Последовательность выполнения работы. 1. Провести измерение болта и гайки
1. Провести измерение болта и гайки. Размеры d1, d2 и др. определить по данным ГОСТа 9150 – 59. Заполнить таблицу “Параметры соединения”.
2. Для предохранения установки и болта от поломки необходимо предварительно рассчитать максимально допустимую величина силы затяжки 
, (10.13)
, (10.14)
1.3 – коэффициент, учитывающий скручивание от действия момента в резьбе Тр;
– предел текучести; для сталей Ст1 – 180 МПа; Ст3 – 220 МПа; Ст45 – 360 кг/мм2;
n – запас прочности, выбирается по таблице 10.1.
Таблица 10.1.
Запасы прочности для болтов с неконтролируемой нагрузкой
| Материал болта | Диаметр резьбы | ||
| М6 – М16 | М16 – М30 | М30 – М60 | |
| n (углеродистая сталь) | 4 – 3 | 3 – 2 | 2 – 1,3 |
Таблица 10.2.
Параметры соединения
| № п/п | Наименование. Обозначение параметра | Размерность. | Величина. | Способ определения. |
| 1. Геометрические парметры болта | ||||
| а. | Наружный диаметр, d | мм | измерить штангенциркулем | |
| б. | Шаг резьбы, Р | мм | по размеру 10 витков | |
| в. | Внутренний диаметр резьбы, d1 | мм | по таблице ГОСТов на резьбу | |
| г. | Средний диаметр резьбы, d2 | мм | по таблице ГОСТов на резьбу | |
| д. | Угол профиля резьбы, a | град | по таблице ГОСТов на резьбу | |
| е. | Угол подъема резьбы,y | град | по формуле 4 | |
| ж. | Предел текучести материала, sт | Н/м2 | по марке на болте или задается | |
| з. | Допускаемое напряжение на разрыв, 
| Н/м2 | по формуле 14 | |
| 2. | Допускаемая сила затяжки,
| Н | по формуле 13 | |
| 3. | Диаметр отверстия под болт, dотв | мм | измерить штангенциркулем | |
| 4. | Наружный диаметр опорной поверхности гайки (размер под ключ), D1 | мм | измерить штангенциркулем | |
| 5. | Средний диаметр опорной поверхности, Dср | мм | по формуле 8 |
3. Экспериментальным путем определить моменты в резьбе с использованием сборки со втулкой (рис. 10.4б).
а) вставить болт 4 и завернуть на резьбовой конец болта гайку 8 (от руки) до устранения осевого зазора (начала движения стрелки индикатора динамометрической пружины);
б) произвести измерения при загружении соединения различными значениями силы затяжки, предварительно для каждого из значений усилия затяжки по тарировочному графику определить требуемую деформацию динамометрической пружины (в делениях индикатора); требуемое усилие создается динамометрическим ключом и одновременно записываются показания стрелки индикатора на ключе (динамометрический ключ необходимо вращать непрерывно, без рывков, не превышая допустимого для болта усилия);
в) по тарировочному графику динамометрического ключа найти фактические экспериментальные величины моментов в резьбе при заданных деформациях (усилиях);
г) момент трения на торце гайки определить по разности экспериментальных моментов 
; (10.15)
д) приведенный коэффициент трения в резьбе 
определить с использованием зависимости 10.6 или 10.7;
е) коэффициент трения определить по формуле 10.10, все результаты экспериментальных замеров и вычислений занести в таблицу 10.3.
4. Экспериментальным путем определить моменты завинчивания с использованием сборки с накладкой (рис. 10.4а). Повторить последовательность действий а) – е) пункта 3, с той разницей, что для определения фактических величин моментов завинчивания используется тарировочный график для динамометрической пружины (пункт в).
Таблица 10.3.
