Установка для изучения свойств резьбового соединения

(71) м ий ни бо ЕЗЬ 57) посо ват ров ния)и посо прин с к оль ых рени обес ии ой нсраз рез з-В ОСУ АРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ О И БРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ РИ Т СССР 4646856/31 - 1 226.12.8823.11.90. Бюл. В 43Уфимский авиационный институт ерго ОрджоникидзеН,И.Орлова, В.В,Райский, еляев и Ю.Б.Дубровин531 ьЗ(0888)Юденич В,В Бушуев А.В, и Ба.И. Технические средства обуче 1типовое )(чебно-лабораторное дование. М., 1974, с. 168. УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВОВОГО СОЕДИНЕНИЯИзобретение относится к учебным иям и позволяет идентифицирорасчетную модель для контролиия неравномерности распределеагрузки по виткам резьбы с ре обретение относится к учебньиям, позволяющим моделироватьип работы деталей машин, в частсовместную работу резьбы гайрезьбы болта, и может быть ис-овано в высших и средних специальебных заведениях,лью изобретения является расши-,диапазона решаемых задач путемечения возможности демонстраеравномерности распределения осеагрузки по виткам резьбы.фиг,1 представлена предлагаемаярукция учебного пособия; наразрез А-А на Фиг.1; нафиг,3 Б-Б на Фиг.2; на фиг,4 - раз-на фиг.1; на фиг.5 - разрез альной моделью, а именно путем непос-редственного измерения деформаций,представить изменение этих деформаций по виткам резьбь 1, а также продемонстрировать увеличение силы затяжки при увеличении момента в резьбе, Это обеспечивается тем, что всоединении болт-гайка гайка выполнена сборной иэ нескольких одновитковыхгаек, установленных на резьбе болтас возможностью продольного перемещения по стержням и по болту без вращения, Стержни контактируют с гайками через компенсирующие прокладки, деформация которых регистрируется индикаторами часового типа, при этом скаждой гайкой контактирует одна группа, состоящая по меньшей мере иэ трехстержней. 1 э,п. Ф-лы, 9 ил,Г-Г на фиг.4; на фиг,б - разрез Д-Д на фиг.1; на фиг,7 - разрез Е-Е на фиг.б; на Фиг.8 а,б - соответственно схемы ндгружения элементов конструкции при установке индикатора на расстояниях Ь.и Ь( от стержня с прокладкой; на фиг, 9 - схема силового взаимодействия стержней.Каркас 1 представляет собой опору, установленную на четырех стойках 2, В центральном резьбовом отверстии опоры установлен болт 3, а в теле каркаса на равном расстоянии К от оси болта (диаметр П ) эакрепле(ны девять (три группы) стержней 4 различной длины, которые выполнены цилиндрическими с переходной ступенью,от меньшего диаметра Й к большему О,Н резьбе болта 3 на равном расстоянии друг от друга установлены тригайки с последовательно увеличивающим 5ся наружным диаметром, имеющие сквозные осевые отверстия под стержни 4.При этом нижняя гайка 5 (фиг.З), наиболее удаленная от каркаса 1, имееттри отверстия под стержни 4-1 диаметром Й средняя гайка 5 (фиг,5) имеетшесть отверстий, из которых три отверстия диаметром й под стержни 4-11и три отверстия диаметром Р подстержни 4-1, и верхняя гайка 5 имеет 15цевять отверстий; три отверстия диаметром й под стержни 4-1 Т 1 и шестьотверстий диаметром 0 под стержни4-1 и 4-1 Т, Соответственно расстоянию 1 от каркаса 1 до одновитковойгайки 5 длины каждых .трех стержней 4одинаковы.Сопряжение цилиндрической части)беспечено по беззазорной. (скользящей)5посадке. Каждая одновитковая гайка 5контактирует с ножкой индикатора 6,корпус которого установлен в карка:е 1 по переходной посадке. Междувраждой одновитковой гайкой 5 и одним . 30лз стержней 4, расположенным на минимальном расстоянии Ь от ножки индикагора 6, установлены компенсационныепрокладки 7.установку используют следующимобразом,Обеспечивают вращение болта 3 относительно каркаса 1, При этом одновитковые гайки 5 перемещаются в осевомнаправлении по участку стержня 4 диа- щметром Й до контакта с прокладкой 7,Дальнейшее перемещение гайки 5, сопровождающееся процессом деформирования ее витка, обеспечивается в контакте с ножкой индикатора 6. При этом по казания индикаторов соответствуют деформациям прокладок 7, а последние, всвою очередь, определяются деформа-циям соответствующих витков гаек 5,Так, деформация витка нижней гайки5 больше деформации среднего виткагайки 5, а последняя больше деформации витка верхней гайки 5, соответственно этому изменяются показания .индикаторов 6, что в соответствиис законом Гука позволяет представитькачественную картину неравномерности распределения, нагрузки по виткамрезьбы гайки,Регулировка устройства осуществляется следующим образом. Перед демонстрацией пособия один из индикаторов 6 устанавливают в положение, при котором его ножка располагается на одном уровне с нижней торцовой поверхностью соответствующей прокладки 7, установленной на стержне 4, расположенном на расстоянии Ь от индикатора 6.