Устройство для исследования распределения нагрузки в резьбе

Союз СоветскихСоциалистических Республик 1) Дополнительное к т. свид-ву(22) Заявлено 19.02,76 (21) 23 с присоединением заявки Ь Государственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретенийи открытий 3) Приоритет(53) УДК 621.882(088,8) Опубликовано 15.10,77. Б ллетеиь38 45) Дата ои бликои я описан и я 24.10,77 2) Автор изобретения В. В. Менг аллинский политехнический институт) Заявитель 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РНАГРУЗКИ В РЕЗЬБЕ ЕЛЕНИЯ являсия Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в заводских и научно-исследовательских лабораториях, занимающихся расчетом и конструированием ответственных резьбовых соединений во всех отраслях машиностроения.Известно устройство для исследования распределения нагрузки в резьбе, состоящее из опорной плиты, пространственной модели гайки, опирающейся на плиту, шпильки сплошного сечения и узла ее нагружения 1). Картину напряжений, возникающих в гайке при ее нагружении, исследуют оптическим методом. Используемый при этом метод замораживания дает возможность получения картины напряжений в резьбовых деталях. Метод замораживания состоит из нагружения опытной модели из оптически активного органического стекла, выдержки под нагрузкой при повышенной температуре, разрезки модели на фрагменты и последующего изучения картины напряжений на поляризационном микроскопе.Недостатки указанного известного устройства состоят в невозможности установления количественного распределения нагрузки в резьбе в связи с тем, что в процессе замораживания пространственной модели происходит выравнивание распределения нагрузки в резьбовом соединении вследствие ползучести материала. Неизбежные искажения напряженного состояния возникают также прп подготовке фрагментов пространственной модели к оптическому исследованию, Наконец, вслед ствие пуансоновских деформаций и кольцевогоизгиба тела гайки на деформации материала во впадинах витков накладываются дополнительные переменные деформации. Поэтому допущение о пропорциональности между максимальными напряжениями во впадинах нарезки пространственной модели п нагрузки на витки содержит ряд приближений, что и затрудняет объективную оценку количественного распределения нагрузки в резьбе.Известно также устройство для исследования распределения нагрузки в резьбе, в котором измеряются деформации резьбовых деталей с помощью тензометрии, содержащее опорную плиту, опытную гайку, опирающуюся на плиту, шпильку сплошного сечения и узел ее нагружения 121, Для определения деформаций на наружную поверхность гайки наклеены тензодатчики, соедииеииыс с измерительным прибором.25 Данное устройство по своей технологической сущности и достигаемому эффекту наиболее близко к изобретению.Недостатком этого известного устройствается малая точность замеров распределенагрузки в резьбовом соедшении. Из-засложной геометрии,)езьбового соедшения установление взаимосвязи деформаций и цапря)кенпй в резьбовых деталях представляет до сих пор нерешенную, весьма сло)кцую математическую и техническую задачу, В связи с этим исследования на тснзометрцческих устройствах, основанные ца допущении опрс- ДЕЛСЦНОЙ СВЯЗ 1 ДЕфОРМа 1 Ц 1 Й (ЦЯПРЦЧ 1 ЕР Па Цс 1- ружцой поверхности гайки) с расцрсделсшсмнагрузки в резьбе це имеет достаточного оооснования. Задачу сводят к подбору такого теоретического закона распределешя пагрузки, при котором расчетные и экспериментальные деформации имеют наименьшее расхождение. Найденый таким образом теоретический закон распределения нагрузки принимается за достоверный. При этом вопрос о соответствии принятого теоретического закона действительному, супсствующему в реальцоч рсзьбовом сосдц)сццц, Остается открыЫЧ 1, ЯК КЯК ДО ЦсС 10 Я 1 ЦЕГО В;СЧ 1 СЦ ПР 5 МЬ 10 (КОЛс)ГСГВСЦЦЫС) ЦССЛСДОВс)Ц 15 )ЯСЦРс;ДСЛС)с с Г 1)ч".к 11)сзь)с . 1)ООдлС.Пслью пзоорс с 51 5 Гл 5 стся ПОВышсцс точности исследования распределения цагруз- КИ В РЕЗЬООВОМ СОСДЦЦСЦЦЦ.