Результаты экспериментальных исследований
| Сила затяжки | Момент трения в резьбе (при затяжке со втулкой рис. 10.4а) | Момент завинчивания при затяжке с накладкой (рис. 10.4б) | 
| Момент трения на торце | 
| |||
| Fз, Н | ф-ла 10.6 или 10.7 | Тг = Тз – Тр, Н·м | ф-ла 10.10 | |||||
| дел. инд. | Н·м | дел. инд | Н·м | |||||
5. Определить напряжения в болте и фактические коэффициенты безопасности. Результаты занести в таблицу 10.4.
6. По формулам 10.9 и 10.11 определить моменты в резьбе Тр и на торце гайки Тт для заданных усилий затяжки. Результаты расчетов занести в таблицу 10.6. Значения 
и 
берутся из таблицы 10.5.
Таблица 10.4.
Прочностные характеристики болтового соединения
| Сила затяжки Fз, Н | Напряжение растяжение | Напряжение кручения | Эквивалентное напряжение |
|
|
| 
| 
| |||
Примечание. Значение Тр брать по экспериментальным данным из табл. 10.3. По этим напряжениям и ведется проверка болта на прочность.
Таблица 10.5.
Значения коэффициентов трения для различных материалов
| Материалы пар трения «болт – гайка», «гайка – деталь» |
|
|
| Сталь по стали без смазки | 0,3 – 0,35 | 0,35 – 0,4 |
| Слабые следы смазки | 0,18 – 0,02 | 0,20 – 0,25 |
| Смазанные поверхности | 0,07 – 0,13 | 0,10 – 0,15 |
Таблица 10.6.
Расчетные значения моментов завинчивания
| Состояние поверхности | Величина момента, Н·м | |||
| Fз1 =500 | Fз2 =1000 | Fз3 =1250 | Fз4 =1500 | |
| Момент в резьбе, по формуле 10.11 | ||||
| Момент трения на торце гайки, по формуле 10.9 | ||||
| Момент завинчивания, по формуле 10.12 |
7. По результатам экспериментальных и расчетных данных построить графики 
и 
. Провести сравнительный анализ и сделать вывод о выполнении условий самоторможения.
8. По результатам расчетов напряжений при максимальной силе затяжки сделать заключение о работоспособности болта и соответствия фактического коэффициента запаса допускаемому.
9. Сравнить экспериментальные коэффициенты трения 
и .
10. Для максимальной силы затяжки определить (в %) расхождения Тз между расчетными и экспериментальными данными. Объяснить причины расхождения.
11. Выполнить проверочный расчет болтового соединения в автоматизированной системе APM WinMachine, модуль APM WinJoint.
В начале работы выбирается вид соединения и его особенности (болтовое соединение с зазором).
Рис. 10.5. Основное диалоговое окно модуля APM WinJoint
Затем в графическом редакторе нарисовать схему рассчитываемого соединения. В связи с тем, что программа не позволяет рассчитывать соединения с одним болтом, рекомендуется заменить его на четыре эквивалентных с диаметрами, равными 1/4 исходному (рис. 10.6). Значение растягивающей силы взять из экспериментальных данных. Провести проверочный расчет и сравнить расчетную силу затяжки с экспериментальными данными.
10. Провести обработку теоретических и опытных данных, представить результаты в графическом виде, сделать сравнительный анализ результатов и выводы по работе.
Рис. 10.6. Схема болтового соединения и результаты расчета
11. Подготовить отчет по лабораторной работе и ответить на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
1. Какие факторы влияют на трение в резьбе?
2. Почему в резьбовых соединениях наибольшее распространение получили резьбы с треугольным профилем?
3. Какие виды трения присутствуют при затягивании гайки?
4. Почему метрическая резьба имеет низкий КПД?
5. Чем ограничивается число витков резьбы в гайке болтового соединения?
6. В чем состоит различия в критериях выбора типа и параметров резьбы для передач «винт – гайка» и болтовых соединений?
7. От каких факторов зависит выполнение условия самоторможения?
8. По каким напряжениям рассчитываются затянутые болтовые соединения?
9. Каким образом трение в резьбе учитывается в расчетах болтовых соединений?