Лабораторная работа №2. Методические указания к лабораторной работе №2 по курсу

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ РЕЗЬБОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе №2 по курсу

«Детали машин и основы конструирования» для студентов машиностроительных специальностей

Одобрено методической комиссией

по общепрофессиональным дисциплинам

3-е издание

Москва

Разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО 2000 г. для направления подготовки 151000.65 на основе рабочей программы дисциплины «Детали машин и основы конструирования»

Рецензенты: профессор кафедры «Теория механизмов и машин»

МГТУ «МАМИ» А.П. Маринкин

профессор кафедры «Гидравлика и гидропневмопривод»

МГТУ «МАМИ» А.А. Михайлин

Работа подготовлена на кафедре «Детали машин и ПТУ»

Изучение работы резьбового соединения: методические указания / В.К. Мартынов, И.Н. Семин. – 3-е изд. – М.: МГТУ «МАМИ», 2010. – 13с.

В методических указаниях рассматриваются основные силовые зависимости в работе резьбового соединения, приводится методика их теоретического и экспериментального определения.

ã В.К. Мартынов,

И.Н. Семин, 2010

ã МГТУ «МАМИ», 2010

Лабораторная работа №2

Целью работы является теоретическое и экспериментальное определение основных показателей работы резьбового соединения: момента в резьбе , момента трения на торце гайки , коэффициента полезного действия .

1. Основные расчетные зависимости.

Момент в резьбе –

, Нм, (1)

где - осевая сила затяжки болта, Н;

- средний диаметр резьбы, м;

- угол подъема витка резьбы, определяемый по формуле,

, град; (2)

- число заходов резьбы;

- шаг резьбы, м;

- приведенный угол трения, определяемый по формуле,

, град; (3)

- угол профиля резьбы, град;

- коэффициент трения.

Для пары трения: сталь по стали, при наличии следов смазки, принимают

=0, 09…0.12. (4)

В формуле (1) знаки: плюс – при заворачивании; минус – при отворачивании гайки.

Момент трения на торце гайки –

, Нм, (5)

где - расчетный диаметр трения торца гайки, определяемый по формуле,

, м, (6)

где - наружный диаметр опорного торца гайки, м;

- внутренний диаметр опорного торца гайки, равный диаметру отверстия под болт, м.

Момент на ключе по показателям работы резьбового соединения –

, Нм. (7) С учетом (1) и (4) определит силу затяжки

, Н. (8)

Момент по формуле (5) равен моменту, создаваемому рабочим, осуществляющим затяжку

, Нм, (9)

где - сила, прикладываемая на ключе, Н;

- расчетная длина ключа, м.

Для стандартных гаечных ключей ,

где - наружный диаметр резьбы.

Выигрыш в силе

. (10)

Коэффициент полезного действия непосредственно резьбы:

при заворачивании гайки –

; (11)

при отворачивании –

; (12)

условие самоторможения –

. (13)

К.п.д. работы резьбового соединения –

, (14)

где - момент в резьбе без учета трения витков, определяемый по формуле:

, Нм. (15)

2. Установка для испытаний.

Работа проводится на установке ДМ27. Объектом исследования является одиночное болтовое соединение. Установка включает в себя приспособление для нагружения болта (рис. 1, 2) и динамометрический торсионный ключ (рис. 3).

Рис. 1. Схема приспособления для измерения момента в резьбе.

Рис. 2. Схема приспособления для измерения момента трения на торце гайки.

Рис. 3. Динамометрический торсионный ключ.

Установка рассчитана на испытание болтов с диаметром от М12 до М20 и шагом резьбы от 1 до 2, 5 мм. Для регистрации и визуализации действующих усилий и моментов используются электротензометрические устройства, аналого-цифровой преобразователь и компьютер.

Приспособление служит для создания осевой нагрузки на болт и измерения силы затяжки. На рис. 1. представлен вариант нагружения болта при измерении момента в резьбе.

Приспособление включает в себя корпус 1, на правой стойке которого закреплена динамометрическая скоба 3, снабженная электротензометрическим устройством и стрелочным индикатором 12 с ценой деления 0, 01 мм, служащим для настройки измерительной системы. Испытуемый болт 2 проходит через отверстия в стенках скобы и правой стойки корпуса. Сила затяжки от болта передается динамометрической скобе через сферическую шайбу 5, обеспечивающую центральное приложение силы. Для предотвращения возможности поворота болта при заворачивании гайки его головка фиксируется сменным сухарем 4, вставленным в левую стойку корпуса. Гайка 6 опирается через втулку 7 и упорный шарикоподшипник 8 на корпус приспособления.

При измерении момента трения на торце гайки вместо втулки 7 устанавливается втулка 9 (рис. 2), которая удерживается от вращения выступами, входящими в пазы пяты 10, неподвижно закрепленной в корпусе штифтами 11. Под действием создаваемой силы затяжки болта динамометрическая скоба деформируется. Величина упругой деформации регистрируется индикатором 12. Индикатор 12 служит для тарировки электротензометрического устройства динамометрической скобы и при проведении работы может отсутствовать.

Электротензометрическое устройство динамометрической скобы (рис. 4, 5) состоит из четырёх фольговых датчиков омического сопротивления, наклеенных на динамометрическую скобу и соединенных по мостовой схеме.

Рис. 4. Электротензометрическое устройство динамометрической скобы.

Рис. 5. Электрическая схема соединений датчиков динамометрической скобы.

