POŁĄCZENIA I MECHANIZMY ŚRUBOWE

Transkrypt

1 Laboratorum PKM Lab Mgr ż. M. Potoczy POŁĄCZENIA I MECHANIZMY ŚRUBOWE Ćwczee I: Badae sprawośc mechazmu śrubowego Ćwczee II: Badae ośośc śrubowego apętego wstępe Pytaa kotrole zajdują sę a stroe: Materały dotyczące Ćwczea I, dot. Mechazmu śrubowego zajdują sę w skrypce: M.Porębska, M.Warszyńsk - Laboratorum z Podstaw Kostrukcj Maszy (ćwczee laboratoryje 6) CWICZENIE II - INSTRUKCJA 1. Temat: Badae ośośc śrubowego apętego wstępe w zależośc od rodzaju metody apaa.. Cel ćwczea: - porówae dokładośc powtarzalośc apaa śrub kluczem dyamometryczym apaczem hydraulczym - określee wpływu zatłuszczea (zabrudzea) powerzch gwtu powerzch oporowych śrub a ośość. 3. Wstęp: Połączea śrubowe, aby mogły spełać odpowedzalą rolę muszą być wstępe zacśęte z odpowedą słą. Słę tą wywołuję sę wprowadzając aprężea rozcągające z zakresu sprężystego w śrubach. Najpopularejszym ajprostszym sposobem wprowadzaa określoego apęca w śrubach jest dokręcae odpowedm mometem akrętk a śrube za pomocą klucza dyamometryczego. Metoda ta jest łatwa bardzo skutecza ale edokłada. Z powodzeem jest stosowaa w ezbyt odpowedzalych śrubowych ch z wymagaą ewysoką słą zacsku. Jedak zjawska jake występują podczas dokręcaa akrętk, powodujące zaczy rozrzut welkośc apęca, awet przy przyłożeu mometu o dokładej wartośc, mogą dyskwalfkować tą metodę dla złącz o dużej odpowedzalośc [,3]. Ią, coraz częścej wykorzystywaą metodą apaa śrub jest wykorzystae apaczy hydraulczych, cechujących sę zacze wyższą dokładoścą powtarzaloścą wartośc apęca. Napęce wywoływae jest specjalym słowkem hydraulczym po czym jest oo blokowae akrętką dokręcoą ewelkm mometem. Po odjęcu czyka wymuszającego zacsk pozostaje praktycze a poprzedm pozome Charakterystyka podstawowych metod apaa śrub Wykoae śrubowego z apęcem wstępym wymaga oblczea jego wartośc w etape projektowaa a astępe określea wartośc apęca jake jest uzyskwae w śrubach w trakce realzacj połączea. Nestety bezpośred pomar apęca śruby jest w ormalych warukach trudy, toteż stosuje sę metody pośredego określea jego wartośc przez pomar ych welkośc fzyczych. Najpowszechejszą metodą tworzea śrubowego z zadaą wartoścą apęca jest przyłożee do akrętk określoego mometu dokręcającego za pomocą klucza dyamometryczego. Jedak metoda ta e jest zbyt dokłada, poeważ momet dokręcea e określa wprost apęca w śrube, ale jest wykem oddzaływaa zmeych o charakterze losowym. Na wahaa mometu wpływa wele czyków, których precyzyje wyzaczee jest ezwykle trude albo awet emożlwe. Są to medzy ym: tarce statycze

