Последовательность выполнения работы
1. Провести измерение геометрических параметров болтового соединения. Сделать эскиз соединяемых пластин с нанесением основных геометрических размеров.
2. Вычислить расчетные значения податливостей болта λб, соединяемых деталей λд и коэффициента внешней нагрузки χ ( формулы 4.4, 4.5, 4.8.).
3. Для предохранения установки и болта от поломки предварительно расчетным путем определить допустимую растягивающую нагрузку [Fp] болта
[Fp]= 
[σp], (11)
[σp]= 
= 
, (12)
где 1,3- коэффициент, учитывающий влияния скручивания болта от действия момента в резьбе Тр; σт- предел текучести; для сталей Ст1-180 МПа; Ст3-220 МПа; Сталь45-360 МПа; n- запас прочности (выбрать по таблице 2).
4. Допустимую силу затяжки определить из предположения, что усилие стыке должно быть не больше, чем прилагаемая внешняя нагрузка
[Fз]=[Fp]/(1-χ). (13)
| М8 | М12 | М16 | |
| Толщина первой детали δ1, мм. | 8,5 | ||
| Толщина второй детали δ2, мм. | |||
| Длинна болта L,мм. | |||
| Высота гайки H,мм. | 7,5 | ||
| Расчетная длина болта l,мм. | 120,5 | ||
| Площадь соприкосновения соединяемых деталей А1=А2, мм2. | |||
| Площадь поперечного сечения болта(М8) Аδ, м2. | 50,24 | 113,0 | 201,0 |
| Напряжение σр, МПа. | 42,3 | ||
| Допускаемая нагрузка на болт [Fp]=πd12/4[σp]*[H] |
Таблица 2 – Запасы прочности для болтов с неконтролируемой нагрузкой
| Материал болта | Диаметр резьбы | ||
| М6-М16 | М16-М30 | М30-М60 | |
| Углеродистая сталь | 4-3 | 3-2 | 2-1,3 |
5. Варьируя значениями внешней силы от Fвн=0 до Fвн=[Fp] для вычисленных значений χ, λд, λб построить расчетную диаграмму затянутого болтового соединения и определить критическое значение внешней нагрузки, при которой произойдет раскрытие стыка.
6. Провести эксперимент по изучению распределения силовых зависимостей в затянутом болтовом соединении, нагруженном внешней нагрузкой.
а) выбрать зазор в исследуемом болтовом соединении – датчики силы должны при этом показывать 0, затем выставить в 0 датчик перемещения;
б) произвести затяжку болтового соединения до тех пор, пока датчики силы не покажут значение силы затяжки около 1000 Н, одновременно измеряются соответствующие деформации болта датчиком перемещений;
в) выбрать зазор в тягах механизма нагружения и произвести ступенчатое нагружение затянутого болтового соединения путем завинчивания гайки 5 (рисунок 4.4) до тех пор, пока датчики усилия не покажут ноль; при этом шаг нагружения ориентировочно взять Fз/5 и на каждом измерении фиксируется удлинение болта ∆б.
7. Произвести сравнительный анализ теоретических расчетов экспериментальных данных коэффициента внешней нагрузки, податливостей болта и деталей, а также критической внешней силы, которая раскрывает стык деталей.8. Сделать выводы по лабораторной работе и ответить на контрольные вопросы.
Приложение А
Устройство лабораторной установки
На рисунке представлена схема экспериментальной установки в сборке для исследования резьбового соединения, а именно определения распределения сил в затянутом резьбовом соединении. Монтаж основных основных деталей осуществляется на станине 1. Модельное резьбовое соединение образуется болтом 19 и квадратной гайкой 20. Соединяемые детали моделируются пластиной 21 и двумя датчиками сил 10, что позволяет непосредственно измерять осевую силу в болте. Гайка 20 установлена в соответствующем квадратном отверстии пластины 21 для избежания необходимости удерживания ее гаичным ключем. Болт устанавливается через втулку 22 с накладкой 23 и проставкой 24. Пластина 21 через тяги 25 связанна с ответной тяговой пластиной 26, через которую на исследуемое болтовое соединение передается внешняя осевая сила. Для создания внешней осевой нагрузки используется вал с резьбой 27, поворот которого через червячный редуктор 6 приводит к осевому смещению тяговой пластины 26 и появлению соответствующей осевой нагрузки. Для устранения поворота тяговой 26 используется направляющая вилка 28. Принцип измерения основан на одновременном измерении осевой нагрузки в болтовом соединении и деформации болта датчиком перемещений 29, установленным в стойке 30.
Контрольные вопросы
1. Как учитывается влияние растягивающей силы в расчете болта на прочность
2. В чем отличие расчета на прочность болтового соединения нагруженного только внешними силами и когда болт затянут, а внешняя нагрузка раскрывает стык деталей?
3. Что такое коэффициент внешней нагрузки и каков его физический смысл?
4. Условие работоспособности затянутого болтового соединения?
Разработали: д.т.н., профессор Бекренев Н.В.
ассистент Злобина И.В.
аспирант Линьков Е.Д.