Установка для изучения свойств резьбового соединения

 

Изобретение относится к учебным пособиям и позволяет идентифицировать расчетную модель для контролирования неравномерности распределения нагрузки по виткам резьбы с реальной моделью, а именно путем непосредственного измерения деформаций представить изменение этих деформаций по виткам резьбы, а также продемонстрировать увеличение силы затяжки при увеличении момента в резьбе. Это обеспечивается тем, что в соединении болт-гайка гайка выполнена сборной из нескольких одновитковых гаек, установленных на резьбе болта с 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 с каждой гайкой контактирует одна группа, состоящая по меньшей мере из трех стержней. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

CO)03 COBETCHHK

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

119) 111) (ц) С 09 В 23/06

ГОСУ АРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlO И БРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ Т СССР! (21) 4646856/31 — 1 2 (22) 26. l 2. 88 (46) 23 .11.90. Бюл. N - 43 посо и прин иост ки и поль ных

Ц рени обес ции вой

Н конс фиг.. разр рез (71) им. (72)

В.А. (53) (56) бий ния обор (54)

РЕЗЬ (57) посо вать рова ния

Уфимский авиационный институт ерго Орджоникидзе

Н,И.Орлова, В.В.Райский, еляев и Ю.Б.Дубровин

531ь3(088 ° 8)

Юденич В.В,, Бушуев А.В. и Ба.И. Технические средства обуче1 типовое учебно-лабораторное дование. M. 1974, с. 168.

УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ

ОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Изобретение относится к учебным ням и позволяет идентифицирорасчетную модель для контролиия неравномерности распределеагрузки по виткам резьбы с. ребретение относится к учебным ям, позволяющим моделировать ип 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 путем ечения возможности демонстраеравиомерности распределения осеагрузки по виткам резьбы. фиг,1 представлена предлагаемая рукция учебного пособия; на разрез А-А на фиг.1; нафиг.3— з Б-Б на фиг.2; на фиг.4 — раз-

-В на фиг.1; на фиг,5 — разрез ) «1608734 A 1

2 альной моделью, а именно путем непос редственного измерения деформаций, представить изменение этих деформаций по виткам резьбы, а также про демонстрировать увеличение силы затяжки при увеличении момента в резьбе. Это обеспечивается тем, что в .соединении болт-гайка гайка выполнена сборной иэ нескольких одновитковых гаек, установленных на резьбе болта с 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 с каждой гайкой контактирует одна группа, состоящая по меньшей мере иэ трех стержней. 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; иа фиг.8а,б — соответственно схемы на гружения элементов конструкции при установке индикатора на расстояниях L.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

I теле каркаса на равном расстоянии R от оси болта (диаметр D ) эакрепле( ны девять (три группы) стержней 4 различной длины, которые выполнены цилиндрическими с переходной ступенью

1608734,от меньшего диаметра d к большему О, Н резьбе болта 3 на равном расстоянии друг от друга установлены три гайки с последовательно увеличивающим5 ся наружным диаметром, имеющие сквозные осевые отверстия под стержни 4.

При этом нижняя гайка 5 (фиг.3), наиболее удаленная от каркаса 1, имеет три отверстия под стержни 4-I диамет- 10 ром d» средняя гайка 5 (фиг,5) имеет шесть отверстий, из которых три отверстия диаметром d под стержни 4-II и три отверстия диаметрам D под стержни 4-I и верхняя гайка 5 имеет цевять отверстий; три отверстия диаметром и под стержни 4-III и шесть отверстий диаметром D под стержни

4-I и 4.-II. Соответственно расстоянию 1 от каркаса 1 до одновитковой гайки 5 длины каждых .трех стержней 4 одинаковы.

Сопряжение цилиндрической части .тержней 4 диаметром d с гайкой 5 обеспечено по беззазорной (скользящей) 5 посадке. Каждая одновитковая гайка 5 контактирует с ножкой индикатора 6, корпус которого установлен в карка=е 1 по переходной посадке. Между враждой одновитковой гайкой 5 и одним . 30 лз стержней 4, расположенным на минимальном расстоянии L от ножки индикагора 6, установлены компенсационные прокладки 7. установку используют следующим образом.

