ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТІВ ТЕРТЯ В РІЗЬБІ І НА ТОРЦІ ГАЙКИМета роботи. Вивчити тертя в різьбовому з’єднанні і на опорному торці гайки, визначити коефіцієнти тертя в різьбі і на торці гайки для незмащених та змащених поверхонь при затяжці з’єднання.
Теоретичні відомості. При затягуванні болтового з’єднання (рис. 3.1) унаслідок осьового переміщення гайки 3 в напрямку до головки болта 1 і опору її переміщенню з боку деталей, що з’єднуються, у болтовому з’єднанні виникає сила затяжки Fзат, яка розтягує болт і стискує деталі, які з’єднуються. Сила затяжки Fзат приводить до появи контактних напружень на взаємодіючих поверхнях різьби qp і на поверхні контакту торця гайки 3 з деталлю 2, що з’єднується, qТ. Контактні напруження qр і qТ при затяжці болтового з’єднання приводять відповідно до появи питомих сил тертя в різьбі tр і на торці гайки tТ, які залежать від контактних напружень і коефіцієнтів тертя ковзання f у різьбі і на торці гайки fТ відповідно. Сили тертя в різьбі і на торці гайки приводять відповідно до появи момента сил в різьбі Тр і момента сил тертя на торці гайки ТТ. При затяжці болтового з’єднання момент сил тертя у різьбі Тр і момент сил на торці гайки ТТ зрівноважуються моментом загвинчування Тзаг, прикладеним через ключ до гайки Тзаг = Тр+ТТ. (3.1) Момент сил у різьбі визначається залежністю [1, 3] Тр=0, 5Fзатd2tg(y+ де d2 - середній діаметр різьби; y - кут підйому гвинтової лінії різьби; Якщо прийняти, що контактне напруження qT і зв’язані з ними питомі сили тертя tТ розподілені на торці гайки рівномірно, то момент сил тертя на опорному торці гайки [3, 4]
де fТ - коефіцієнт тертя ковзання на поверхні торця гайки; D0 - зовнішній діаметр опорної поверхні гайки; d0 - діаметр отвору під болт у деталях, що з'єднуються. Кут підйому гвинтової лінії різьби [1, 3]
де Р - крок різьби. Після підстановки значення y згідно з рівнянням (3.4) у рівняння (3.2) одержимо залежність для визначення зведеного кута тертя в різьбі
Тоді зведений коефіцієнт тертя в різьбі
Коефіцієнт тертя ковзання в різьбі [3]
де a - кут профілю різьби. Коефіцієнт тертя ковзання на опорній поверхні торця гайки визначається згідно з рівнянням, одержаним із залежності (3.3)
При випробуваннях з установкою під гайку рухомої опорної шайби, яка опирається на кульковий підшипник, момент тертя в підшипнику дуже малий і тому можна прийняти, що Тзаг = Тр. (3.9) При випробуваннях з установкою під гайку опорної шайби з хвостовиком, який виключає обпирання на опорний кульковий підшипник, момент тертя в різьбовому спряженні визначається з рівняння (3.1). Допустиму силу затяжки болтового з’єднання [ Fзат ], виходячи з умови міцності болта на розтягнення і кручення, визначають за рівнянням
де d1 - внутрішній діаметр різьби; [ sр ] - допустиме напруження розтягнення матеріалу болта; 1, 3 – коефіцієнт, що враховує напруження кручення при одночасному розтягненні болта. Допустиме напруження при розтягненні дорівнює:
де sТ – границя текучості матеріалу болта; [ S ] - допустимий запас міцності болтів. Для болтів із сталі марки Ст0, Ст2, Ст3 значення напруги sр = 120 МПа. При контрольованій затяжці допустимий запас міцності приймають рівним [ S ] = 1, 3 – 2, 5, а при неконтрольованій затяжці і сталому навантажені - згідно з таблицею 3.1 [5].
Таблиця 3.1
Допустимі коефіцієнти запасу міцності болтів [ S ]
Для аналізу результатів, одержаних на основі випробувань коефіцієнтів тертя f та fТ, у таблиці 3.2 наведено значення, узяті з довідників [3]. Таблиця 3.2
Значення коефіцієнтів тертя в різьбі f та на торці гайки fТ
Обладнання, прилади та інструмент. Для проведення лабораторної роботи застосовується: лабораторна установка ДМ-27М з комплектом змінних деталей установки і комплектом болтів з гайками з метричною різьбою: М12х1.75, М12х1.5, М12х1, М14х2, М14х1.5, М14х1, М16х2, М16х1.5, М16х1, М18х2.5, М18х1.5, М18х1, М20х2.5 та індикаторів годинникового типу з ціною поділок 0, 01мм (ИЧ 10 кл1 ГОСТ 577-68) – 2 шт. Для обмірювання випробуваних болтів та гайок застосовується лінійка, штангенциркуль, різьбомір. Лабораторна установка ДМ-27М складається з двох вузлів: пристрою для навантаження болтів (рис. 3.2) і торсіонного динамометричного ключа (рис. 3.3) [6]. Пристрій для навантаження болтів слугує для створення навантаження і вимірювання сили затяжки. Сила затяжки передається з випробуваного болта 5 динамометричній пружині 2 через сферичну шайбу 4. Гайка опирається через втулку 6 і опорний кульковий підшипник 8 на корпус пристрою 1. Для визначення коефіцієнта тертя на торці гайки замість втулки 6 установлюється втулка 9. У цьому випадку опорний кульковий підшипник не працює. Сухар 10 слугує для запобігання можливості провертання болта. Затяжка гайки здійснюється торсіонним ключем 1 (рис. 3.3). Силу затяжки визначають за вимірами індикатора 3 (рис. 3.2), деформацій згину динамометричної пружини за її тарувальною характеристикою (рис. 3.4). Момент загвинчування визначається за вимірами по індикатором 3 (рис. 3.3) деформації кручення торсіонного ключа за його тарувальною характеристикою (рис. 3.5) або за аналітичною залежністю Тзаг = 22.2х lк, де lк - деформація торсіонного ключа в міліметрах.
