Установка для изучения свойств резьбового соединения Советский патент 1990 года по МПК G09B23/06 

Изобретение относится к учебным пособиям позволяющим моделировать принцип работы деталей машин, в частности совместную работу резьбы гайки и резьбы болта, и может быть не- пользовано в высших и средних специальных учебных заведениях.

Целью изобретения является расшй-,

рение

диапазона решаемых задач путем

обеспечения возможности демонстрации неравномерности распределения осевой нагрузки по виткам резьбы.

На фиг.1 представлена предлагаемая конструкция учебного пособия; на

фиг. 2

-разрез А-А на фиг , 1 ; на фиг. 3разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - раз-(

рез В

-В на фнг.; на фиг.5 - разрез

Г-Г на фиг.4; на фиг.6 - разрез Д-Д на фиго1: на фиг.7 - разрез Е-Е на фиг.6; на фиг,8а,б - соответственно . схемы нЗчГРУжения элементов конструкции при установке индикатора на расстояниях L.H LI 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 R от оси болта (диаметр D ) закреплены девять (три грутшы) стержней 4 различной длины, которые выполнены цилиндрическими с переходной ступенью

о:

о

00

со

4

,от меньшего диаметра d к большему D, Нп резьбе болта 3 на равном расстоянии друг от друга установлены три гайки с последовательно увеличивающим ся наружным диаметром, имеющие сквозные осевые отверстия под стержни 4. При этом нижняя гайка 5 (фиг.З), наиболее удаленная от каркаса 1, имеет три отверстия под стержни 4-1 диамет- ром d средняя гайка 5 (фиг.З) имеет шесть отверстий, из которых три отверстия диаметром d под стержни 4-II и три отверстия диаметром D под стержни 4-1, и верхняя гайка 5 имеет цевять отверстий; три отверстия диаметром d под стержни 4-III и шесть отверстий диаметром D под стержни 4-1 и 4-II. Соответственно расстоянию 1 от каркаса 1 до одновитковой гайки 5 длины каждых трех стержней 4 одинаковы.

Сопряжение цилиндрической части :тержней 4 дийметром d с гайкой 5 i обеспечено по беззазорной (скользящей лосадке. Каждая :одновитковая гайка 5 контактирует с ножкой индшсатора 6, корпус которого установлен в каркасе 1 по переходной посадке. Между 1«аждой одновитковой гайкой 5 и одним г1з стержней 4, расположенным на мини- 1альном расстоянии L от ножки индикатора 6, установлены компенсационные прокладки 7. .:

Установку используют следующим образом.

Обеспечивают вращение болта 3 относительно каркаса 1, При этом одновит- ковые гайки 5 перемещаются в осевом направлении по участку стержня 4 диа- метром d до контакта с прокладкой 7. Дальнейшее перемещение гайки 5, со- провоящакщееся процессом деформирования ее витка, обеспечивается в контакте с ножкой индикатора 6. При этом по казания индикаторов соответствуют деформациям Прокладок 7, а последние, в свою очередь, определяются деформациям 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.

0

о .

0 5 п

5

5

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 L 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 расположенньк на расстоянии L от соответствующих индикаторов, и подбирают прокладку 7 по величине этих зазоров. То же самое можно сделать путем непосредственного введения в зазор методом проб прокладок 7 без пр едварительных замеров. При этом для установки выверенных прокладок 7 конструкцию можно не разбирать вновь, ec-i ли прокладки 7 выполнены в виде полуколец. Эти прокладки 7 закладывают в зазоры между торцовой поверхностью переходной ступени стержня и гайкой 5 и вьшеряют нулевое положение осталь- ных 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 г айЙ1 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 4х10 кг/см).

Под действием нагрузки Р на виток гайки (фиг. имеет место поворот тела гайки на угол 6 . При этом на показания индикатора, констатирующего- осевое перемещение гайки под нагрузкой, будет влиять величина , зависяi 5

щая от прогиба витка. Оценим величину гтого влияния. Пусть момент, при кла;;ываемый к гайке

I 306

где Q - сила руки;

If - плечо гайки,

ри кгс и l 6cMMjgg 6 кгс.,см Осевая нагрузка в теле болта связан с моментом в резьбе следующей зави- симчстью:

d

p Рбрт У tg(q + cf)

Лля нашего случая , средний циаметр резьбы ,9 ,9х мм 3,6 см, угол подъема для станцартной метрической резьбы if 2,5°, угол трения ( arctg f, где f - коэффициент трения (для орг- стек|па ,2; для стали 0,2-0,3),

2-6

13

2Мр .tg (tfTI;P) ,25

3 (кгс).

ВИТО1:

Расчет ведем для нижнего витка, седьмого по счету при расстоянии между витками, равными шагу резьбы, С учетом неравномерности распределения нагрузки нагрузка на седьмой

При I см

2Р1 Ё1

1

i(

5in gj.sin I

. 2 . 2 S l .371 3Tl

SXn -g-- . . 8ln|-i

24+3 +

+ ...),

Y -2Sll/J OxZ5 J y PI-I - 2 3 1Ш

При CM, моменте инерции для кругового сечения призмы стержня

I - 3j,14-(5-lO ) 64 64

30 0,03. (см )

модуле упругости Е 6x10 кг/см прогиб стержня в точке В

}.

Y

6

210 (см)

16-6-10 703 (мкм)

Соответственно 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

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.

ся к цами ки

sin

0.07 Р«т 0,93 (кгс).

