Детали машин лабораторный практикум (стр. 1 )

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова

Факультет металлургии, машиностроения и транспорта

Кафедра двигатели и организация дорожного движения

ДЕТАЛИ МАШИН ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Методические указания по выполнению лабораторных работ

для студентов инженерно-технических специальностей

Павлодар

УДК 621.81(07)

ББК 34.44я7

Д 38

Рекомендовано Учебно-методическим советом факультета ММиТ

Павлодарского государственного университета

им. С. Торайгырова

Рецензенты:

к. т.н., профессор

к. т.н., профессор

Составители: , ,

, .

Д-38 Детали машин. Лабораторный практикум: методические

указания. – Павлодар, 2008. – 98 с.

Методические указания разработаны в соответствии с рабочей программой дисциплины «Детали машин» и включают в себя учебно-целевые вопросы дисциплины, направляют студентов на самостоятельную активизацию учебного процесса, способствуют выработке у них творческого применения на практике полученных знаний, а также содержат методику проведения работ, описание лабораторных установок, бланки содержания отчетов и рекомендуемую литературу.

УДК 621

ББК 34.44 я7

©, 2008

©Павлодарский государственный университет

им. С. Торайгырова, 2008

Введение

Лабораторный практикум по курсу “Детали машин и основы конструирования” является учебным пособием для студентов, обучающихся по специальностям: «Транспорт, транспортная техника и технологии», «Машиностроение».

Учебными планами предусмотрено усиление физико-математической подготовки студентов путем введения ряда дисциплин по изучению методов научных исследований; внедрения ЭВМ в учебный процесс, обращено внимание на индивидуализацию обучения. В этой связи лабораторные работы приобретают особую значимость, так как “… испытывать машины и отдельные узлы приходится каждому инженеру, как конструктору, так и технологу”.

Лабораторные работы являются тем действенным средством обучения, посредством которого студентам прививаются навыки проведения научных исследований. Основными задачами лабораторных работ являются экспериментальное изучение работы деталей и узлов машин – познание физической сущности явлений, происходящих в процессе их эксплуатации; подтверждение на практике теоретических положений и выводов, с которыми студенты знакомятся при освоении лекционного материала; развитие навыков и умения самостоятельной работы с приборами и экспериментальным оборудованием – проведение замеров напряжений, деформаций, усилий, крутящих моментов, перемещений; ознакомление с методикой выполнения различных по характеру работ и исследований; использование существующих методов обработки данных для обобщения и анализа полученных результатов.

В настоящее пособие включено 7 лабораторных работ, тематика и содержание которых охватывают разделы программы курса «Детали машин и основы конструирования». Количество и тематика выполняемых работ определяются временем, предусмотренным учебным планом на лабораторный практикум соответственно профилю специальностей.

В пособии описываются методики проведения работ, порядок их выполнения, даются описания конструкций (схем) экспериментальных установок и измерительной аппаратуры, приводятся бланки содержания отчетов, кратко излагаются теоретические положения по теме проводимых исследований. Используемая терминология и трактовка рассматриваемых вопросов отвечает действующим ГОСТ и увязана по содержанию с учебниками и учебными пособиями по деталям машин. По каждой работе сформулированы контрольные вопросы, помогающие акцентировать внимание студентов на основных положениях и результатах исследований; проверить готовность к работе; снизить уровень полученных знаний.

Содержание и объем лабораторных работ рассчитаны на выполнение их двумя – тремя студентами в течение одного занятия (двух академических часов). При этом предусматривается самостоятельная предварительная проработка соответствующих разделов курса и описания работы.

К отдельным работам методики составлены так, чтобы преподаватель мог варьировать содержание работы, изменяя условия эксперимента, уменьшая или увеличивая объем исследований.

С целью получения наиболее точных результатов в ряде лабораторных работ предусматривается повторение опыта. Чтобы уменьшить трудоемкость результатов замеров принимается среднее арифметическое значение нескольких измерений.

