Лабораторные работы

 

 

Главная

Лабораторная работа

Определение коэффициентов трения в резьбе и на торце гайки

 

1. Цель работы

- Определение коэффициента трения в резьбе fp .

- Построение графика зависимости fp от среднего давления на витках резьбы Pр .

- Определение коэффициента трения на торце гайки fт .

- Построение графика зависимости fт от удельного давления на торце гайки Pт .

- Установление зависимости .

 

2. Теоретические положения

Момент завинчивания гайки Tзав преодолевает момент сил трения в резьбе Тр и на торце гайки Тт :

В развернутом виде уравнение имеет вид

где Fзат – сила затяжки, Н (см. рис. 1 лабораторной работы № 4);

Dср – средний диаметр опорной кольцевой площадки, мм;

fт – коэффициент трения на торце гайки;

d2 – средний диаметр резьбы;

 – угол подъема винтовой линии градус;

 – приведенный угол трения в резьбе, градус.

В приспособлении для нагружения болтов под гайкой установлен упорный шарикоподшип­ник, момент трения в котором незначительный, поэтому Tзав  Тр. В таком случае возника­ющее в результате затяжки болта осевое усилие Fзав и момент Тр связаны уравнением

Здесь  где p − шаг резьбы, мм.

Из уравнения (1) определяем приведен­ный угол трения в резьбе:

Приведенный коэффициент трения в резьбе

Приведенный коэффициент трения  и действительный коэффициент трения в резьбе  связаны зависимостью

Угол профиля метрической резьбы . Поэтому коэффициент трения в резьбе

При испытании со специальной втулкой упорный шарикоподшипник в приспособлении не работает. Момент трения на торце гайки определяется как разность момента завинчивания и момента сил трения в резьбе:

Известно, что

отсюда коэффициент трения на торце гайки

Средний диаметр опорной кольцевой площадки

где D1 – наружный диаметр опорного торца гайки, равный размеру зева ключа, мм;

d0  внутренний диаметр опорной поверхности, равный отверстию под болт или диаметру отверстия в шайбе, мм.

Допускаемая сила затяжки болта определяется по уравнению

где d3  внутренний диаметр болта по дну впадины, мм;

 – допускаемое напряжение на растяжение, МПа;

1,3 – коэффициент, учитывающий скручивание тела болта.

Для болта, изготовленного из стали Ст 3, принимаем  = 220 МПа и коэффициент безопасности n = 2, тогда

Среднее давление на витках резьбы

где z – число витков резьбы по высоте гайки;

Hвысота гайки.

Давление на торце гайки

 

3. Основные правила по технике безопасности

- Торсионный динамометрический ключ вращать плавно, без перекосов, остановок и рывков.

- Наибольшая сила для динамометрической пружины не должна превышать 4∙104 Н; наибольший момент на торсионном динамо­метрическом ключе не должен превышать 78,4∙108 Нмм; наибольшее суммарное усилие на двух рукоятках торсионного динамометрическо­го ключа не должно превышать 320 Н.

 

4. Описание установки

Установка состоит из приспособления для нагружения болтов (рис. 1) и торсионного динамометрического ключа.

Рис. 1. Приспособление для нагружения болтов: 1 – болт испытуемый; 2 – гайка; 3 – втулка сменная;

4 – шарикоподшипник упорный; 5 – динамометрическая пружина; 6 – сухарь стопорный;

7 – шайба сферическая; 8 – индикатор

 

Испытуемый болт 1 устанавливается в приспособление для нагружения болтов (см. рис. 1). Затяжка гайки 2 испытуемого болта производится торсионным динамометрическим ключом. Крутящий момент измеряется индикатором. В корпусе приспособления помещена динамометрическая пружина 5, позволяющая определить силу на болте по его деформации. Усилие затяжки болта 1 передается динамометрической пружине 5 через сферическую шайбу 7. Деформация измеряется с помощью индикатора 8. Для предотвращения возможности поворота болта устанавливается стопорный сухарь 6.

При определении коэффициента трения в резьбе гайка 2 опирается через втулку 3 и упорный шарикоподшипник 4 на динамометрическую пружину. Таким образом трение на торце гайки исключается.

При определении коэффициента трения на торце гайки втулка 3 заменяется другой специальной втулкой. В этом случае упорный ша­рикоподшипник не работает.

 

5. Методика проведения испытаний и обработка результатов

1. Выбрать исследуемый болт.

2. Измерить наружный диаметр болта d, шаг резьбы p, высоту гайки H, наружный диаметр опорной поверхности гайки D1, диаметр отверстия под болт d0 . Результаты занести в табл. 1 отчета.

3. Внутренний диаметр резьбы d1, средний диаметр d2 и внутренний диаметр болта по дну впадины d3 принять по табл. 1 лабораторной работы № 4.

4.  Вычислить допустимую силу затяжки болта [Fзат] по формуле (7).

5. Вычислить значения этой силы:

;       ;           и записать их в табл. 2 и 3 отчета.

6. Задать предварительный натяг индикатора в 1,5...2 оборота и установить его большую стрелку на нулевое деление.