Это достигается тем, что устройство снабжено телескопическим винтом, выполненным в виде нескольких соосцо расположенных вали 1(ОВ и ВтулОк с рсзьООВъм Витком ца каждой втулке, опорными площадками втулок, установленными псрпсндикулярцо осц винта, стойками для установки площадок, симметрично расположенными Вокруг винта ц прохо- ДЯЩИМИ с 1 СРЕЗ ОПОРЦУО ПЛИТУ, МЕРЦЫМЦ Раепорнымп втулка)яи лл, установки площадок одна от)Осцтельцо;руго ц фиксаторой шайс)ой вала, установленной ца втулке, прилегяцсй 1( цспытуе.ой Гайкс, цр 11 этом ка)1,ыпз узчов цагружсия смоцтцровац и свободных от рсзьбовы; витков концах Валика ц втулки ц вполцсп В Вдс цяГрч ),аощей Гайки, паибы, тарельч атой пружины и подПи пццкя, установленного между гайкой ц шайбой,На фиг. 1 представлен продольный разрез предлагаемого устройства; на фиг. 2 - продольпый разрез телескопического винта; ца фиг. 3 - схема соединения типа болт - гайка; ца фиг. 4 опытная гайка в разрезе с изображением захода и сбега витка резьбы (разрезы по А - А и Б - Б); на фиг, 5 - схема няГру)1(сния ВиткоВ тслсскоппческОГО Винта.Устройство состоит цз жесткой опорой плпты 1, сетырсх с 11 ччетр)1 сИо располо)кенцых стоек 2, проходяцих через опорную плиту ц опорные плопадкц 3, 4, 5 и б, мерных аспорцых втмок 7, 8 и 9, Опытцой Гайки 10, Опирающейся через шайбу 11 на опорную плиту 1. Узлы нагружеция состоят цз тарцровацных трельчатых пружин 12, 13, 14, 15 ц 16; нагружаюних гаек 17, 18, 19, 20 и 21; шайб 11, 23, 24, 25 и 26 и упорных подшипников 27, 28, 29, 30 ц 31. Усилия сжатия пру)кин 12, 13, 14, 15 и 16 прц ПОВ)ротс гяск 17, 18, 19, 20 и)О 65 21 передаются через шайбы 22, 23, 24, 25 ц 26 ц упорные подшипники 27, 28, 29, 30 и 31 на витки тслескопичес кого в Пита, выполненные заодно на пяти валиках и Втулках 32, 33, 34, 35 и Зб, Поло)кение витков при навинченной ца нцх опытцой гайке 10 фиксируется фикса- торной шайбой 37. Пя концы стоек 2 цавпцчсцы гайки 38, прц загяжкс которых обеспечивается необходимая )кесткость устройства.Усилия с)катия пружин оцредсляк)тся цо тярировочцым крив)м изменением расстояний ме)кду шайбами 22, 23, 24, 25 ц 26 и опорными площадками 3, 1, 4, 5 и б соответственно. (Для контроля усилия с)катия мо)кцо также использовать тецзодатчики, если их Наклеить ца одну из тарелок пакета пружин). Ввиду незначительных усилий поворот нагружающих гаек 17, 18, 19, 20 и 21 при нагружении пружин осуществляется вручну;о с помощью штырсвого ключа, Вставляемого В радцальцые о- С)С Г 15 ГЯСК,,1 ля 113 С)СПП 51,Сфо)сяцц ц; ОПЬТцуО 131)КМ 1) ЦИКЛ(Цвс ЮТСЯ ТСЦЗОДсТ 11 КЦ, ЦЗМСЦС цис сопротцВ,сцц 51 которых фпксц 1)мсГС 5 лк) бым измерителем сттиссских,с формаций.Последовательность работы ця устройств: следующая,Перед испытанием устройство разбирают и из него извлекают телескопический винт.Сначала разбирают узел цагруженця второго витка, для этого отвицчиваот гайку 17, вынимают упорный подшипник 27, шайбу 22 и пакет тарельчатых пружин 12. Затем отвинчивают гайки 38, снимают опорную площадку 3 и ц Гой жс цоследоватс.ьцостц (гайка 18 -упорный цодшцпник 28 - -шайба 23 пакет тарельчатых пру)кцц 13) разбирают узел цагру)ксцпя первого Витка. Дялсс, снимая поочередно опорные площадки 6, 5, 4 ц распорныс Втулки 9 и 8,;Палогцчно разбирают узлы нагру)кения третьего, четвертого и пятого витков. После чего сццмают фиксаторцуо шайбу 37 ц Выцимают цз опорной плиты 1 телескопический винт (позиции 34, 35, Зб, 32 и 33 фиг. 1 и 2). После разборки ца телескопический винт наворачивают эксперимецтальцую гайку 10 с шаЙбо)й 11 (см. фиг, 2) ц с помощью лысок ца копцах витков 32 и Зб (см. фиг. 1) витки винта затягивают до стыка между собой. (Для коптроля правильного взаимного расположения витков в гайке служат также технологические штифтовые отверстия, в которые при сборке вставляют специальные штифты с подвпжцымц посадками). Затем ца резьбовую часть винта 34 наворачивают фиксаторную