Образец для испытания одной сопряженной пары витков

 

Изобретение относится к машиностроению, к испытаниям жесткости витков средних и крупногабаритных тяжело нагруженных резьбовых соединений, использующихся в сосудах высокого давления атомной, нефтяной, химической, авиационной промышленности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем определения диаграммы зависимости суммарного прогиба сопряженной пары витков резьбы от нагрузки или времени при статическом, циклическом и длительном статическом нагружении на испытательной машине, имеющей продольный деформометр. Образец содержит охватываемую деталь 2 с одиночным витком 3, цилиндрическими проточками 4 и направляющими 5 и 6. Диаметр направляющих равен наружному диаметру витков охватывающей детали 1, выполненной в виде гайки. Диаметр проточек равен внутреннему диаметру витка 3. Торцовые поверхности 8 и 9 витка 3 находятся в одной полуплоскости симметрии образца и совмещены с продольной прорезью на гайке. При нагружении детали 2 нагрузка равномерно распределяется по периметру сопряженных резьбовых витков. Относительное перемещение направляющей 5 и ненагруженной части 14 равно суммарному прогибу сопряженных витков. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 82 А1

ЩРцт,: - . * ."" М:жд

ОПИСАНИЕ- ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4153480/3 1-27 (22) 26.11 ° 86 (46) 23.01.90. Бюл. К 3 (71) Вильнюсский инженерно-строительный институт (72) А.И.Кренявичюс, А.А.Спейчис, А.В.Иельников и А.В.Патапавичюс (53) 621.882 (088.8) (56) Детали машин. Экспресс-информация, 1975, Г 26, с.1,2. (54),ОБРАЗЕЦ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ОДНОЙ СОП"

РЯЖЕННОЙ ПАРЫ ВИТКОВ (57) Изобретение относится к машиностроению, к испытаниям жесткости витков средних и крупногабаритных тяжело нагруженных резьбовых соединений, использующихся в сосудах высокого давления атомной, нефтяной, химической, авиационной промышленности, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем определения дидиаграммы зависимости суммарного про(51)5 G 01 М 13/00 F 16 В 31/00

2 гиба сопряженной пары витков резьбы от нагрузки или времени при статическом, циклическом и длительном статическом нагружении на испытательной машине, имеющей продольный деформометр. Образец содержит охватываемую деталь 2 с одиночным витком 3, цилиндрическимч проточками 4 и направляющими 5 и 6. Диаметр направляющих равен наружному диаметру витков охватывающей детали 1, выполненной в виде гайки. Диаметр проточек равен внутреннему диаметру витка 3. Торцо- . вые поверхности 8 и 9 витка 3 находятся в одной полуплоскости симметрии образца и совмещены с продольной прорезью на гайке. При нагружении детали

2 нагрузка равномерно распределяется по периметру сопряженных резьбовых витков. Относительное перемещение С:: направляющей 5 и ненагруженной части

14 равно суммарному прогибу сопряжен- 3 ных витков ° 8 ил.

1538082 з !

Изобретение относится к машино, строению, а более конкретно к испытаниям жесткости витков средних и крупногабаритных тяжело нагруженных резь5 бовых соединений, использующихся, например, в сосудах высокого давления атомной, нефтяной, химической, авиационной промышленности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем определения диаграммы зависимости суммарного прогиба сопряженной пары витков резьбы от нагрузки или времени при статическом, циклическом и длительном статическом нагружении на испытательной машине, имеющей про- . дольный деформометр.

На фиг.1 изображен образец, установленный в испытательной машине; 2< на фиг.2 - часть образца, размещенного в захвате испытательной машины, продольный разрез; на фиг.3 - вид А на фиг.2; на фиг.4 — образец, центри рованный пс. верхней цилиндрической направляющей; на фиг.5 - то же, центрированный по нижней цилиндрической направляющей; на фиг.6 - то же, с охватывающей деталью типа гайки растяжения; на фиг.7 - схематическое изображение образца в положении прогиба витков; на фиг.8 - график зависимости суммарного прогиба сопряженной пары витков от осевого статического нагружения.

Образец содержит охватывающую 1 и охватываемую 2 стержневую детали.

Охватываемая деталь 2 имеет один (одиночный) виток 3; расположенный между цилиндрическими проточками 4, 6 две цилиндрические направляющие 5 и 6 и резьбовой наконечник 7. Виток 3 ограничен торцовыми поверхностями 8 и 9, ограничивающими начало и конец его периметра и находящимися в одной

45 полуплоскости симметрии образца. Периметр витка 3 равен периметру полно". го (по длине) резьбового витка. Охватывающая деталь выполнена в виде гайки с внутренней резьбой по всей ее высоте и продольной прорезью 10 на

59 витках, глубина которой равна высоте витков. Торцовые поверхности 8 и 9 витка 3 совмещены с продольной прорезью 10 на гайке. Диаметр проточек

4 равен внутреннему диаметру витка 3, а диаметр цилиндрических направляющих - наружному. диаметру витков охватывающей детали.

