POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY KATEDRA KONSTRUKCJI I EKSPLOATACJI MASZYN

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY KATEDRA KONSTRUKCJI I EKSPLOATACJI MASZYN BADANIE NAPIĘCIA WSTĘPNEGO W ŁĄCZNIKACH ŚRUBOWYCH. OSZACOWANIE WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA W POŁĄCZENIACH GWINTOWYCH ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 2 Z EKSPLOATACJI Opracował: dr iż. Krzysztof KURZYCH GDAŃSK 2000

2 1. CEL ĆWICZENIA. Celem ćwiczeia jest zapozaie się z metodą badaia siły w obciążoych złączach śrubowych oraz sposobem oszacowaia współczyika tarcia w połączeiu gwitowym. Poszerzeie i utrwaleie wiedzy a temat spoczykowych połączeń śrubowych, ze szczególym uwzględieiem wpływu stau powierzchi elemetów śrubowych a rzeczywistą wartość siły w śrubie i momet dokręcaia. 2. WPROWADZENIE DO ĆWICZENIA. Momet dokręcaia złącza śrubowego oblicza się ze wzoru : M = M 1 + M 2 = 0,5 P d p tg( '+ ) + 0,5 P D T [1] M - momet przyłożoy do akrętki (łba śruby) P - siła rozciągająca śrubę d p - średica podziałowa śruby p - zredukoway kąt tarcia - współczyik tarcia ' = arctg = arctg [2] cos 2 - kąt wziosu liii śrubowej h = arctg d p [3] h - skok gwitu D T - średia średica styku akrętki i elemetu łączoego przyjmowaa za średicę, a której działa siła tarcia D 0 + d 0 D T = [4] 2 Rysuek 1. Model pojedyczego złącza śrubowego ze śrubą luźą.

3 - 3 - Po przekształceiu wzoru [1] wyzaczymy wartość siły w śrubie : 2 M P = [5] d p tg( + ) + D T Pod wpływem siły P śruba wydłuży się o wartość L S, zgodie z prawem Hooka: L L S = L s = s P L s P = = [6] E E F C śr L S - przyrost długości śruby - wydłużeie względe L S - swoboda długość śruby L C - całkowita długość śruby F - pole przekroju poprzeczego śruby E - moduł sprężystości podłużej (Youga) C śr - sztywość śruby L c L s L s Rysuek 2. Model złącza obciążoego siłą P. Po podstawieiu wyrażeia [5] do [6] i przekształceiu otrzymamy wartość wydłużeia śruby L S : gdzie: d r - średica rdzeia śruby 8 M L s L S = [7] [d p tg( + ) + D T ] d 2 r E Różice w wydłużeiu śrub wywołae mometem M są mierikiem rozrzutu siły rozciągającej śruby. Wyzaczoa wartość wydłużeia pozwala a oszacowaie wartości współczyika tarcia w połączeiu. Wartość współczyika tarcia w połączeiach śrubowych zawiera się w szerokich graicach (0,05 0,4) i zależy od materiału, dokładości wykoaia gwitu, stosowaego pokrycia galwaiczego, smarowaia, stau czystości powierzchi, chropowatości, wilgotości powietrza. Duży rozrzut współczyika tarcia pociąga za sobą rozrzut wartości siły P. Polska Norma zaleca apiaie śrub blisko graicy plastyczości (około O,8R e ). Zbyt małe apięcie wstępe w śrubie ie zapewia poprawych waruków pracy połączeia; zbyt duże, oprócz trwałego odkształceia łączoych elemetów może doprowadzić do zerwaia śruby lub uszkodzeia