Это обеспечивают путем подвода соответствующей гайки 5 до упора в торцовую поверхность прокладки 7 и установки ножки. индикатора 6 по торцовой поверхности гайки 5, что соответствует начальному нулевому показанию индикатора 6. При. этом все гайки 5 установлены на одинаковом расстоянии друг от друга на резьбе болта 3 и синхронно перемещаются по его оси как единое целое.Далее щупом замеряют зазоры между оставшимися гайками и торцовой поверхностью переходной ступени стержней 4, также расположенных на расстоянии Ь от соответствующих индикаторов, и подбирают прокладкупо величине этих зазоров. То же самое можно сделать путем непосредственного введения. в зазор методом проб прокладок 7 без предварительных замеров. При этом для установки выверенных прокладок 7 конструкцию .можно не разбирать вновь, ес- ли прокладки 7 выполнены в виде полу- колец. Эти прокладки 7 закладывают в: зазоры между торцовой поверхностью переходной ступени стержня и гайкой 5./ и выверяют нулевое положение остальных индикаторов 6 по гайкам 5. Реализация предлагаемой установки предполагает выполнение следующих условий с целью улучшения работоспособности конструкции. Для снижения погрешностей показаний индикатора устройство выполнено с плотной установкой гайки 5 на стержне 4. Это обеспечивается беззазорной (скользящей) посадкой гайки на стержне. С этой же целью для изготовления устройства желательно применение материала с пониженным модулем упругости, например оргстекла (Е=4 х 104 кг/см),Под действием нагрузки Р на виток гайки (фиг,2 а имеет место поворот тела гайки на угол 0 . При этом на показания индикатора, констатирующего осевое перемещение гайки под нагрузкой, будет влиять величина о , завися= 2 (мкм) 35 Я = - У = 1 (мкм)36 изги стержне 4 при условии безза го соединения этот момент ураввается парой сил, равных 2,8 кг щих изгибающий момент на стержлечом ОВ1 см. Для расчета а у.стержня 4 остановимся на 45 щем допущении: пусть конец я 0 не имеет перемещения, тогма нагружения стержня 4 сводит- згибу стержней с опертыми конри действии поперечной нагруз зори нове соэд не с их 81 П --1При этом при уменьшении расстояния АВ на каждой последующей гайке и, соответственно, уменьшении длины стержня 1 погрешность показаний 81 П+Рседьду вучетниявито прог след стер да сх ся к цами ки- сила руки;; - плечо гайки.и С= кгс и 1=6 см М 8=6 кгссм. я нагрузка в теле болта связана ентом в резьбе следующей завитью: я нашего случая М=М 8, средиаметр резьбы д =0,9 0=0,9 х 6 мм = 3,6 см, угол подъема для артной метрической резьбы=угол трения ( = агс 18 Г, - коэффициент трения (для орга К=0,2; для стали К=0,2-0,3). Фсчет ведем для нижнего витка, ого по счету при расстоянии межтками, равными шагу резьбы. С м неравномерности распределеагрузки нагрузка на седьмой0,07 Р .= 0,93 (кгс),а нагрузка на плече СВ создаетающий момент при ВС=З см 0,93 3 = 2,8 (кгссм),йс81 П --+ )е2 Р 1 1 0 75 1 Р "1у ( + 1Е 1 1 ф 2 Зф 16 Е 1 При 1=6 см, моменте инерции дл" кру.гового сечения призмы стержнявс 1 3 14(5 О )6464 Соо тв е тс твенно прогиб гайки в точке А (т.е. в месте контакта ее с ножкой индикатора при условии жесткого крепления гайки на стержне) составляет величину, отличающуюся отАВвеличины У в , разОВ По известной величине прогиба может быть определена нагрузка от момен" та в точке А, Участок АВ можно представить балкой с заделкой в точке В. Для этого случаяР 1 ЗЕ 1 ф УтРе иеЗЕЕ1 з3610 0 031 10---- - -----0 1 (кгс)бэв Показания индикатора, фиксирующе-го общую деформацию гайки, пропорциональны нагрузке. Тогда погрешность по казаний индикатора составитв рассматриваемом случае практически не изменяется.С целью снижения погрешностей показаний индикаторов каждая из трех прокладок установлена на минимально возможном расстоянии 1. от ножки индикатора. Так установка прокладки в точке, диаметрально противоположной точке А (фиг.2 б), приводит к тому, что при действии момента М, перемещение точки контакта гайки с ножкойиндикатора значительно увеличивается, что приводит к существенному увеличению показаний индикатора в большую сторону, Принципиально возможна установка всех трех прокладок в диаметрально противоположных точках по отношению к положению индикаторов, При этом качественная картина измене ния нагрузки по виткам резьбы не из,менится, хотя значительная погрешность показаний индикатора (хоть и равная для трех рассматриваемых витков) бу-дет иметь место, 15С целью компенсации окружных нагрузок на стержни и в связи с этим с целью повышения