Для ознакомления студентов с современными, опирающимися на вычислительную технику методами обработки опытных данных, применяемых в научных исследованиях, в одной или нескольких лабораторных работах следует произвести число измерений, достаточное для обработки результатов эксперимента методами математической статистики.

При подготовке данного пособия наряду с рекомендуемой в каждой работе литературой было использовано пособие «Лабораторный практикум по курсу «Детали машин» под редакцией , издания Казахского политехнического института, 1988г.

Лабораторная работа № 1 Определение коэффициентов трения в резьбе и на торце гайки

1.1 Цель работы

Цель работы: а) определение коэффициентов трения в резьбе и на торце гайки при различных условиях смазки и установление их зависимости от величины удельного давления; б) установление зависимости силы затяжки от момента на ключе.

1.2 Основные теоретические положения и расчетные зависимости

При завинчивании гайки резьбового соединения со стороны ключа на гайку передается крутящий момент Тзав, преодолевающий

Рисунок 1.1

момент сил трения в резьбе Тр и на торце гайки Тт рисунок 1.1.

Тзав=Тр+Тт. (2.1)

Возникающее в результате затяжки болта осевое усилие Fзат и моменты Тр и Тт, как известно [2, 4] , связаны соотношениями:

Тр=0,5∙Fзат∙d2∙(tg ψ+φ); (2.2)

Тт=0,5∙Fзат∙ dср∙fср, (2.3)

где d2 – средний диаметр резьбы, мм;

ψ – угол подъема резьбы (tg ψ=p/π∙d2, здесь р – шаг резьбы, мм);

φ – приведенный угол трения в резьбе;

dср – средний диаметр опорной поверхности гайки, мм (dср=(D1+d0)/2, здесь D1 – наружный диаметр опорного торца гайки, равный размеру ключа, мм; d0 – внутренний диаметр опорной поверхности, равный отверстию под болт или диаметру отверстия в шайбе, мм);

fт – коэффициент трения на торце гайки.

При определении коэффициентов трения fp и fт по величине крутящих моментов в резьбе Тр и на торце гайки Тт из формулы (2.3) получаем

, (2.4)

а из формулы (2.2) находим

(2.5)

Приведенный коэффициент трения в резьбе

. (2.6)

Для резьб с углом профиля α приведенный коэффициент трения fпр и действительный коэффициент трения в резьбе fp связаны зависимостью

. (2.7)

Угол профиля метрической резьбы α=600.

Следовательно, коэффициент трения в резьбе

. (2.8)

Допускаемое усилие затяжки определяют по формуле

, (2.9)

где d3 – внутренний диаметр болта по дну впадин, мм;

[σР] – допускаемое напряжение на растяжение для материала болта, МПА (для болта, изготовленного из стали Ст.3, при принятом пределе текучести σт=220 МПа и коэффициенте запаса прочности S=2, [σт]= σ/S=220/2=110 МПА).

Среднее значение давления Рр, возникающего от осевой силы Fзат на витках резьбы, определяют из соотношения

, (2.10)

где Z – число витков резьбы гайки;

Н – высота гайки, мм.

Давление на торце гайки Рт, возникающее от осевой силы Fзат , определяют по формуле

. (2.11)

1.3 Описание лабораторной установки и указания по работе на ней

Экспериментальное определение моментов трения в резьбе и на торце гайки производится на специальной установке ДМ27М.

Установка состоит из приспособления для нагружения болтов, рисунок 1.2, и торсионного, рисунок 1.3, или рычажного динамометрического ключа.

Приспособление для нагружения болтов служит для создания нагрузки на болт и измерения усилия затяжки. Основной частью приспособления является установленная на основании 1 динамометрическая пружина (скоба) 8, сжимаемая болтом 4 с гайкой 3.

Болт устанавливается в корпусе 2 и удерживается от проворачивания сменной колодкой (сухарем) 11. Затяжка гайки испытуемого болта производится динамометрическим ключом. Крутящий момент измеряется по показанию индикатора 12, рисунок 1.2.

Усилие затяжки болта передается динамометрической пружине через сферическую шайбу 10, установленную под головкой болта с целью центрирования осевой нагрузки.