2 ketycze, eregularość eprostopadłośc współpracujących powerzch, smarowae, błędy wykoaa gwtu powerzch współpracujących, ejedoltość śrub tp. Dla zwykłych śrub określoo, że rozrzut wartośc mometu dokręcaa, przy wymagaym stałym apęcu wstępym, dochodz do ± 30 %, a dla śrub akrętek kołerzowych awet do ±50%. Dlatego przyjmuje sę, że połączee moża apać w oparcu o momet dokręcea jeżel toleracja poprawośc wykoaa wyos powyżej ±30% [3]. Wyka z tego, że podstawowym problemem tej metody apaa jest uzyskae dokładej wartośc powtarzalośc apęca wstępego w złączu śrubowym. Główą przyczyą dużego rozrzutu wartośc apęca wstępego przy stałym, awet precyzyje dobraym momece dokręcaa jest to, że przyłożoy momet jest w 85% 90% tracoy a pokoae sprzężeń cerych podczas apaa, które występują zarówo a powerzch czołowej dokręcaej akrętk jak a powerzch gwtu [3]. Wykres a rys.1 [] przedstawa procetowy rozkład wykorzystaa mometu obrotowego do rozcągęca apaej Rys.1. Rozkład wykorzystaa mometu dokręcaa akrętk śruby oraz zużywaego a pokoae oporów tarca. Ią dobrze zaą często wykorzystywaą metoda apaa złącz śrubowych jest wykorzystae w tym celu apaczy hydraulczych. Metoda ta wykorzystuje cśee ceczy hydraulczej, która podawaa z pompy wywera acsk a tłok. Tłok atomast, pracując w cyldrze apacza, przeos słę pochodzącą od cśea ceczy a apaą śrubę, tym samym ją rozcągając. Wówczas dokręca sę akrętkę a śrube zwala cśee płyu. Śruba poddaa odkształceu sprężystemu wprowadza apęce do. Metoda ta jest o tyle skutecza, że pozwala a uezależee apęca od tarca a gwce powerzch oporowej akrętk. Prosta zależość sły od cśea oddzaływującego a powerzchę tłoka umożlwa dość dokłade określee wartośc apęca w śrube [1]. 4. Ops staowska: Badae złączy śrubowych odbywa sę a staowsku laboratoryjym, rys.. Welkoścą bezpośredo merzoą podczas przeprowadzaa ćwczea jest sła zrywająca połączee cere pomędzy trzema płytam skręcoym ze sobą za pomocą dwóch śrub M1. Zmerzoa sła jest odoszoa do wartośc apęca śrub, będącego wykem przyłożea określoego mometu dokręcającego a kluczu dyamometryczym lub cśea a apaczu hydraulczym. Hydraulcze apae śrub realzowae jest za pomocą ewelkego apacza hydraulczego rys.3. Po dokręceu śrub 4 złącze obcąża sę słą wywołaą przez dokręcee pokrętła 8 a cęge 6. Sła merzoa a dyamometrze 5 przeoszoa jest przez dźwgę 7 z przełożeem 5:1 a płytę 3, powodując jej przesuęce. Przesuęcu temu zapobega sła tarca wywołaa dokręceem śrub 4. W chwl gdy sła tarca zostae przezwycężoa odczytuje sę wartość sły obcążającej z uwzględeem przełożea dźwg 7 a tej podstawe określa ośość połączea. Dośwadczee ależy przeprowadzć klkakrote dla klucza dyamometryczego apacza przy różym stae powerzch gwtu powerzch oporowej akrętk, w celu określea powtarzalośc apęć. Waruk współpracy płyt 3 ależy zapewć w przyblżeu jedakowe.

3 Rys.. Staowsko laboratoryje do badań połączeń gwtowych 1-rama, -płyta zewętrza, 3-płyta wewętrza, 4-apaa śruba, 5-dyamometr kabłąkowy, 6-cęgo, 7-dźwga przeosząca obcążee, 8-pokrętło, 9-środek obrotu dźwg, 10-podkładk cetrujące Rys.3. Napacz hydraulczy. 1-korpus apacza, -tłok apacza, 3-cęgo, 4-wkrętka oporowa, 5-perśceń dokręcający, 6-akrętka śruby apaej, 7-akrętka apająca, 8-śruba apaa, 9-tłok (urk) prasy, 10-korpus prasy, 11-pokrętło prasy, 1-maometr, 13-elemety łączoe, 14-korek zaślepający, 15-dźwgeka, 16-uszczelee gumowe, 17-uszczelee alumowe.