4 - 4 - akrętki. Ze względu a duży rozrzut wartości współczyika tarcia w połączeiu gwitowym koiecze jest zapropoowaie szybkiej metody, która w przybliżeiu pozwoli oszacować jego wartość. Jedym ze sposobów stabilizacji (zawężeia rozrzutu) współczyika tarcia jest zastosowaie powłok. Powłoki ie tylko mają a celu zmiaę współczyika tarcia i jego stabilizację, ale także chroią powierzchię przed wpływem atmosfery. Produceci oferują duży asortymet łączików z różymi pokryciami a przykład: Cykowo chromiaowa Fe/Z6 c Miedziowo iklowa Fe/Cu6 Ni3 b Kadmowo chromiaowa Fe/Cd15 c Cykowa Fe/Z6 Tlekowa wytworzoa metodą elektrochemiczą Fe/A Fosforaowa asycoa olejem Fe/Fg Niklowo chromowa Cu/Ni6Cr1r itd. Wartość liczbowa ozacza grubość powłoki w m. Symbole literowe: c - chromiaowaa, b - błyszcząca, r - chromowa zwykła, A - aodowa. W ozaczeiach ie określa się grubości powłok tlekowych i fosforaowych. Istieje cała grupa powłok, które moża wytworzyć bezpośredio w procesie motażu, używając w tym celu różych środków smarowych, p. oleje, smar z dwusiarczkiem molibdeu, smary plastycze, smary plastycze z dodatkiem grafitu lub pokrycia oferowae przez firmę Loctait, które mogą zabezpieczać także przed luzowaiem się połączeń. Stosowaie smarów i past, prócz zmiejszaia współczyika tarcia, powodują także zmiejszaie rozrzutu jego wartości. 3. OPIS ĆWICZENIA. Ćwiczeie jest wykoywae samodzielie przez grupę pod adzorem prowadzącego. Studeci przystępujący do ćwiczeia są zobowiązai do wcześiejszego zapozaia się z istrukcją oraz przypomieie sobie wiadomości z połączeń gwitowych spoczykowych. Przed ćwiczeiem ależy obliczyć (w domu) wartość mometu jakim ależy dokręcić śrubę M12; pozostałe parametry śruby: D = d = 12mm H = 1.75mm D p = 10,863mm D 0 = 18,05mm = 60 d 0 = 13mm = 0,05 Prowadzący sprawdza przygotowaie studetów do wykoaia ćwiczeń.

5 Czyości przygotowawcze. Ćwiczeie ależy przeprowadzić dla różych rodzajów pokryć (miimum trzech). Rodzaje pokryć podaje prowadzący zajęcia. Czyości dla wybraego rodzaju pokrycia : Wykoać motaż połączeń (miimum trzech) śrub z wybraym pokryciem przez wstępe dokręceie śrub ręką do oporu. W tym staie bez apięcia wstępego dokoujemy pomiaru długości śrub L s. Otrzymae wyiki ależy zaotować. Następie dokręcić śruby kluczem dyamometryczym. Należy szczególą uwagę zwrócić a sposób motażu połączeia. Nakrętkę ależy dokręcać ze stałą prędkością, bez zatrzymań i szarpięć. Po dokręceiu akrętki powtórie dokoujemy pomiaru długości śruby L c i otujemy otrzymae wyiki. Dla daej powłoki ależy przeprowadzić aalizę statystyczą pomiarów (patrz dodatek Aaliza statystycza"). Czyości powtórzyć dla daego zestawu (z tą samą powłoką) dwukrotie. Przeprowadzić dyskusję otrzymaych wyików. Wykoać sprawozdaie, które powio być oddae w termiie ie dłuższym iż tydzień po zakończeiu ćwiczeia. Aaliza statystycza pomiarów 1. Średia wartość wydłużeia śruby L S L S = (L ci L si ) [8] L ci - całkowita długość i-tej śruby L si - swoboda długość i-tej śruby - ilość dokoaych pomiarów 2. Błąd średi kwadratowy = ( L si L s ) 2 [9] 3. Błąd średi kwadratowy od wartości średiej r 4. Wyik pomiaru L S i=1 i=1 1 (-1) r = = ( L si L s ) 2 [10] i=1 L s = L s t r [11] gdzie: t - współczyik uwzględiający ilość pomiarów dla zadaego poziomu ufości. Dla =6 i poziomu ufości P=0,95; t=2,571

6 Literatura. 1. Maciakowski R.: Połączeia śrubowe" Gdańsk 1991 Skrypt PG 2. Korewa W.; Zygmut K. : Podstawy Kostrukcji Maszy - cześć II" Warszawa, WNT Szywczyk K.: Połączeia gwitowe" Warszawa, PWN Jezierski J.: Aaliza toleracji i iedokładości pomiarów w budowie maszy" Warszawa, PWN 1983