Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Лабораторная работа №3. Методические указания к лабораторной работе №3 по курсу






ИСПЫТАНИЕ ЗАТЯНУТОГО БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ, НАГРУЖЕННОГО ВНЕШНЕЙ ОСЕВОЙ СИЛОЙ

 

Методические указания к лабораторной работе №3 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»

 

 

Испытание затянутого болтового соединения, нагруженного внешней осевой силой: методические указания / В.К. Мартынов, И.Н. Семин. – 3-е изд. – М.: МГТУ «МАМИ», 2010. – 14с.

 

 

В методических указаниях рассматриваются теоретическое и экспериментальное определение особенностей совместной работы деталей затянутого болтового соединения.

 

ã В.К. Мартынов,

И.Н. Семин, 2010

ã МГТУ «МАМИ», 2010

 

 

Лабораторная работа №3

 

В затянутых болтовых соединениях внешняя осевая отрывающая сила вызывает дополнительную нагрузку на болты и приводит к разгрузке стыка. Задача распределения нагрузки между болтами и стыком является статически неопределимой и решается с помощью условия совместности деформаций указанных элементов. Необходимые для этого жесткости болтов и соединяемых деталей устанавливают расчетом по соответствующим аналитическим зависимостям.

Целью настоящей работы является экспериментальная проверка основных теоретических положений совместной работы болта и стыка при действии осевой силы.

 

1. Основные расчетные зависимости.

В качестве объекта испытаний используются втулки, в отверстия которых устанавливается динамометрический болт (рис. 4).

При затяжке болта силой он удлиняется на величину , а общая длина втулок уменьшается на величину (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма совместной работы.

 

При этом сила на стыке втулок будет равна силе затяжки болта. После приложения к втулкам внешней отрывающей осевой силы болт и втулки удлинятся на одинаковую величину . При этом сила на стыке (остаточная затяжка) уменьшается до , а сила в болте возрастает.

Её величина определяется зависимостью

, (1)

где - сила растяжения болта, достигающая значения при

раскрытии стыка;

- жесткость болта;

- жесткость соединяемых деталей (втулок);

- коэффициент внешней нагрузки.

При определении коэффициента внешней нагрузки расчетным путем

; (2)

и . (3)

Здесь и - соответствующие модули упругости материалов болта и

резьбовых втулок;

- расчетная длина болта и резьбовых втулок;

- площадь поперечного сечения болта;

- деформируемая площадь поперечного сечения резьбовых

втулок.

Для стали МПа.

, (4)

где - наружный диаметр болта.

Жесткость соединяемых деталей определяют в предположении, что деформации в них распространяются в пределах т.н. конусов давления, которые заменяются эквивалентными полыми цилиндрами.

Тогда

, (5)

где - диаметр отверстия под болт в резьбовых втулках;

- диаметр эквивалентного цилиндра.

Приближенно диаметр эквивалентного цилиндра

, (6)

где - размер болта (гайки) под ключ.

Экспериментальное значение коэффициента внешней нагрузки из зависимости (1)

. (7)

При этом внешнее осевое усилие фиксируется электротензометрическим устройством силоизмерительного кольца, а силы в болте и - с помощью электротензометрического устройства болта. Как видно из диаграммы (рис. 1) возрастание внешней осевой силы до величины вызывает раскрытие стыка соединяемых деталей. При этом .

Из диаграммы следует , откуда расчетная внешняя осевая сила, вызывающая раскрытие стыка, равна

. (8)

Экспериментальное значение определяют по графику (рис. 2), полученному в процессе проведения лабораторной работы.

Рис. 2. График .

 

График показывает, что до начала раскрытия стыка только часть внешней силы дополнительно нагружает болт, а после раскрытия – целиком воспринимается болтом .

 

2. Установка для испытаний.

Испытания проводятся на установке, состоящей из универсальной машины для испытаний на растяжение-сжатие (пресса) типа ДМ30 и специального приспособления ДМ22. Для регистрации и визуализации действующих в соединении усилий используются электротензометрические устройства, аналого-цифровой преобразователь и персональный компьютер.

Пресс ДМ30 (рис. 3) состоит из литой коробчатой станины 1, в которой размещен нагружающий механизм, двух стоек 2, траверсы 4 с винтовым механизмом установочного перемещения 5 и силоизмерительного устройства 3.

Рис. 3. Установка для испытаний.

 

При вращении маховика 6 ползун 7 и связанное с ним силоизмерительное устройство перемещается в осевом направлении, что позволяет установить их на заданной высоте. При вращении маховика 11 через червячную передачу и винтовую пару столу 10 с закрепленным на нем приспособлением ДМ22 9 сообщается вертикальное перемещение. С помощью съемных колодок 8 приспособление ДМ22 соединяется с силоизмерительным устройством. Силоизмерительное устройство состоит из динамометрического кольца, снабженного электротензометрическим устройством и стрелочным индикатором с ценой деления 0, 01 мм, служащим для настройки измерительной системы.