4 5. Przebeg ćwczea Przed każdą próbą ależy aeść warstwę środka smarego a współpracujące powerzche płyt, w celu zmejszea gwałtowośc zerwaa połączea cerego zapewea porówywalych waruków współpracy Badae ośośc o suchych powerzchach oporowych śrub gwtu 1. założyć śruby przeczyszczoe bezyą do korzystając z podkładek cetrujących.. ustawć dźwgę obcążającą 7 w skrajym położeu, a które pozwala ograczk. 3. wyzerować czujk dyamometru 5 4. dokręcć wstępe akrętk obu śrub 5. kluczem dyamometryczym dokręcć kolejo śruby z oblczoym mometem M=78,5Nm 6. dla tak skręcoego wprowadzć słę obcążającą za pomocą dźwg 7, poprzez dokręcee akrętk a cęge 6 kluczem pełącym rolę pokrętła 8 7. podczas rówomerego obcążaa dźwg 7 obserwować wskazaa czujka dyamometru 5 8. po przekroczeu (zerwau) sprzężea cerego pomędzy skręcoym płytam,3 astąp spadek wartośc przeoszoej sły. Maksymalą uzyskaą wartość wpsać do tab.1. (koluma 3) 9. poowe rozpocząć rówomere obcążae dźwg odczytać wartość wskazań czujka przy drugm przekroczeu ośośc. Czyość tą powtórzyć do uzyskaa 4 wartośc wskazań, które zapsać w tab rozkręcć złącze doprowadzć powerzche płyt do stau wyjścowego sprzed próby (rozprowadzć środek smary) 11. przeprowadzć czyośc wg puktów wykorzystując apacz hydraulczy apąć śruby oddzaływując oblczoym cśeem p=4mpa, mającym wywołać take same apęce w śrubach jak przy użycu klucza dyamometryczego 13. przeprowadzć czyośc wg puktów Badae ośośc o zatłuszczoych powerzchach oporowych śrub gwtu 1. przesmarować gwt śruby powerzche oporowe akrętek smarem plastyczym. założyć tak przygotowae śruby do 3. przeprowadzć czyośc wg puktów 13 z podrozdzału 4.1. ale dla zatłuszczoych śrub. 4. wyk zapsać w tab. 6. Tabele pomarowe Tab.1. Dla suchych powerzch oporowych śrub gwtu. Metoda apaa Klucz dyamometryczy Napacz hydraulczy Momet / cśee apaa 78,5 Nm 4 MPa Wskazaa czujka dyamometru x 1 x x 3 x 4 y 1 y y 3 y 4 Wartośc sł obcążających dźwgę Nośość Teoretycza sła apęca Sła apęca Wyzaczoa z ośośc x (y ) Fd [N] F [N] Q W [N] Q F [N]

5 Tab.. Dla zatłuszczoych powerzch oporowych śrub gwtu. Metoda apaa Klucz dyamometryczy Napacz hydraulczy Momet / cśee apaa 78,5 Nm 4 MPa 7. Opracowae wyków Wskazaa czujka dyamometru v 1 v v 3 v 4 z 1 z z 3 z 4 Wartośc sł obcążających dźwgę Nośość Teoretycza sła apęca Sła apęca Wyzaczoa z ośośc v (z ) Fd [N] F [N] Q W [N] Q F [N] 7.1. Zając wartośc mometu dokręcea akrętek cśee apaa hydraulczego wyzaczyć wartośc apęć śrub Q w Dla klucza dyamometryczego korzystając ze wzoru M 0,5 Q [ ( w ds tg ) dm ] [Nm] gdze: d s =10,863mm średca podzałowa śruby M1 dm do s średa średca powerzch oporowej akrętk h=1,75 skok gwtu M1 do=1mm średca otworu s=19mm zewętrza średca akrętk (wymar pod klucz) - kat wzosu l śrubowej h tg tg Dla apacza hydraulczego Qw p [MPa] A gdze: A=1660mm czye pole powerzch tłoka apacza d S cos 7.. Wyzaczyć ośość a podstawe odczytaych wskazań czujka dyamometru, wedząc że złącze skręcoo dwoma śrubam, a przełożee dźwg obcążającej wyos 5: Z wykresu charakterystyk dyamometru (Rys.4) wyzaczyć wartośc sł oddzaływujących a dźwgę Fd 7... Oblczyć ośośc zapsać w tab. F =5. Fd r

6 Charakterystyka słomerza sła kg w skazaa czujka Rys.4. wykres charakterystyk dyamometru Oblczyć apęca w śrubach Q F a podstawe wyzaczoych ośośc. F =m. Q. C µ F gdze: m= lczba powerzch trących µ F =0,05 wsp. tarca pomędzy posmarowaym powerzcham płyt, wyzaczoy eksperymetale Q C całkowty acsk a złącze pochodzący od apęca śrub Q C =. Q F = lość śrub w złączu 7.4. Porówać wartośc uzyskaych ośośc w zależośc od metody waruków apaa. Wyjaść potecjale przyczyy zastea zaczych rozbeżośc ośośc. Wskazać przyczyę dlaczego w kolejych próbach przekroczea ośośc uzyskwae są wyższe wartośc sł Na podstawe wartośc ośośc uzyskaych ze wszystkch grup laboratoryjych opracować wyk statystycze, przy założeu rozkładu ormalego. Wykoać w oparcu o Opracowae statystycze wyków ćwczeń laboratoryjych PKM zameszczoe w skrypce M.Porębska, M.Warszyńsk - Laboratorum z Podstaw Kostrukcj Maszy INSTRUKCJA II. Do opracowaa wząć wyk tylko z 1-szej próby dla każdego rodzaju apaa (F 1 ) ze względu a zachowae ajbardzej zblżoych waruków badań w tych próbkach. Wyzaczyć wartośc średe F odchylea stadardowe S 0 przeprowadzć test Kołmogorowa. Sporządzć wykresy rozrzutów ośośc dla stałej wartośc argumetu oraz odpowadających m fukcj gęstośc f (F) (wg. przykładu). Porówać powtarzalość otrzymywaych wyków dla obu metod apaa śrub. 1 1 F F f ( F) exp S0 S0 Oblczyć ośość oczekwaą F t =m.. Q. w µ F a podstawe teoretyczych wartośc apęć śrub Q w aeść ją a wykres rozrzutów ośośc. Zterpretować otrzymae wyk.

