Исследование работоспособности клеммовых соединений

Цель работы: определить зависимость осевой сдвигающей силы от силы затяжки болтов при различных способах пригонки клеммы к валу.

1. Краткие теоретические сведения

Клеммовые соединения применяют для закрепления деталей на валах и осях, цилиндрических колоннах, кронштейнах и т.д. По конструктивным признакам различают два основных типа клеммовых соединений: а) со ступицей, имеющей прорезь; б) с разъемной ступицей. Разъемная ступица несколько увеличивает вес и стоимость соединения, но при этом становится возможным устанавливать клемму в любой части вала, независимо от формы соседних участков и от других расположенных на валу деталей.

При соединении деталей с помощью клемм используют силы трения, которые возникают от затяжки болтов. Эти силы трения позволяют нагружать соединение как моментом (М=Рl), так и осевой силой S. Передача нагрузки только за счет сил трения недостаточно надежна. Поэтому не рекомендуется применять клеммовые соединения для передачи больших нагрузок.

К достоинствам клеммового соединения относятся простота монтажа и демонтажа, самопредохранение от перегрузки, а также возможность перестановки и регулировки взаимного расположения деталей как в осевом, так и в окружном направлениях (регулировка положения рычагов и тяг в механизмах управления и т.п.).

В данной работе изучается клеммовое соединение со ступицей, имеющей прорезь. Рассмотрим два случая постановки клеммы на валу – без зазора и с зазором.

Первый случай. Клемма достаточно гибкая, форма сопрягаемых деталей строго цилиндрическая, зазор в соединении близок к нулю (рис.1). В этом случае можно полагать, что давление р распределено равномерно по поверхности соприкосновения деталей, а условие прочности соединения выражается в виде:

, (1) где Q – сила затяжки болта; f – коэффициент трения (0,1…0,2);

d – диаметр вала; с – расстояние от оси болта до вала; S – осевая сила.

Рис.1 Рис. 2

Второй случай. Клемма обладает большой жесткостью, а посадка деталей выполнена с большим зазором (рис.2). При этом можно допустить, что контакт деталей происходит по линии, а условие надежности соединения выражается в виде: (2)

2. Порядок выполнения работы

2.1. Получают у преподавателя исходные данные и заносят их в графу 6 таблицы наблюдений.

2.2. Измеряют ширину клеммы и расстояние от оси болта до стержня.

2.3. Устанавливают в клемму стержень, образующий плотное соединение, и затягивают его с помощью болта на величину заданного усилия. Усилие затяжки Q определяют по индикатору динамометрической скобы и тарировочному графику.

2.4. С помощью верхнего штурвала машины ДМ30М подводят пуансон до его соприкосновения с торцовой частью стержня. Усилие создается с помощью нижнего штурвала. Значение сдвигающей силы замеряют с помощью индикатора в момент начала движения стержня.

2.5. Снимают нагрузку и усилие затяжки. Вставляют в клемму другой стержень меньшего диаметра для образования соединения, показанного на рис.2. Проводят аналогичные испытания согласно п.п.2.3 и 2.4. Результаты заносят в соответствующие графы таблицы наблюдений.

2.6. Рассчитывают по формулам (1) и (2) значения сдвигающего усилия S при заданных значениях усилий затяжки Q.

2.7. Сравнивают расчетные значения с полученными экспериментально и делают выводы.

2.8. По результатам расчетов строят графики S = f(Q).

3. Отвечают на контрольные вопросы:

а) записать условие неподвижности разъемной клеммы на валу при действии на нее осевой силы;

б) какое влияние на прочность соединения оказывает наличие боковых зазоров между жесткой клеммой и валом;

в) как влияет на прочность клеммового соединения состояние контактирующих поверхностей.

4. Таблица наблюдений

№ п/п	Диаметр стержня, d, мм	Предельные отклонения диаметра стержня, мм	Ширина клеммы, b, мм	Сила затяжки Q клеммового соединения	Осевая сдвигающая сила S
Показания индикатора, мм	Сила, кН	Показания индикатора, мм	Сила, кН
I		+ 0,035 + 0,018
II		– 0,017

Примечание. Графа 6 заполняется по данным преподавателя. Для заполнения граф 5 и 8 используется

тарировочный график динамометрического кольца.

5. Расчет сдвигающих усилий S в клеммовом соединении для значений Q, принятых при эксперименте

Рассматриваемый случай	Условие (формула) неподвижности клеммы на валу	Сила затяжки Q, кН	Расчет осевой сдвигающей силы S для выбранной силы затяжки Q, кН
1.Клеммовое соединение «без зазора»			S1 =
	S2 =
	S3 =
2.Клеммовое соединение «с зазором»			S1 =
	S2 =
	S3 =

6. ГРАФИКИ S = f(Q) (для двух рассмотренных случаев)

ВЫВОД: ____________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________

ВЫПОЛНИЛ: Ст. ______________________________ Гр. ___________ ПРИНЯЛ: ______________________