Датчики соединены по схеме неуравновешенного моста. Поскольку погрешность изготовления датчиков по сопротивлению составляет 0, 2%, неуравновешенность моста легко компенсируется при дальнейшей обработке данных программными методами.

Все датчики являются активными. Под действием силы затяжки динамометрическая скоба деформируется, что вызывает разбалансировку измерительного моста.

Заворачивание гайки производится торсионным динамометрическим ключом (рис. 3), снабженным электротензометрическим устройством и стрелочным индикатором 3 с ценой деления 0, 01 мм, служащим для настройки измерительной системы. Для обеспечения возможности работы с разными болтами используются сменные головки 1. При передаче крутящего момента на гайку торсион 2 ключа закручивается. При этом индикатор 3 часового типа фиксирует линейное перемещение рычага 4, связанного с торсионом, которое при малых деформациях прямо пропорционально углу закрутки. Индикатор 3 служит для тарировки электротензометрического устройства ключа и его присутствие во время проведения эксперимента не обязательно.

Электротензометрическое устройство динамометрического ключа (рис. 3) состоит из четырёх фольговых датчиков омического сопротивления, наклеенных на торсионный вал ключа и соединенных по мостовой схеме. Схема соединения датчиков аналогична схеме соединений датчиков динамометрической скобы. Все датчики являются активными. Под действием момента торсионный вал закручивается на некоторый угол, что вызывает разбалансировку измерительного моста.

Сигналы от электротензометрических устройств поступают в аналого-цифровой преобразователь. Назначение аналого-цифрового преобразователя – преобразовывать напряжение разбалансировки тензометрических мостов в цифровой код. Аналого-цифровой преобразователь содержит в своем составе, кроме самого преобразователя, усилитель и источник питания тензометрических мостов.

Цифровой код через COM порт поступает в компьютер, где обрабатывается прикладной программой.

3. Методика проведения испытаний

Первый этап. Измерение момента в резьбе.

Включить компьютер. Запустить программу. Убедиться в отсутствии силы затяжки и момента на ключе, произвести обнуление показаний нажатием на кнопку «Уст. нуля» . Нажатием кнопки «Обнов. экран» произвести очистку графического поля окна программы. Установить на приспособление для испытаний втулку 7 (рис. 1). Заворачивая гайку 6, выбрать зазор в соединении. Медленно поворачивая динамометрический ключ, непрерывно увеличивать силу затяжки в пределах, не превышающих графической области окна программы. На экране компьютера отображается закономерность изменения силы затяжки при изменении момента на ключе. Последний включает в себя, помимо момента в резьбе, дополнительный момент трения в упорном подшипнике 8 (рис. 1), который рассчитывается по формуле

, Нм (, кН.) (16)

и должен вычитаться из величин момента на ключе. Отвернуть гайку. Нажатием на кнопку «Стоп/Пуск» остановить работу программы.

Второй этап. Измерение момента трения на торце гайки.

Удалить втулку 7 и установить втулку 9 (рис. 2). Выбрать зазор в соединении. Нажатием на кнопку «Стоп/Пуск» возобновить работу программы. Аналогично вышеуказанному произвести непрерывную затяжку соединения. На экране компьютера отображается закономерность изменения силы затяжки при изменении момента на ключе. Отвернуть гайку. Нажатием на кнопку «Стоп/Пуск» остановить работу программы. Распечатать полученные на экране диаграммы нажатием на кнопку «Печать».

- Все упомянутые кнопки расположены на экране компьютера.

Нажатие кнопок осуществляется с помощью манипулятора типа «мышь».

4. Обработка результатов испытаний

4.1. Описание программных средств

Программа, заложенная в компьютер, даёт возможность производить измерение усилий затяжки и моментов на ключе, а также выводить их текущие значения в графическом виде. Вид окна программы изображен на рисунке 6.

Рис. 6. Окно программы.

Окно программы содержит следующие индикаторы и кнопки:

– вывод значения усилия затяжки;

– вывод значения момента на ключе;

«Уст. нуля» - обнуление показаний индикаторов;

«Обнов. экран» - удаление графической информации;

«Стоп/Пуск» - останов / запуск программы;

«Печать» - вывод на печать графических зависимостей.

В левой части окна расположено графическое поле, на котором фиксируются текущие значения и .

4.2. Обработка результатов:

1. По данным распечатанных экспериментальных закономерностей выбрать значения , соответствующие =1; 2; 3… кН в пределах, ограниченных на графиках значениями . Данные занести в таблицу.

2. Выбрать из рекомендуемых в (4) значение .

3. По информации, представленной в окне программы (рис. 6), рассчитать:

для первого этапа

3.1 по формуле (2) - ;

3.2 по формуле (3) - ;

3.3 по формуле (1) - , данные занести в таблицу;

3.4 по формуле (16) - , данные занести в таблицу;

3.5 из экспериментального значения для выбранного вычесть , результат занести в таблицу в графу , оценить погрешность ;

для второго этапа

3.6 по формуле (6) - ;

3.7 по формуле (5) - , данные занести в таблицу;

3.8 из экспериментальных данных для выбранного ранее вычесть значение , что определит , результат занести в таблицу; оценить погрешность ;

3.9 по формуле (15) рассчитать , данные занести в таблицу;

3.10 по формуле (14) рассчитать , данные занести в таблицу.

4. Дополнительно рассчитать:

по формуле (11) - ;

по формуле (10) - .

5. Журнал испытаний

Заполняется студентом при подготовке и в ходе выполнения лабораторной работы.