Рисунок 1.2

Рисунок 1.3

Деформация пружины измеряется с помощью индикатора 9. Для определения величин усилия затяжки Fзат и момента на ключе Тзав используются тарировочные графики, рисунок 1.3

Примечание. В результате тарировки динамометрической пружины и динамометрического ключа тарировочные коэффициенты:

- для динамометрической пружины – μ1=350 Н/1 деление индикатора;

- для динамометрического ключа – μ1=225 Н∙мм/1 деление индикатора.

Таким образом, сила затяжки Fзат =μ1∙δ1=350∙δ1∙н, момент на ключе Тзав=μ2∙δ2=225∙δ1∙Н∙мм, здесь δ1 и δ2 – числа делений индикаторов соответственно 9 рисунок 1.2 и 12 рисунок 1.3

При определении коэффициента трения в резьбе для исключения сил трения на торце гайки 3 под нее подкладывается втулка 5, которая опирается на упорный шарикоподшипник 6. При этом сила трения скольжения торца гайки заменяется силой трения качения, который можно пренебречь.

Рисунок 1.4 – Тарировочный график динамометрической пружины и торсионного динамометрического ключа

При определении трения на торце гайки 3 втулка 5 заменяется другой специальной втулкой, опирающейся через фиксирующее кольцо 7 непосредственно на динамометрическую пружину. В этом случае упорный шарикоподшипник не работает и для завинчивания гайки необходимо преодолеть моменты сопротивления (трение) в резьбе Тр и на торце гайки Тт, т. е. определяется суммарный момент завинчивания Тзав (суммарная сила трения).

Техническая характеристика установки ДМ27М

Резьбы испытуемых болтов: М12; М14; М16; М18; М20

Шаг резьбы: 0,75; 1,0; 1,5; 1,75; 2,0; 2,5 мм

Наибольшая допустимая сила

динамометрической пружины 4∙104 Н

Наибольший допустимый момент

на динамометрическом ключе 8,4∙103 Н∙мм

Наибольшее допустимое суммарное

усилие на двух рукоятках торсионного

динамометрического ключа 320 Н

Габариты установки 520х325х170 мм

Масса установки 16 кг

1.4 Порядок проведения работы

1.4.1 Подбирают из имеющегося комплекта два одинаковых болта с гайками и шайбами. Один болт обезжиривают бензином и испытывают в сухом виде, другой испытывают с одной из смазок (по указанию преподавателя): индустриальное масло; солидол; графитовая паста.

1.4.2 Измеряют штангенциркулем наружный диаметр резьбы d, шаг резьбы р, высоту гайки Н, наружный диаметр опорной поверхности гайки D1, диаметр отверстия под болт d0. Измеренные величины d и p корректируют по ГОСТ 9150-81– для резьб с мелким шагом, таблица 4.1.

По таблицам ГОСТ принимают внутренний диаметр резьбы d1, средний диаметр d2 и внутренний диаметр болта по дну впадин d3, угол подъема резьбы ψ.

Результаты замеров и принятые размеры заносят в лабораторный журнал или таблицу 1 отчета.

1.4.3 Вычисляют допустимую силу затяжки болта [Fзат] по формуле (2.9).

1.4.4 Вычерчивают схемы сборки установки:

- для определения полного момента на ключе (Тзав=Тр+Тт);

- для определения момента в резьбе Тр (Тт≈0), дают их описание.

1.4.5 Проверяют положение стрелок индикаторов на установке и на динамометрическом ключе.

Для каждого индикатора дают предварительный натяг в 1,5… 2 оборота. Устанавливают стрелки индикаторов на нулевые деления.

1.4.6 Устанавливают болт в приспособление. Под гайку подкладывают втулку 5, опирающуюся на упорный шарикоподшипник, и тем самым исключающую торцевое трение скольжения.

1.4.7 Навинчивают гайку от руки до устранения осевого люфта, что контролируется по стрелке индикатора 9 рисунок 3.1 на установке.