Обеспечивают вращение болта 3 относительно каркаса 1. При этом одновитковые гайки 5 перемещаются в осевом направлении по участку стержня 4 диа- щ метром d до контакта с прокладкой 7.

Дальнейшее перемещение гайки 5, сопровождающееся процессом деформирования ее витка, обеспечивается в контакте с ножкой индикатора 6. При этом по-45 казания индикаторов соответствуют деформациям прокладок 7, а последние, в свою очередь, определяются деформа-.. циям соответствующих витков гаек 5, Так, деформация витка нижней гайки

5 больше деформации среднего витка гайки 5, а последняя больше деформации витка верхней гайки 5, соответственно этому изменяются показания индикаторов 6, что в соответствии с законом Гука позволяет представить качественную картину неравномерности распределения, нагрузки по виткам резьбы 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 торцоst 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 L от соответствующих индикаторов, и подбирают прокладку $ по 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 полуколец. 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=4х104 кг/см ), Под действием нагрузки P на.виток гайки (фиг,2а) имеет место поворот тела гайки на угол 0 . При этом на показания индикатора, констатирующего.осевое перемещение гайки под нагрузкой, будет влиять величина о, завися5 160873 т прогиба витка. Оценим величиого влияния. Пусть момент, при ваемый к гайке щая о ну т кла ь

За& (г где 0

1 р

Осе а смм сим с

I — P + — tg(q + cp) 15 л ний х40= стай

=2,5 где стек

l O 4 = 0 03 (cM4) модуле упругости Е = бх10 кг/см

Ф прогиб стержня в точке В

2 8 6

3 -4

Y — + — — — — — — 2 10 (см)

25 16 6-10 0,03

2М, % т d< tg (q+ q ) 3,6 0,25

3 (кгс).

= 2 (мкм) P

S = - Y = 1 (мкм)

6 изги стержне 4 при условии безза- 40 го соединения этот момент ураввается парой сил, равных 2,8 кг т щих изгибающий момент на стержлечом ОВ 1 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- 50 зори нове соэд не с х

sin ——

Э

D? 4

0 1

-- - 100X = 3 5Х

2,8

Зис . З х 55

in > sin

+

2 с

При этом при уменьшении расстояния АВ на каждой последующей гайке и, соответственно, уменьшении длины стержня 1 погрешность показаний зхп +

+ ° ° °

Р седь ду в учет ния вито прог след стер да сх ся к цами ки — сила руки;

; — плечо гайки. и Q=l кгс и 1=6 см М, =6 кгс..см. я нагрузка в теле болта связана ентом в резьбе следующей завитью. я нашего случая М =М О, средиаметр резьбы d =0,9 d=O 9õ

6 мм = 3,6 см, угол подъема для артной метрической резьбы = угол трения (= arctg f — коэффициент трения (для орга 1=0,2; для стали К=0,2-0,3).

Ф счет ведем для нижнего витка, ого по счету при расстоянии межтками, равными шагу резьбы. С м неравномерности распределеагрузки нагрузка на седьмой

0,07 P .„= 0,93 (кгс), а нагрузка на плече СВ создает ающий момент при BC=3 см

= 0,93 3 = 2,8 (кгс ° см), йс

sin —— (1

2е1х

iз1п — - s

4 о

При х=с=1/6 = 1 см

61 61 тяи 1Ф

2+ul . 2и1 . 3 1 . Зю 1

83.П «» sin 83 и» вЂ” 81п

61 61 61 61

2 З

+ ...), 2Pl 1 О 75 1 Р "1 у» (+ А

EI((1 2< З 16KI

При 1=6 см, моменте инерции для кругового сечения призмы стержня

"«d 3 14 (5.10 ) ».

