Лекции для студентов

Детали машин (курс лекций, часть 3)

Лабораторная работа 2.1

 

Исследование затянутого болтового соединения

 

Цель работы определение зависимости осевой силы от момента завинчивания гайки, определение коэффициента трения в резьбе и в опорной поверхности гайки, экспериментальное определение соотношений эквивалентных и нормальных напряжений в затянутых болтах.

Краткие теоретические сведения

Из всех видов неподвижных соединений деталей наибольшее распространение в машиностроении получили резьбовые [1, 2, 3].

Крепежным элементом резьбовых деталей (болтов, шпилек, винтов, гаек) является резьба. Все крепежные резьбы стандартизованы. Основные параметры резьбы: наружный диаметр d, внутренний диаметр d₁, средний диаметр d₂ болта, шаг резьбы p и угол профиля α, который у метрической треугольной резьбы равен 60⁰. В России крепежной резьбой является метрическая с крупным шагом и измельченным шагом при одном и том же наружном диаметре резьбы.

Данные параметров метрических резьб с наружным диаметром от 12 до 20мм приведены в табл. 2.1 (выборка из ГОСТа).

Механические характеристики сталей, являющихся материалом деталей резьбовых соединений общего назначения, приведены в табл. 2.2. В процессе сборки соединений большинство болтов подвергается предварительной затяжке. Контролируемость величины затяжки в ответственных соединениях при недостаточной величине затяжки, так и разрушение резьбовых деталей при избыточной величине затяжки.

Связь осевого усилия в болте F₃ — величины затяжки — и момента завинчивания T_зав следующая: для создания в болте осевого усилия F₃ к гайке при помощи ключа прикладывается момент завинчивания Т_зав, преодолевающий момент сил трения в резьбе Т_р, и момент сил трения в опорной поверхности гайки Т_т:

. (1)

По известной теории механики, учитывающей силы трения, ползун находится в равновесии, если равнодействующая R внешних сил отклонена от нормали n-n на угол трения φ. В нашем случае внешними являются осевая сила F₃ и окружная сила F_t, которая определяется по формулам

или .

Далее определяется момент трения в резьбе

, (2)

где ψ — угол подъема резьбы, φ — угол трения для материала винта и гайки; d₂ — средний диаметр резьбы; F_з — сила затяжки болта.