7. Установить болт в прибор, завернуть гайку от руки до устранения осевого люфта, что контролируется по стрелке индикатора 8 (см. рис. 1) на установке.

Примечание. В результате тарировки динамометрической пружины и торсионного динамометрического ключа установлены следующие тарировочные коэффициенты:

 для динамометрической пружины;

 для динамометрического ключа.

Таким образом, сила затяжки , Н, и момент на динамометрическом ключе , Нмм. Здесь n1 и n2 – соответственно числа делений индикаторов 8 (см. рис. 1) и динамометрического ключа.

8. Определить число делений n1 индикатора 8 (см. рис. 1) по значениям силы затяжки и тарировочному коэффициенту μ1. Результаты записать в табл. 2 отчета.

9. Затянуть болт динамометрическим ключом последовательно до четырех значений силы затяжки. Записать числа делений индикатора торсионного ключа в табл. 2 отчета.

10. Определить величину . Результаты записать в табл. 2 отчета.

11. По полученным данным построить график зависимости силы затяжки Fзат от момента завинчивания Tзав.

12. По формуле (3) для каждого значения силы затяжки и момента завинчивания  вычислить приведенный угол трения в резьбе  и записать в табл. 2 отчета.

13. Вычислить приведенный коэффициент трения f1 по формуле (3) и коэффициент трения в резьбе fp по формуле (4). Результаты записать в табл. 2 отчета.

14. Вычислить среднее значение давления pр на витках резьбы по уравнению (8) и записать в табл. 2 отчета.

15. По полученным данным построить график зависимости коэффициента трения в резьбе fp от удельного давления pр.

16. При испытании со специальной втулкой вычислить момент трения на торце гайки по уравнению .

Значения Тр получены в предыдущем опыте.

17. По формуле (6) вычислить значения коэффициента трения fт на торце гайки и записать в табл. 3 отчета.

18. По формуле (9) вычислить давление на торце гайки pт . Результаты занести в табл. 3 отчета.

19. Построить график зависимости коэффициента трения на торце гайки от давления .

 

6. Содержание и оформление отчета

6.1  Титульный лист.

6.2  Цель работы.

6.3  Схема нагружения соединения

 

Таблица 1. Характеристика испытуемого болта

Наружный диаметр резьбы болта, мм

d

Шаг резьбы, мм

p

Внутренний диаметр резьбы болта, мм

d1

Средний диаметр резьбы болта, мм

d2

Внутренний диаметр резьбы болта по дну впадины, мм

d3

Угол подъема винтовой линии резьбы, градус

β

Высота гайки, мм

H

Наружный диаметр опорного торца гайки, мм

D1

Диаметр отверстия под болт, мм

d0

Допускаемая сила затяжки болта, Н

[Fзат]

 

Таблица 2. Испытание затяжки болта без трения на торце гайки (с шарикоподшипником)

Параметры

Опытные данные

0,25 [Fзат]

0,5 [Fзат]

0,75 [Fзат]

[Fзат]

Сила затяжки Fзат, Н

 

 

 

 

Число делений n1 индикатора динамометрической пружины

 

 

 

 

Число делений n2 индикатора динамометрического ключа

 

 

 

 

Момент на динамометрическом ключе (момент в резьбе)

 

 

 

 

Приведенный угол трения  в резьбе по формуле (2)

 

 

 

 

Приведенный коэффициент трения f1 в резьбе по формуле (3)

 

 

 

 

Коэффициент трения в резьбе fp по формуле (4)

 

 

 

 

Среднее значение pp на витках резьбы по формуле (8)

 

 

 

 

 

Таблица 3. Испытание затяжки болта c трением на торце гайки (с применением специальной втулки)

Параметры

Опытные данные

0,25 [Fзат]

0,5 [Fзат]

0,75 [Fзат]

[Fзат]

Сила затяжки Fзат, Н

 

 

 

 

Число делений n1 индикатора динамометрической пружины

 

 

 

 

Число делений n2 индикатора динамометрического ключа

 

 

 

 

Момент на динамометрическом ключе (момент в резьбе)

 

 

 

 

Момент трения в резьбе Тр по формуле (1), Нм

 

 

 

 

Момент трения на торце гайки Тт по формуле (5), Н∙м

 

 

 

 

Коэффициент трения на торце гайки по формуле (6)

 

 

 

 

Среднее давление на торце гайки по формуле (9), МПа

 

 

 

 

 

График зависимости силы затяжки от момента на ключе

 

Fзат, Н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tзав, Нмм

 

График зависимости коэффициентов трения от удельного давления

 

fp (fT)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pp, Мпа (PT, Мпа)

 

Контрольные вопросы

1.  Какова зависимость между осевой силой на болте и момен­том завинчивания?

2.  Почему для крепежных деталей применяются резьбы с тре­угольным профилем?

3.  Как смазка влияет на коэффициент трения в резьбе и на торце гайки?

4.  Каково среднее значение коэффициента трения в резьбе?

5.  Каково среднее значение коэффициента трения на торце гайки?


email: KarimovI@rambler.ru

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

 

 

 

 

Рейтинг@Mail.ru Каталог-Молдова - Ranker, Statistics

Directrix.ru - рейтинг, каталог сайтов