Порядок виконання роботи. 3.1. Перед виконанням лабораторної роботи підготувати таблицю для параметрів випробуваного об’єкта (табл. 3.3) і таблицю для результатів визначення коефіцієнтів тертя (табл. 3.4, табл. 4.5). 3.2. Виміряти основні параметри випробуваного болтового з’єднання і порівняти їх зі стандартними величинами для даного типорозміру [2, с. 427]. Згідно з залежністю (3.4) визначити кут підйому гвинтової лінії. Результати вимірювання і розрахунку занести в табл. 3. 3.3. За формулами (3.10), (3.11) визначити допустиму силу затяжки [ Fзат ] для даного типорозміру болта. При цьому необхідно враховувати граничні значення тарувального зусилля [ Fтар ] динамометричної пружини установки ДМ-27М. Якщо розрахункове значення [ Fзат ] виявиться більшим за значення тарувального зусилля [ Fтар ], то прийняти[ Fзат ] = [ Fтар ]. Значення занести в таблицю 3.3. 3.4. Установити випробуваний болт в установку з рухомою втулкою 6, яка виключає тертя на торці гайки і вибрати зазори в з’єднанні. При визначенні коефіцієнтів тертя в різьбі за наявності мастила нанести його тонким шаром на різьбу болта і гайки. 3.5. Установити індикатори на динамометричну пружину та торсіонний динамометричний ключ. При цьому наконечники індикаторів повинні бути переміщені після дотикання до опорної поверхні близько 0, 2 мм, а шкали установлені на „0”.
3.6. Плавно виконати затяжку випробуваного болта динамометричним ключем, доводячи показання величини деформації динамометричної пружини до значень, що відповідають контрольним значенням сили затяжки болта Fзат1=0, 25 [ Fзат ], Fзат2=0, 5 [ Fзат ], Fзат3=0, 75 [ Fзат ], Fзат4= [ Fзат ]. При цьому одночасно слід фіксувати відповідні показання на індикаторі динамометричного ключа, що відповідають контрольним значенням сили затяжки. Кожен дослід повторити в указаній послідовності три рази для одних і тих же прийнятих контрольних значень сили затяжки болта та умови змащення тертьових поверхонь: без змащення та при змащенні (з указуванням сорту мастила). Зняти з індикаторів показання повної деформації динамометричної пружини та ключа і занести в табл. 3.4.
Таблиця 3.3 Характеристика випробуваного об’єкту
3.7. Зняти втулку 6 (без хвостовика) і установити втулку 9 (з хвостовиком). 3.8. Повторити випробування за п.3.6 для одних і тих же умов змащення тертьових поверхонь. Зняти з індикаторів показання і занести в табл. 3.5. 3.9. Після закінчення випробувань демонтувати установку. 3.10. Згідно з порядком і формулами, наведеними в табл.3.4 і 3.5, визначити коефіцієнт тертя в різьбі f та на торці гайки fТ. 3.11. Виконати аналіз одержаних дослідним шляхом коефіцієнтів тертя f та fТ для незмащених і змащених елементів болтового з’єднання і порівняти їх зі значеннями, наведеними в довідковій літературі (див. табл. 3.1). 3.12. Оформити звіт з лабораторної роботи відповідно до додатка.
Контрольні запитання
1. Які геометричні параметри кріпильних різьб є основними? 2. Як визначити кут підйому гвинтової лінії різьби? 3. Як визначається зведений кут тертя в різьбі? 4. Що являє собою зусилля затяжки в різьбі? 5. На яких поверхнях виникає тертя при затяжці болтового з'єднання при навантаженні за схемою №1 і за схемою № 2? 6. Які фактори зумовлюють силу тертя між витками різьби і на торці гайки? 7. Будова лабораторної установки ДМ-27М для визначення тертя в різьбі і на торці гайки? 8. Принцип і методика визначення момента загвинчування болтового з'єднання? 9. Принцип і методика визначення зусилля затяжки в болтовому з'єднанні? 10. Суть методики експериментального визначення моментів тертя в різьбі і на торці гайки?
|
), (3.2)
, (3.3)
, (3.4)
. (3.5)
. (3.6)
, (3.7)
. (3.8)
, (3.10)
, (3.11)
Найменування