7 OPRACOWANIE WYNIKÓW BADAŃ 1. Wyk ćwczea Tab.1. Dla suchych powerzch oporowych śrub gwtu. Metoda apaa Klucz dyamometryczy Napacz hydraulczy Momet / cśee apaa 78,5 Nm 4MPa Wskazaa czujka dyamometru Wartośc sł obcążających dźwgę Nośość Teoretycza sła apęca Sła apęca Wyzaczoa z ośośc x (y ) Fd [kn] F [kn] Q W [kn] Q F [kn] x x ,88 x x y y ,84 y y Tab.. Dla zatłuszczoych powerzch oporowych śrub gwtu. Metoda apaa Klucz dyamometryczy Napacz hydraulczy Momet / cśee apaa 78,5 Nm 4 MPa Wskazaa czujka dyamometru Wartośc sł obcążających dźwgę Nośość Teoretycza sła apęca Sła apęca Wyzaczoa z ośośc v (z ) Fd [kn] F [kn] Q W [kn] Q F [kn] v v v 39, v z z ,84 z z Wyzaczee wartośc teoretyczych apęć śrub Q w..1. Dla klucza dyamometryczego M Q w 39,88 [kn] [ d ( S tg ) dm ] gdze: d s =10,863mm średca podzałowa śruby M1 dm do s średa średca powerzch oporowej akrętk h=1,75 skok gwtu M1 do=1mm średca otworu s=19mm zewętrza średca akrętk (wymar pod klucz) - kat wzosu l śrubowej h tg, 935 tg 7, 889 cos d S.. Dla apacza hydraulczego Q w p A 39,84 [kn] gdze: A=1660mm czye pole powerzch tłoka apacza r

8 3. Wyzaczee ośośc z otrzymaych wyków 3.1. Wartośc sł oddzaływujących a dźwgę Fd [kn] z wykresu cechowaa dyamometru. Fd x Fd y Fd v Fd z Wartośc ośośc F. F =5. Fd F x F y F v F z Wartośc apęca w śrubach Q w a podstawe ośośc. F QW m F gdze: m= lczba powerzch trących µ F =0,05 współczyk tarca pomędzy posmarowaym powerzcham płyt, wyzaczoy eksperymetale = lość śrub w złączu Q Wx Q Wy Q Wv Q Wz

9 OPRACOWANIE STATYSTYCZNE - PRZYKŁADOWE (procedura przeprowadzoa dla przykładowej ser wyków) Ops wykoaa opracowaa statystyczego moża zaleźć w skrypce AGH "Laboratorum z Podstaw Kostrukcj Maszy" M.Porębska, M.Warszyńsk (INSTRUKCJA II) W sprawozdau z ćwczea ma sę zaleźć opracowae ze wszystkch 4 ser badań. I. Suche powerzche gwtu oporowe śrub apae kluczem dyamometryczym. 1. Nośość wykająca z wyków badań ustawoa w szeregu emalejącym. Nośość Wskazaa złacza F czujka x [kn] Wykluczee błędów grubych O błąd gruby podejrzae są skraje wyk, które ależy sprawdzć. Aby odrzucć podejrzay wyk ależy spełć waruek: t * F F S o t ( P) t (P) - wartość krytycza przy wykluczau pojedyczych wyków, dla wszystkch możlwych do zaakceptowaa wyków Średa ośość z wyków możlwych do zaakceptowaa przy podejrzeu perwszego F 1 ostatego wyku dla F 1.91 F m 1 F F 1 1 F 68, dla F 7, 708 F max 1 F F 1 63, Wartość średa będąca eobcążoym estymatorem odchylea stadardowego z populacj So m 1 ( F F m ) ( F F ) m 30,817 1, So max 1 ( F F max ) ( F F ) max 4,111 1,