5ат

нагрузка на плече СВ создает изгие ающий момент при см

М, 0,93-3 2,8 (кгс.см),

Ш стержне 4 при условии безза- зорнсго соединения зтот момент урав новепивается парой сил, равных 2,8 создающих изгибающий момент на стерж- не с плечом ОВ « 1 см. Для расчета прогиба у стержня 4 остановимся на следуощем допущении: пусть конец стержня О не имеет перемещения, тогда схема нагружения стержня 4 сводит «згибу стержней с опертыми контри действии поперечной нагрузт

2гс

sin if. sin

f . i

Г 27х

31Гс .

-j- Sin - sin-j- sin--...,д.,,. ,

j|

величины Y в j- раз

35

S .У

1 (мкм)

По известной величине прогиба может быть определена нагрузка от момен- 0 та в точке А. Участок АВ можно представить балкой с заделкой в точке В. Для этого случая J

У

5

Р1 ЗЁГ

3-6-10

ЗЕТ У - ,-.

О рЗЧ-Ю

65

0,1 (кгс)

Показания индикатора, фиксирующе- ; го общую деформацию гайки, пропорцио- 50 нальны нагрузке. Тогда погрешность показаний индикатора составит

,100%

3,5%

55

; При ЭТОМ при уменьшении расстояния АВ на каждой последующей гайке и, соответственно, уменьшении длины .стержня 1 погрешность показаний

в рассматриваемом случае практически не изменяется.

С целью снижения погрешностей показаний индикаторов каждая из трех прокладок установлена на минимально возможном расстоянии L от нржки индикатора. Так установка прокладки в точке, диаметрально противоположной точке А (фиг„2б), приводит к тому, что при действии момента , перемещение точки контакта гайки с ножкой индикатора значительно увеличивается что приводит к суг;ественному увеличению показаний индикатора (з боль- ШУЮ CTOpoHyj-, 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 погрешнос показаний индикатора (хоть и равная для трех рассматриваемых витков) будет иметь место с

С целью компенсации окружн ьк нагрзок на стержни ив связи с этим с целью повьшгения точности показаний индикатора каждые три стержня одинаковой длины установлены равномерно через 120 на одинаковом расстоянии от оси болта. Наличие угла подъема резьбы (фиг.З) обусловливает появление нормальной нагрузки Рц со сторон витка болта на виток гайки. При этом вертикальная составляюш;ая сила Р в с такими же нагрузками других витков составляет общую силу затяжки PWT горизонтальная составляющая Р действует на стержень, вызьгоая его дополнительный прогиб и, соответственно, изменяя положения торца гайки и ножки индикатора. Равномерная установка стержней позволяет компенсировать суммарное действие си- лы Р

|P ,+P2+PJ 0; Рз Р2-со8 60°+ +Р,. cos 60°.

Установка стержней на одинаковом расстоянии от оси болта обеспечивает равенство сил

Р - Р - Р t - 2 - РЗ

С целью обеспечения одновременного контакта вверх трех витков резьбы болта и гаек вьтолнены повьшенной 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 гаками было кратно шагу. Разнесенность гаек способствует, во-первых, наглядности контактирования соответствующи гаек с ножками индикатора, а во-вторых, дает возможность конкретизирова номер витка. Так, при расстоянии между 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 соответствует витку нижней одновитковой гайкио Далее преподаватель констатирует, что деформация витка непосредственно замеряется индикатором, : ножка которого касается рассматриваемой гайки (витка)„ Поскольку деформации пропорциональны 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 и II-II общая деформация каждой пары определяется (фиг.1)

AI А 6t - Д rir ; . . . ВП .Л-Г11 . :

Поскольку деформация второго витка гайки u.j больше деформации первого витка гайки Д., то общее значение деформации ij будет увеличиваться, а Д J.J. 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 (деформацияу верхнего витка, ближнего к креплению (в нашем случае - опоре), больше, чем нижнего при растяжении.тела болта, т.е. поскольку ранее было показано,что , т.е. нагруз- .

Kci йа витки распределяется неравно- мер:ю.

Параллельно с доказательством различного нагружения витков может быт: продемонстрировано увеличение силы затяжки при увеличении момента в резьбе. Для этого, зафиксировав вникание студентов на показаниях индикатора при определенном значении момпнта в резьбе, преподаватель обес- печ1тает увеличение момента в резьбе путем дальнейшего вращения головки и констатирует увеличение показаний индикаторов, что связано с уве- лич(Нием силы затяжки Р в резьбе.

Формула изобретения

. Установка для изучения свойств рез1|бового соединения, содержащая бол с гайкой, деформируемый при за- тяж1:е болта упругий элемент и индикатор нАпряжения, часового типа, о т- ли чающаяся тем, ч то, с целью расширения диапазона решаемых задач путем обеспечения возможности

- 5

0

демонстрации неравномерности распреде- J7ieния осевой нагрузки по виткам резьбы, она имеет установленные за первой гайкой дв 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 предьиущей гайке выполнены отверстия- для прохода стержней, опирающи :ся на последующие, упругий элемент состоит из компенсационных. прокладок, установленных мелзду высту- 0 пами стержней и гайками, а индикаторы установлены в опоре с возможностью взаимодействия их щупов с гайками

V

А

Б Зстержнеи

Фи2.1

,

7 Фиг.2

л г

5-5J(7/77

Фиг.З

д-д

-€

Фг/г7

А4-

L

Фиг.8

зат.

зат„