точности показаний индикатора каждые три стержня одинаковой длины установлены равномерно3 О через 1 20 на одинаковом расстоянииоот оси болта, Наличие угла подъема резьбы (Фиг.3) обусловливает появление нормальной нагрузки Р со стороны витка болта на виток гайки. При этом вертикальная составляющая сила Ря в сумме с такими же нагрузками других витков составляет общую силу затяжки Р т, а. горизонтальная составляющая Р действует на стержень, вызывая 4 О его дополнительный прогиб и, соответственно, изменяя положения торца гайки и ножки индикатора, Равномерная установка стержней позволяет компенсировать суммарное действие си+Р соэ 60. Установка стержней на одинаковом расстоянии от оси болта обеспечивает равенство силР, =Р =Рз.(С целью обеспечения одновременного контакта вверх трех витков резьбы болта и гаек выполнены повышенной точности по шагу, Это также облегчает регулировку устройства, так как способствует обеспечению равенстватребуемых зазоров при выверке размеров прокладок,Установка, подлежащая реализации, собирается с тем расчетом, чтобы расстояние между одновитковыми гайками было кратно шагу. Разнесенностьгаек способствует, во-первых, наглядности контактирования соответствующихгаек с ножками индикатора, а во-вторых, дает возможность конкретизироватьномер витка, Так, при расстоянии межцу гайками, равном шагу, первым витком гайки считается виток, выполненный в теле каркаса, второй виток отсутствует, третий виток соответствует витку верхней одновитковой гайки,четвертый - отсутствует, пятый - соответствует витку средней гайки, шестой - отсутствует седьмой витоксоответствует витку нижней одновитковой гайки. Далее преподаватель констатирует, что деформация витка непосредственно замеряется индикатором,ножка которого касается рассматриваемой гайки (витка), Поскольку деформации пропорциональйы нагрузке (законГука), то подобным образом изменяется нагрузка на виток гайки. В общемслучае при рассмотрении, двух пар витков болта и гайки 3 в полости 1"1 и11-11 общая деформация каждой парыопределяется (Фиг,1)1=Б 1 -гп 3г= вц - гпПоскольку деформация второго витка гайки Ьд, больше деформации первого витка гайки Ьто общее значение деформации Ьбудет увеличиваться, аотносительно уменьшаться, т.е. нагрузка на первый виток увеличивается. Для уточнения картины распределения нагрузки по виткам резьбы преподавателем может быть дополнительно продемонстрировано изменение деФормации на витках болта, Для этого можно использовать упругую резинотканевую ленту, на которой наносятся равномерные деления, а следы их продолжаются на доске. При растяжении ленты констатируется, что перемещение (деформация) верхнего витка, ближнего к креплению (в нашем случае - опоре), больше, чем нижнего прирастяжении тела болта, т,е. Д Б ) Ь Ь поскольку ранее было показано,чтоагруз1608734 ка мер раз быт в р вни инд мом п бо ан лич Ф к, установленныхржней и гайкамиены в опоре с в между выстуа индикаторыможнос тью прок пами ия своиств 2 О станов ля изу устав заим содержащая уемый при замент и индитипа, о тм, что, с цео единения й, деформ упругий э ения, часов вого гайк болта еиствия их щупо с гаиками. я овка по п. 1 2, Уст 5,ющая с содержитч аого пр а ждая групп по тр. тем, что ккрайней мер ающ расшире путем о аяся л на решаемых завозможности я диапаз спечения ль тержн д а витки распределяется неравноо. араллельио с доказательством ичного нагружения витков можетпродемонстрировано увеличениезатяжки при увеличении момента зьбе. Для этого, зафиксировав ние студентов на показаниях атора при определенном значении та в резьбе, преподаватель обесает увеличение момента в резьутем дальнейшего вращения головки и констатирует увеличение пока- индикаторов, что связано с уве ием силы затяжки Р в резьбе,ла изобретен демонстрации неравномерности распределения осевой нагрузки по виткам резьбы, она имеет установленные за первой гайкой две дополнительные гайкис последовательно увеличивающимсянаружным диаметром, установленную настойках опору с отверстием под болт,три группы стержней ступенчатого сечения, закрепленных в опоре, опирающихся ступенью на одну из гаек и расположенных на одинаковом расстоянииот оси болта, и дополнительные индикаторы напряжения часового типа, приэтом в каждой предыдущей гайке выполнены отверстия для прохода стержней,опирающихся на последующие, упругийэлемент состоит из комп нсационных.3608734 Составитель Р,ужвийРе актор С.Пекарь Техред Л. Олийнык Корректор Т,Малец,362 Тираж 390 писное водственно-издательский комбинат "Патен ул. Гагарина, 101 жг Государственного комите 113035, Москвао изобретениям и открытиям при ГКНТ СС35, Раушская наб., д. 4/5