1.4.8 Определяют числа делений δ1 индикатора 9 рисунок 3.1 при четырех значениях силы затяжки Fзат

0,25 [Fзат]; 0,5 [Fзат]; 0,75 [Fзат]; [Fзат].

δ1= Fзат/μ1.

1.4.9 Завинчивают гайку динамометрическим ключом, затягивают болт последовательно до четырех значений силы тяжести Fзат , фиксируя каждый раз показания индикатора 12, рисунок 3.2.

Примечание. Динамометрический ключ следует вращать плавно, без перекосов, остановок и рывков.

1.4.10 Определяют величину момента на ключе при четырех значениях силы затяжки Fзат.

Для большей точности эксперимента момент на ключе при каждой из принятых затяжек замеряют по три раза.

Тзав=μ2∙δ2 ср,

здесь δ2 ср – среднее значение индикатора 12, рисунок 3.2 при трех замерах.

Так как в испытании с установкой под гайку упорного шарикоподшипника момент трения в подшипнике очень мал, эти показания и являются моментом сопротивления сил трения в резьбе и определяются зависимостью

Тзав≈Тт=Fкл∙lкл ,

где Fкл – усилие, прикладываемое к рукояткам торсионного динамометрического ключа, Н;

lкл – длина (плечо) рукоятки ключа, мм.

1.4.11 По полученным данным, используя методы математической статистики, строят график зависимости силы затяжки Fзат от момента завинчивания Тзав.

1.4.12 По формуле (2.5) для каждого значения силы затяжки Fзат и соответствующего момента завинчивания Тзав=Тр определяют приведенный угол трения в резьбе φ1.

Примечание. Если при построении графика отдельные результаты испытаний резко отличаются от общей закономерности, следует повторить опыт для этих условий.

1.4.13 Вычисляют приведенный коэффициент трения fтр по формуле (2.6) и действительный коэффициент трения в резьбе по формуле (2.8).

1.4.14 По формуле (2.10) вычисляют среднее значение давления резьбы Рр.

Результаты выполненных по п. п.4.9, 4.10, 4.12 – 4.14 измерений и расчетов заносят в лабораторный журнал или таблицу 1 отчета.

Таблица 1.1 - Резьбы метрические

Наружный диаметр резьбы d, мм	12	14	16	18	20
С крупным шагом	Шаг резьбы р, мм	1,75	2	2	2,5	2,5
Внутренний диаметр d1, мм	10,106	11,835	13,835	15,294	17,294
Средний диаметр d2, мм	10,863	12,701	14,701	16,376	18,376
Угол подъема резьбы ψ, град	2о55'	2о52'	2о28'	2о47'	2о29'
Площадь сечения болта по диаметру впадин , см2	0,762	1,047	1,442	1,751	2,252
Резьбы с мелким шагом	р=0,75мм	Внутренний диаметр d1, мм	11,188	13,188	15,188	17,188	19,188
	Средний диаметр d2, мм	11,513	13,513	15,513	17,513	19,513
	Угол подъема резьбы ψ, град	1о11'	1о21'	0о53'	0о47'	0о43'
	Площадь , см2	0,964	1,345	1,786	2,292	2,86
	р=1,0 мм	Внутренний диаметр d1, мм	10,918	10,918	14,918	16,918	18,918
	Средний диаметр d2, мм	11,350	13,350	15,350	17,350	19,350
	Угол подъема резьбы ψ, град	1о36'	1о22'	1о11'	1о03'	0о57'
	Площадь , см2	0,911	1,281	1,714	2,209	2,765
	р=1,5 мм	Внутренний диаметр d1, мм	10,376	12,376	14,376	16,376	18,376
	Средний диаметр d2, мм	11,026	13,026	15,026	17,026	19,026
	Угол подъема резьбы ψ, град	2о28'	2о06'	1о49'	1о36'	1о26'
	Площадь , см2	0,811	1,162	1,574	2,051	2,59

1.4.15 По полученным данным строят график зависимости коэффициента трения в резьбе fтр от удельного давления Рр.