шайбу 37 с четырьмя отверстиями под стойки 2 и закрепляют на псм Неподвижно (например с помощью керценця), Собранный телескопический винт с опытной гайкой 10, фиксаторной шайбой 37 и шайбой 11 устанавливают на плите 1 так, чтобы оси четырех отверстий в фиксаторцой шайбе 37 ц плите 1 совпадали, Затем устан;Влцвя)от стойки 2 ц В Олц(Ово последо 576445ватсльности (гайка - упорный подшипник - опорная шайба - пакет тарельчатых пружин - опорная площадка) с помощью распорных втулок 8 и 9 и гаек 38 собирают узлы нагружения витков 34, 35 и Зб. Аналогично собирают узлы иагружения витков 33 и 32.Опытное исследование распределения нагрузки в резьбовом соединении состоит из двух этапов. Е 1 я первом этапе опытную гайку иагру 2 кают усилием 11 ввинченной в нее шпилькой сплошного сечения (см. фиг. 3). Отцосительцыс деформации па поверхности тела гайки определяются через разности отсчетов прибора элсктрической схемы тензодатчиков до и после цагружсиия, Па втором этапе та жс гайка с датчиками монтируется совмесгно с телескопическим винтом (фиг. 5), а сго витки, начиная с первого, нагружаются в соответствии с принятым законом распределения нагрузки тяк, чтосыО1 Я 2 " ЯЗ+ Я 4+ Я 5 - Ягде Я 1 Я 5 - нагрузки, соответственно на1 5 виток телескопического винта,(По общепринятому порядку нумерация витков производится от опорной поверхности гайки:1-й виток - поз. 33, 2-ой виток - поз. 32, 3-й виток - поз. 36, 4-й виток - поз. 35, 5-й виток - поз, 34). Вычисляя вновь относительные деформации и сравнивая их с предыдущими (первый этап), судят о достоверности того или иного закона распределения нагрузки по виткам рсзьбь 1.Путем подссра нагрузок Я Я 5 можно эмпирически найти точное распределение нагрузки, соответствующее относительным деформациям опытной гайки при нагружении ее шпилькой, имеющей сплошное сечение.Следует отметить, что при прочих равных условиях, точность исследования будет тем выше, чем больше будет разница в модулях упругости материалов витков телескопичсско- ГО Винта и гайки. Удовлетворитсл 1 эные результаты получаются, если Е 1/Е 2)З, где Е 1, Е -- модули упругости материала витков телескопического Винт и гайки соответственно.Предлагаемое устройство даст возможностьвыявить действительный закон распределения нагрузки В резьос и за с 1 ст разработки ко- струкции с более равномерным распрсделсиием нагрузки увеличить прочность и улм 11- и;ить качество резьбового сосдппсция.Формула изобретенияЪстроство для исследования распрсделе 15 ния нагрузки в резьбе, содержащее опорнуюплиту, узлы цагружеция и опытную гайку снаклеенными на цее теизо.111 тчикями, сосдиненцьми с измеритсльным прибором, отл ич а 1 о щ с е с я тем, что, с целью повышенПи точ 20 ности и достоверности измерец 1 ш, оно снабжено телескопическим винтом, выполнеццымВ виде нескольких соосно расположенных вяликоВ и Втулок с 1,езьсОВым Вит 0 Пя каждой втулке, опорными площадками втулок,25 установленными перпендикулярно оси винта,стойками для установки площадок, симметрично расположенными вокруг винта ипроходящими через опорную плиту, мернымираспорнымп втулками для установки площа 30 док одна относительно другой и фиксаториойшайбой вала, усгановленцой на втулке, прилежащей В испытуем 011 Гайке, при этОм каждый пз узлов нагружсни; смонтирован иасвободных от иНгкоз концах Валиков и вту 35 лок и вьшолисц в виде цягружяющсй гайки,изисы, тарельчатсй прухкин 1 и подшипника,установленного между гайкой и шайбой.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе40 1. И. А, Биргер. Расчет резьбовых соединений, М., 1959 г., с. 134 - 137.2, Сборник ВН 1 ЛИМАШ, серия С - 1 Х, По.лимеры в машинах, М., 1971 г., с. 58 - 74.576445 Фиг,оставитель А. Шаповален Техред А. Камышникова актор Н. Хл Тираж 1154комитета Совета Министровзобретений и открытийЖ, Раушская наб д. 45 ПодписноеСР ография, пр. Сапунова, 2 4 - 6 паЫнута 6 - 5 пааер Д;я Заказ 2724/4 Изд. М 80 НПО Государственного по делам 113035, Москва