64 64

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 от

АВ величины Y в, раз

ОВ

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 случая

Pl 3EI Y

Y = — — — —; P

ЗЕЕ l

3 6 10 0 03 I ° 10 4 — — — — — — — — 0 1 (кгс) бэ в

Показания индикатора, фиксирующе- го общую деформацию гайки, пропорциональны нагрузке. Тогда погрешность по. казаний индикатора составит

1 608734 в 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.2б), приводит к тому, что при действии момента М, перемещение точки контакта гайки с ножкой индикатора 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- 0 ния нагрузки по виткам резьбы не из,менится, хотя значительная погрешность показаний индикатора (хоть и равная для трех рассматриваемых витков) будет иметь место. 15

С целью компенсации окружных нагрузок на стержни и в связи с этим с целью повышения точности показаний индикатора каждые три стержня одинаковой длины установлены равномерно 3О через 1 20 на одинаковом расстоянии о от 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 Рн в сумме с такими же нагрузками других витков составляет общую силу затяжки

P а. горизонтальная составляющая

P действует на стержень, вызывая 4О

его дополнительный прогиб и, соответственно, изменяя положения торца гайки и ножки индикатора, Равномерная установка стержней позволяет компенсировать суммарное действие си- 45 ( лы Р

«! — (« l о

Р +Р +Рз=О; Р,=Р cps 60 +

+Р cos 60 .

Установка стержней на одинаковом расстоянии от оси болта обеспечивает равенство сил

Р, =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 равенства требуемых зазоров при выверке размеров прокладок, Установка, подлежащая реализации, собирается с тем расчетом, чтобы расстояние между одновитковыми гайками было кратно шагу. Разнесенность гаек способствует, во-первых, наглядности контактирования соответствующих гаек с ножками индикатора, а во-вторых, дает возможность конкретизировать номер 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 виток

t соответствует витку нижней одновитковой гайки. Далее преподаватель констатирует, что деформация витка непосредственно замеряется индикатором, ножка которого касается рассматриваемой гайки (витка). Поскольку деформации пропорциональйы нагрузке (закон

Гука), то подобным образом изменяется нагрузка на виток гайки. В общем случае при рассмотрении, двух пар витков болта и гайки 3 в полости I-I u

II-II общая деформация каждой пары определяется (фиг,1) 1 1 67 гП 1 тг= вц — гп

Поскольку деформация второго витка гайки h„z, больше деформации первого витка гайки Л,, то общее значение деформации p > будет увеличиваться, а Q относительно 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 при растяжении тела болта, т.e. Q Бт ) 1 ь11, поскольку ранее было показано,что rFI) ãF To z Ь T° . e° . на руз

1608734

Фо|рмула изобретения

1

Установка для изучения свойств ре бового соединения, содержащая бол с гайкой, деформируемый при затя е болта упругий элемент и индика р напряжения, часового типа, о тл чающая ся тем,что,сцелью расширения диапазона решаемых задач путем обеспечения возможности

KB. мер раз быт в р вни инд мом печ бе бол зан а витки распределяется неравноо. араллельио с доказательством ичного нагружения витков может продемонстрировано увеличение затяжки 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 покаиндикаторов, что связано с увеием силы затяжки Р в резьбе. демонстрации неравномерности распределения осевой нагрузки по виткам резьбы, она имеет установленные за первой гайкой дце дополнительные гайки с последовательно увеличивающимся наружным диаметром, установленную на стойках опору с отверстием под болт, три группы стержней ступенчатого сечения, закрепленных в опоре, опирающихся ступенью на одну из гаек и расположенных на одинаковом расстоянии от оси болта, и дополнительные индикаторы напряжения часового типа, при этом в каждой предыдущей гайке выполнены отверстия.для прохода стержней, опирающихся на последующие, упругий элемент состоит из компенсационных. прокладок, установленных между выступами стержней и гайками, а индикаторы установлены в опоре с возможностью взаимодействия их щупов с гайками.

2, Установка по п. 1, о т л и ч а25, ю щ а я с я тем, что каждая группа содержит по крайней мере по три стержня.

1608734 .Dg . D

6gm8

)608734

Ре актор С.Пекарь

Корректор Т,Малец, 362) Тираж 390

Подписное

Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская Ha6., д. 4/5

В зводственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Пр

Составитель Р,Ужвий

Техред Л. Олийнык

Фиг. g