Главная

Лабораторная работа

Определение коэффициентов трения в резьбе и на торце гайки

1. Цель работы

- Определение коэффициента трения в резьбе f_p .

- Построение графика зависимости f_p от среднего давления на витках резьбы P_р .

- Определение коэффициента трения на торце гайки f_{т .}

- Построение графика зависимости f_т от удельного давления на торце гайки P_{т .}

- Установление зависимости .

2. Теоретические положения

Момент завинчивания гайки T_зав преодолевает момент сил трения в резьбе Т_р и на торце гайки Т_т :

В развернутом виде уравнение имеет вид

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

D_ср – средний диаметр опорной кольцевой площадки, мм;

f_т – 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 T_зав  Т_р. В таком случае возникающее в результате затяжки болта осевое усилие F_зав и момент Т_р 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;

H – высота 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 [F_зат] 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 F_зат от момента завинчивания T_зав.

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 f_p по формуле (4). Результаты записать в табл. 2 отчета.

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

15. По полученным данным построить график зависимости коэффициента трения в резьбе f_p от удельного давления p_р.

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

Значения Т_р получены в предыдущем опыте.

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

18. По формуле (9) вычислить давление на торце гайки p_{т .} 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

F_зат, Н

T_зав, Нмм

График зависимости коэффициентов трения от удельного давления

f_p (f_T)

P_p, Мпа (P_T, Мпа)

Контрольные вопросы

1. Установка для испытания резьбового соединения, ее устройство и цель проводимой работы.

2. Назвать профиль резьбы испытуемого болта и его основные геометрические параметры.

3. Назвать составляющие момента сопротивления при завинчивании гайки. Что изменится в расчетных уравнениях, если гайку отвинчивать под нагрузкой?

4. Что за параметр - угол подъема резьбы? Как он связан с шагом и средним диаметром резьбы?

5. Что за параметр - приведенный угол трения? Как его определить?

6. Как определить допустимую силу затяжки испытуемого болта?

7. Для какой цели в конструкции испытательной машины используется упорный шарикоподшипник?

8. Как определить момент трения на торце гайки?

9. Как устроен динамометрический ключ?

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

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

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

13. Каково среднее значение коэффициента трения в резьбе?

14. Каково среднее значение коэффициента трения на торце гайки?

---

email: KarimovI@rambler.ru

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

Теоретическая механика Сопротивление материалов

Прикладная механика Строительная механика Теория машин и механизмов

00:00:00