Приспособление ДМ22 (рис. 4) состоит из двух сменных втулок 4, в отверстия которых установлен динамометрический болт 5.

Рис. 4. Приспособление ДМ22.

 

От проворачивания при затяжке головка болта удерживается установочным цилиндром 3. Нижняя резьбовая втулка ввернута в стакан 2, основание 1 которого закрепляется болтами на столе пресса. Верхняя втулка с помощью съемных колодок 8 (рис. 3) соединяется с динамометрическим кольцом.

Электротензометрическое устройство динамометрического болта (рис. 5, 6) состоит из четырех фольговых датчиков - омического сопротивления, наклеенных на болт, и датчиков , , , наклеенных на ненагруженную деталь, установленную в корпусе основания.

Рис. 5. Электротензометрическое устройство динамометрического болта.

 

Рис. 6. Электрическая схема соединений датчиков динамометрического болта.

 

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. Датчики - наклеены и соединены таким образом, чтобы устранить влияние изгиба болта на измерения. Под нагрузкой болт удлиняется, что вызывает изменение сопротивления активных датчиков и разбалансировку измерительного моста.

Электротензометрическое устройство динамометрического кольца (рис. 7, 8) состоит из четырёх фольговых датчиков омического сопротивления, наклеенных на динамометрическое кольцо и соединенных по мостовой схеме.

 

Рис. 7. Электротензометрическое устройство динамометрического кольца.

 

Рис. 8. Электрическая схема соединений датчиков динамометрического кольца.

 

При этом все датчики являются активными. Под нагрузкой динамометрическое кольцо деформируется, 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

Включить компьютер. Запустить программу. Убедиться в отсутствии силы затяжки и внешней силы и произвести обнуление показаний нажатием на кнопку «Уст. нуля» . Снять соединительные колодки 8 (рис. 3) и с помощью гаечного ключа произвести затяжку болтового соединения с усилием 5 – 7 кН, ориентируясь по показаниям на экране компьютера. Установить соединительные колодки. Чтобы уменьшить влияние перекоса и остаточного момента, возникающих во время затяжки болта, вращением верхнего маховика 6 произвести предварительное раскрытие и закрытие стыка. Нажатием кнопки «Обнов. экран» произвести очистку графического поля окна программы. Вращением верхнего маховика переместить вверх ползун пресса 7 до момента начала роста внешней силы. Вращением нижнего маховика 11 постепенно увеличивать внешнюю силу до значения около 10 кН. Нажатием на кнопку «Стоп/Пуск» остановить работу программы. Разгрузить пресс и отвернуть гайку болта. Распечатать полученную на экране диаграмму 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 силы в болте и внешней силы, а также выводить их текущие значения в графическом виде. Вид окна программы изображен на рисунке 9.

Рис. 9. Окно программы.

 

Окно программы содержит следующие индикаторы и кнопки:

– вывод значения усилия в болте;

– вывод значения внешней силы;

«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:

а) Расчета

1. Определить жесткость болта и соединяемых деталей по формулам (4), (5), (3).

2. Рассчитать теоретическое значение коэффициента внешней нагрузки по формуле (2).

3. Рассчитать теоретическое значение внешней осевой силы, вызывающей раскрытие стыка по формуле (8).

б) Эксперимента

Вариант I:

1. Исходя из графических данных найти силу , соответствующую точке раскрытия стыка, а также уточнить усилие предварительной затяжки . Текущие значения сил и установить по графику с интервалом =1; 2… [кН]. Данные занести в таблицу.

2. По формуле (7) определить экспериментальные значения коэффициентов внешней нагрузки для каждого этапа нагружения и найти их среднеарифметическое значение . Значение рассчитывать только до момента раскрытия стыка. Данные занести в таблицу.

3. Сравнить и и определить процент ошибки.

4. Занести в журнал результаты испытаний и расчетов.

 

Вариант II:

Провести прямую линию, максимально охватывающую точки полученной зависимости от до , а также линию от параллельно оси абсцисс (оси ). Определить тангенс полученного угла (рис. 2) между прямыми, который будет соответствовать значению .

4.3 Выводы

По результатам эксперимента объяснить:

1. отличия экспериментальной кривой от теоретической;

2. причину несовпадения расчетного и экспериментального коэффициентов внешней нагрузки.

 

 

5. Журнал испытаний

Заполняется студентом при подготовке к лабораторной работе.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.