В свинченном положении деталей 1 и 2 цилиндрические направляющие 5, и 6 (обе или одна из них) соприкасаются с вершинами нескольких свободных от сопряжения витков охватывающей детали 1 (фиг.2, 5 и 4) . При помощи подобранных размеров соприкосновения обеспечивается возможность соосности деталей 1 и 2 во время нагружения образца.

Деформометр испытательной машины содержит наконечники 11 и 12 и скрепленный с ними чувствительный элемент

13. Наконечник 11 деформометра скреплен с ненагруженной во время испытания цилиндрической направляющей 5 стержневой детали 2. Наконечник 12 деформометра скреплен с ненагруженной во время испытания частью 14 охватывающей детали 1. В случае наличия в составе образца гайки сжатия (фиг ° 2) ее ненагруженная во время испытания часть 14 находится выше сопряженной пары витков, а в случае гайки растяжения (фиг.6) - ниже. (Ненагруженные во время испытания части деталей 1 и 2, с которыми могут быть скреплены наконечники деформометра, на всех фигурах обозначены полем точек) .

Образец в сборе с деформометром перед началом испытания находится в захвате 15 испытательной машины, а резьбовой наконечник 7 при этом скреплен с другим захватом 16 испытательной машины.

Виток 3 детали 2 сформирован в изначальной группе трех - четырех витков резьбы при помощи такой же технологии изготовления резьбы, которая используется при изготовлении резьбы,в эксплуатируемой стержневой детали с последующим удалением лишних витков (например, при помощи фрезерования). Лишние витки удаляются по обе стороны от одиночного витка 3.

При этом образуются торцовые поверхности 8 и 9 и цилиндрические проточки 4.

Ширина узкой продольной прорези 10 резьбы охватывающей детали 1 должна быть такова, чтобы соответствующее уменьшение периметра ее заданного витка, участвующего в сопряжении, не оказывало практически ощутимого влияния на его жесткость. Узкая прорезь

10 резьбы может быть осуществлена механически, например, узкой протяж5

153 кой или ручной ножовкой, а также электроискровым способом„ дающим про. пилы до О,1 мм. Например, в средних и крупногабаритных специальных соеди

t нениях с резьбой М16. М110 ширина прорези 10 может быть в пределах

1...4 мм.

Охватывающая и стержневая детали

1 и 2 изготовлены из тех же марок материалов, которые используются для изготовления эксплуатируемого соединения.

Испытательная машина, кроме деформометра, содержит нагружающее устройство в виде .электродвигателя 17, редуктора 18 и ходового винта 19, силоизмеритель, самопишущий двухкоординатный прибор 20, блок 21 управления, цепь измерения нагрузки с подключенным силоизмерителем, цепь измерения перемещений (или деформаций) с подключенным деформометром, цепь измерения времени, цепь управления циклическим реверсированиемнагружения и цепь управления поднагрузкой образца при отклонении от заданной нагрузки из-за релаксации напряжений во время длительного статического нагружения.

Перед выполнением статического или циклического нагружения специального соединения на стенде один канал двухкоординатного прибора подключен к цепи измерения нагрузки, а другойк цепи измерения перемещений с воз-. можностью выполнения записи диаграммы зависимости перемещения от нагрузки.

Перед выполнением длительного статического нагружения специального соединения один канал двухкоординатного прибора подключен к цепи измерения перемещений, а другой — к цепи измерения времени с возможностью выполнения записи диаграммы изменения перемещения во времени при заданной пос" тоянной нагрузке.

Процесс испытания сопряженной пары витков резьбы образца на испытательной машине происходит следующим образом.

К стержневой охватываемой Детали 2 прикладывается осевая нагрузка растяжения заданного типа: статическая, циклическая или длительная статическая. В результате нагружения витка 3 стержневой детали 2 и с ним сопряженный виток охватывающей детали 1 прогибаются. Так как виток 3 единствен55 линейную область диаграммы прогиба; интенсивность q нагрузки (по высоте) и прогиб 5т витков, при которых начинается их нелинейный прогиб; интенсивность q нагрузки и прогиб 8z, при которых происходит полное разрушение сопряженной пары витков резьбы; мате8082 о ный у стержневой детали 2, то вся нагрузка приходится на сопряженную пару резьбовых витков. При этом вся нагрузка равномерно распределяется по периметру сопряженных резьбовых витков, вследствие чего суммарный их прогиб по всему периметру сопряжения одинаков. Во время испытания ненагруженн" цилиндрическая направляющая 5 стержневой детали 2 и ненагруженная . часть 14 охватывающей детали 1 получают осевое перемещение относительно друг друга. Так как они ненагружены во рремя испытания и не деформируются, то их относительное осевое перемещение равняется суммарному прогибу обоих, находящихся в сопряжении витков (фиг,/, о ). Это перемещение изме20 ряется деформометром. Сигнал от его чувствительного элемента 13 подается на двухкоординатный прибор испытательной машины. Двухкоординатный прибор автоматически проводит запись