10 .3. Sprawdzee zależośc do odrzucea podejrzaych wyków F Fm,968 4,901 t 1 1,55 So 1,54 F Fmax 7,857 4,55 m tmax, 47 So 1,36 m Dla przyjętego pozomu ufośc P=0,99 wartość krytycza ( P) 3, 1 max t Wykres krytyczych wartośc t przy wykluczau podejrzaych wyków dla P=0,99 t 3,6 3,5 3,4 3,3 3, 3,1 3, 3,19 3,18 3,17 3,16 3,15 3,14 3,13 3,1 3,11 3,1 3,09 3,08 3,07 3,06 3,05 3,04 3,03 3,0 3,01,99 3,98,97,96,95,94,93,9,91,9,89,88,87,86,85,84,83,8,81,8,79,78,77,76,75,74,73,7, Poeważ t t (P) e ma podstaw do odrzucea sprawdzaych wyków. 5. Średa ośość F 71, F 4,68 6. Wartość średa będąca eobcążoym estymatorem odchylea stadardowego z populacj S o 1 ( F F ) 1 34, ,536

11 7. Szereg kumulacyjy Nr pozycj j Wartośc ośośc j F j [kn] S ( Fj ) Test Kołmogorowa UWAGA! Maksymalą rozbeżość D, wartość średą F oraz odchylee stadardowe So, wyzaczyć z wykresu Kołmogorowa, a podst. Istrukcj II w Skrypce.

12 9. Weryfkacja hpotezy zerowej założoego kształtu rozkładu Z wykresu Kołmogorowa odczytao: D=0,130 D D 0, ,503 Dla pozomu stotośc =0,1 1, Dla e ma podstaw do odrzucea hpotezy. gr Dla 0,89 0,97 gr hpotezę moża uzać za słuszą bez dalszych badań. 10. Wykres rozrzutów ośośc z poszczególych prób oraz odpowadających m fukcj gęstośc. (wykresy sporządzoo w MathCAD dla wszystkch 4 ser przykładowych wyków) Wartosc ososc zlacza F [N] Wartosc fukcj gestosc x 0,5 pow. suche - klucz dyamometr. Rozklad - pow. suche - klucz dyamometr. 0, pow. suche - apacz 0, Rozklad - pow. suche - apacz 0, pow. zatluszczoe - klucz dyamometr. 0, Rozklad - pow. zatluszczoe - klucz dyamometr. 0, pow. zatluszczoe - apacz 0, Rozklad -pow. zatluszczoe - apacz Wszystke rozkłady rozpoczyają sę od 0, jedak ze względu a zwększee czytelośc zostały przesuęte a os pozomej o stałe wartośc podae w legedze. Wartośc gęstośc jest połowę mejsza ż w rzeczywstośc, aby wykresy mogły zmeścć sę a arkuszu.

13 Te sam wykres rozrzutów ośośc oraz odpowadających m fukcj gęstośc. ( sporządzoo w Excel dla wszystkch 4 ser wyków) Nośość F ,00E+00 5,00E-05 1,00E-04 1,50E-04,00E-04,50E-04 3,00E-04 3,50E-04 4,00E-04 4,50E-04 5,00E-04 5,50E-04 Gęstość f(f)/ Róweż przesuęto rozkłady względem sebe o stałe wartośc a os gęstośc aby wykresy e achodzły a sebe. Wykres powyższy moża róweż wykoać ręcze a paperze mlmetrowym, wyzaczając wartośc gestośc wg wzoru podaego w strukcj do ćw. pkt. 7.5 Wosk Wosk z otrzymaych wyków wykresów ależy wycągąć samodzele. Zapsać je proszę w puktach w klku rzeczowych zdaach (e rozpsywać sę e lać wody, ale róweż e mmalzować wosku do jedego c e mówącego zdaa) Ne ależy opsywać przebegu ćwczea a zastałych zjawsk (do tego jest opracowae przed woskam). Prawdłowy wosek powe zawerać krótke wskazae do jakego zjawska (wyku, problemu) sę odosmy a astępe wosek jak z tego moża wycągąć. Wosk mogą być: przyczyowe wyjaśee przyczy zastałego zjawska skutkowe jake potecjale skutk może meć tak sta rzeczy przy wykorzystywau takego mechazmu/ dla jego pracy pracowków ostrzeżeowe a co ależałoby uważać przy wykorzystau mechazmu/ zaleceowe co Twom zdaem wskazae byłoby zrobć aby polepszyć ekorzyste zjawsko, ekorzystą pracę mechazmu/ Należy zameścć 3-6 rzeczowych sesowych wosków.