный диаметр, dp, мм	14,12	ПО СТ СЭВ 182-75
6	Угол профиля витка резьбы, γ, град.	60	ПО СТ СЭВ 182-75
7	Площадь расчётного сечения, ,	156	ПО СТ СЭВ 182-75
8	Наружный размер опорной поверхности гайки (размер под ключ), S, мм	24	Замер штангенциркулем
9	Диаметр отверстия под болт, d0, мм	17	d0=d+1
10	Средний диаметр опорной поверхности, Dср, мм	20,5	Dср=0,5(S+d0)
11	Угол подъёма резьбы, ψ, град.	20 29/	ПО СТ СЭВ 181-75
12	Предел текучести материала болта, σт, МПа	300	Задано
13	Допускаемое напряжение на разрыв, [σр], МПа	100	[σр]= [σт]/[Sт]
14	Допускаемое усилие затяжки, FAmax, Н	12000	1,33 FAmax=Ар [σр]

Задаемся числом уровней нагружения болта: i=6

Приращение усилие затяжки для каждого уровня: ΔF_Amaxi = F_Amax/i, откуда получаем: F_A1= ΔF_Amaxi=2000;

F_A2=2 ΔF_Amaxi =4000;

F_A3=3 ΔF_Amaxi =6000;

F_A4=4 ΔF_Amaxi =8000;

F_A5=5 ΔF_Amaxi=10000;

F_A6 = ΔF_Amaxi =12000.

По тарировочному графику динамометрической пружины определяются показания индикатора соответствующие нагрузкам на каждом уровне и заносятся в таблицу 2.

Обработка и анализ результатов работы

Таблица 2

Cила затяжки, FАi		Момент затяжки, Тз							Момент трения в резьбе, Тр							Момент трения на торце гайки, Тт
H	В показаниях индикатора пружины	В показаниях ключа индикатора				По тарировочному графику			В показаниях ключа индикатора				По тарировочному графику			Из построенной зависимости
		А	Б	В	сред.	А	Б	В	А	Б	В	сред.	А	Б	В
2000	6	22	27	24	24	7	8	7	15	17	19	17	2	3	3	7,5
4000	11	40	43	41	41	10	10,5	10	22	24	23	23	4	5	4	10,5
6000	16	70	75	72	72	15	15	16	35	38	39	37	13	13	14	15
8000	21	90	94	90	91	24	25	24	44	49	42	45	15	15	14	24
10000	27	130	132	135	132	34	34	35	60	64	61	62	18	19	18	34
12000	32	160	165	162	162	44	45	44	70	73	75	73	19	20	20	44,5

Строим в прямоугольной системе координат графики следующих зависимостей: Т_зат=f (F_A) и Т_р=f (F_A), отметив все экспериментальные точки (см.приложение), где .

Определим значения коэффициентов трения для материалов резьбовой пары, гайки и втулки по следующим формулам:

f_T=2Т_т *10³/F_А D_ср    и    tg(y+r’)=2Т_р *10³/F_А d₂

f_T1=2*3,75*10³/2000*20,5=0,183;

f_T2=0,128;

f_T3=0,122;     

f_T4=0,146;

f_T5=0,166;

f_T6=0,181.

Находим среднее значение

Вывод:  =0,154 сравним полученный коэффициент трения со справочными данными и сделаем вывод об условиях смазки. Смазанная поверхность

 tg₁(y+r’)=2*3*10³/2000*13,835=0,22

tg₂(y+r’)=0,25

tg₃(y+r’)=0,26               

tg₄(y+r’)=0,25

tg₅(y+r’)=0,23

tg₆(y+r’)=0,24

Находим среднее

Вывод: В резьбовой паре имеют место слабые следы смазки.