Лекции для студентов

Детали машин (курс лекций, часть 4)

Порядок выполнения работы

1. Расчет силы трения при сдвиге.

1.1. Пластину, колодку, болт с шайбой и гайкой выбирают по указанию преподавателя. Обычно для ручного винтового пресса при испытании применяют болты диаметром 12…20 мм (ГОСТ 9150-81). Резьба метрическая. Наружный диаметр d и шаг резьбы р замеряют штангенциркулем и округляют до номинальных по ГОСТ 9150-81. Другие параметры резьбы: внутренний и средний диаметры d₁ и d₂, угол подъема резьбы Ψ, площадь наименьшего сечения берут по табл. 2.1(ГОСТ 9150-81), лабораторная работа 2.1.

Рис.2.6. Винтовой пресс: 1 — маховик; 2 — шарикоподшипник; 3 — траверса верхняя; 4 — ползун; 5 — винт; 6 — траверса нижняя; 7 — стойка; 8 — шпонка; 9 — динамометр; 10 — гайка; 11 — болт; 12 — шайба; 13 — пластина; 14 — колодка; 15 — ось; 16 — основание

Допустимую силу затяжки болта [F₃] определяют по формуле

(4)

где -площадь поперечного сечения болта (см. табл.2.1); К — коэффициент соотношения σ_экв/σ для метрических резьб здесь будет равным 1,3; [σ_р] — допустимое напряжение при растяжении, которое вычисляется по формуле

[σ_р]= σ_т / S,

где σ_т — предел текучести, S — коэффициент запаса прочности.

Данные по этим параметрам для некоторых сталей приводятся в табл. 2.1 — 2.3 (лабораторная работа 2.1).

1.2. Определяют по формуле (2) момент завинчивания Т_зав, соответствующий допустимому значению силы затяжки [F₃].

Усредненные значения коэффициента трения на поверхности стыка можно задать по следующим рекомендациям:

а) чисто обработанные поверхности при наличии смазки ƒ_с = 0,15;

б) чисто обработанные поверхности без смазки ƒ_с = 0,2;

в) грубо обработанные поверхности без смазки ƒ_с = 0,3.

Коэффициенты трения в резьбе болта и на опорной поверхности гайки ƒ_т следует задать по значениям коэффициентов для болтов (лабораторная работы 2.1, в которой и ƒ_т экспериментально определяют (подобрать болты одного материала и класса шероховатости).

Приведенный угол трения для резьбы рассчитывают как φ´= arctg.

1.3. Измеряют наружный — D и внутренний — d₀ диаметры опорной поверхности гайки.

1.4. Подсчитывают силу сдвига F по формуле (3) при значениях 0,25; 0,5; 0,75 и 1,0 Т_зав. Результаты вносятся в табл. 2.8.

1.5. Строят график зависимости расчетной силы сдвига и момента завинчивания (F — Т_зав), считая график линейным (рис. 2.7).

2. Проверка силы трения опытным путем.

2.1. Проворачивая вокруг нижней оси боковые пластины, совмещают отверстия пластин и колодки, вставляют болт, надевают шайбу и завертывают гайку от руки. Ставят планку, предотвращающую от поворота болт, закрепляя ее винтами. Риска на колодке совмещается с риской на боковой пластине.

F — сила сдвига, кН	12
10
8
6
4
2
0	20	40	60	80	100	120	140
Момент завинчивания Тзав, Нм

Рис.2.7. График (F–Т_зав)

2.2. Затягивается гайка болта динамометрическим ключом момента, составляющего примерно 0,25·Т_зав (Т_зав подсчитан выше). Момент завинчивания фиксируется по тарированной шкале ключа. Отклонения стрелки шкалы динамометрического ключа соответствуют значениям момента завинчивания.

Указание. Ключ вращать плавно и непрерывно до нужного показания стрелки на шкале. Целесообразно, чтобы работу проводили два студента. Один студент плавно и непрерывно вращает динамометрический ключ до команды «стоп», подаваемой вторым студентом, после чего ключ снимается.

2.3. Для данной затяжки болтовое соединение нагружается вращением маховика пресса по стрелке индикатора в соответствии с тарировочным графиком динамометрического кольца (табл. 2.9). Начало сдвига определяется по скачку стрелки индикатора динамометрического кольца (прекращается прирост нагрузки). Наибольшее показание стрелки соответствует силе сдвига F для данной величины затяжки и заносится в табл. 2.10.

Указание. Целесообразнее, чтобы испытание проводили два студента. Один студент нагружает соединение, плавно, медленно и непрерывно вращая маховик пресса, второй фиксирует и снимает показание динамометра и подает команду «стоп».

2.4. Так же, как в пункте 2 и 3 определяется сила сдвига от затяжки болта моментом, равным 0,5 Т_зав; 0,75 Т_зав; Т_зав.

После сдвига колодки относительно пластин производят затяжку следующим значением момента завинчивания — без снятия предыдущей затяжки. При этом необходимо следить, чтобы черта на колодке не выходила за пределы двух черточек на пластине (иначе «выберется» зазор и болт будет подвергаться деформации изгиба).

2.5. По данным испытания наносят точки на график F — T_зав (рис. 2.5) и проводят через них плавную линию. Если какая-либо точка резко отклоняется от других, испытание для нее следует повторить.

3. Уточнение коэффициента трения на поверхности стыка соединяемых деталей

Формула (3) позволяет по опытным данным момента завинчивания Т_зав. и соответствующей ему силе сдвига F_c, которая равна силе трения на поверхностях стыка, определить точное значение коэффициента трения ƒ_с на поверхностях стыка соединяемых деталей. При этом коэффициенты трения в резьбе (угол трения ) и на опорной поверхности гайки f_т должны быть точными величинами, выверенными опытным путем. Это достигается на установке лабораторной работы 2.1.

Для болта, используемого в настоящей лабораторной работе, можно взять данные по коэффициенту трения в резьбе и на опорной поверхности гайки f_т от аналогичного болта (одинаковый материал и класс шероховатости трущихся поверхностей) из лабораторной работы 2.1; иначе, провести на установке лабораторной работы 2.1, специальные испытания для болта, применяемого в настоящей работе, по наибольшей силе затяжки F₃ (моменту — Т_зав) и выявить коэффициенты трения в резьбе и на опорной поверхности гайки f_т, что, конечно, будет еще точнее.

После определения силы сдвига F от полного момента завинчивания Т_зав определяется коэффициент трения ƒ_с на поверхности стыка по формуле (3). Сравнить уточненное значение коэффициента трения ƒ_с на поверхности стыка деталей с принятым средним показателем и сделать выводы.