25 диаграммы изменения суммарного прогиба сопряженных витков резьбы в зависимости от нагрузки (или времени при постоянной нагрузке). Блок 21 управления поддерживает нагрузку постоянЗ0 ной. Запись диаграммы продолжается до полного разрушения сопряженной пары витков резьбы.

Возможность определения диаграммы суммарного прогиба сопряженных резьбовых витков при помощи описанного стенда подтверждена экспериментально в лаборатории сопротивления материалов на образцах специальных соединений с элементами резьбы 820х1,.М20х х2,5, М52х1,5, 5152х3, Yi42x4, M52x6Ä

И110х6, изготовленных из крепежных сталей 25Х1НФ и 38ХНЗНФА.

Непосредственно по диаграмме прогиба определяется ряд силовых и де45 формационных характеристик жесткости сопряженных витков резьбы. Например, по диаграмме прогиба при статическом нагружении образца (Фиг.б) можно определить следующие характеристики жесткости сопряженных витков резьбы:

1=

=c t q с6 — податливость сопряженной пары витков резьбы, характеризующую

1538082 матическая закономерность в области нелинейного изменения прогиба витков резьбы.

Указанные характеристики могут быть использованы B качестве исходных данных при расчетах резьбового соединения на прочность..(Ранее такие характеристики экспериментально не onpctpeasavcb. Расчетным путем приближенно определялись только податливость (). Наличие более точной экспериментально полученной характеристикй и новых экспериментально определ нных характеристик q, 3 а также наличие закономерности нелинейного прогиба сопряженных витков. резьбы дает возможность проводить бол е точные расчеты распределения нагрузок по виткам резьбы предлагаемого соединения и более точно определять его допустимые нагрузки.. По диаграмме прогиба при циклическом и длительном статическом осевом нагружении сопряженных витков резьбы могут быть определены закономерности изменения скоростей накопления их прогиба. (Такие характеристики ранее экспериментально и расчетом не определялись). Наличие этих закономерностей дает возможность проведения более точных расчетов перераспределения нагрузок по виткам резьбового соединения и потери натяга по мере накопления повреждений витками.

Таким образом, совокупность экспериментально полученных характеристик жесткости сопряженных витков резьбы ведет к уточнению расчетов резьбовых соединений на прочность и к более тОчному прогнозированию потери натяга, что связано с обеспечением надежнОй эксплуатации и экономией материалОв тяжелонагруженного крепежа.

Кроме того, выполнение охватывающей детали цельной, а охватываемойс одним витком упрощает технологию

5 изготовления образца.

Ф о р м у л а изобретения

Образец для испытания одной сопряженной пары витков при осевом нагружении, содержащий охватываемую и охватывающую дета.пи, одна из которых имеет один виток и цилиндрические направляющие по разные стороны от витка, а другая выполнена с несколь" кими витками и сопряжена с первой с возможностью контакта вершин свободных витков с цилиндрическими направляющими первой детали, о т л и ч а

20 ю щ и " с я тем, что, с целью расширения Функциональных возможностей путем определения диаграммы зависимости суммарного прогиба сопряженной пары витков резьбы от нагрузки или

25 времени при статическом, циклическом и длительном статическом нагружении на испытательной машине, имеющей продольный деФормометр, витки на деталях выполнены резьбовыми, один виток и

gg цилиндрические направляющие принадлежат охватываемой детали, которая выполнена с цилиндрическими проточками на участках между. витком и цилиндрическими напра вляющими, диаметр проточек равен внутреннему диаметру витка, а диаметр цилиндрических направляющих - наружному диаметру витков охватывающей детали, последяняя выполнена в виде гайки с продольной про40 резью на витках, глубина которой равна высоте витков, торцовые поверхности витка на охватываемой детали находятся в одной полуплоскости симметрии образца и совмещены с продольной прорезью на гайке.

1538082

1538082

Составитель С.Иикулина

Редактор А.Нандор Техред Л.Серд юкова Корректор Т.Малец

Заказ 165 Тираж 433 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,!01