СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАТЯНУТОГО БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Полезная модель относится к испытательному оборудованию, а именно к стендам для исследования затянутых резьбовых соединений с целью определения зависимости моментов завинчивания от силы затяжки, и может быть использована в учебном процессе для студентов технических специальностей, изучающих дисциплины детали машин, техническая механика, основы проектирования машин, технические устройства, машины и их элементы.
Известно несколько стендов для исследования болтового соединения с затяжкой [Основы конструирования машин. Механические передачи и соединения деталей машин: лаб. практикум / Т.Т. Ереско, Н.А. Смирнов, Г.Г. Назаров, Н.А. Стариков; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т - Красноярск, 2009. - 132 с.; Исследование затянутого болтового соединения: Метод. указания к лаб. работе / Самар. гос.аэрокосм. ун-т; Сост. Е.П. Жильников, В.П. Тукмаков. Самара, 2007. 16 с].
зат
р
т
зат
т
зат
р
Исследования болтового соединения с затяжкой заключаются в определении полного момента затяжки Т, и его составляющих - момента сил трения в резьбе Т и момента сил трения в торце гайки Т в зависимости от усилия затяжки F. Причем, момент сил трения в торце гайки Т определяется путем вычитания из полного момента затяжки Т момента трения в резьбе Т:
т
зат
р
Т=Т - Т.
Известна установка для испытания болтовых соединений (Основы конструирования машин. Механические передачи и соединения деталей машин: лаб. практикум / Т.Т. Ереско, Н.А. Смирнов, Г.Г. Назаров, Н.А. Стариков; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т - Красноярск, 2009. - 132 с.), содержащее основание, на котором крепится силоизмерительное устройство, выполненное в виде динамометрической пружины. В теле пружины предусмотрено сквозное отверстие, в которое вставляется исследуемый болт, фиксируемый от проворачивания сменной колодкой. Для центрирования болта в отверстие пружины установлена сферическая шайба. Болт затягивается гайкой, торец которой опирается на втулку (контактное устройство), передающую деформацию сжатия динамометрической пружине. Величина деформации пружины измеряется индикатором.
Принцип действия установки основан на одновременном измерении момента завинчивания гайки и возникающей при этом силы затяжки болта.
Величина осевой силы затяжки болта пропорциональна упругой деформации сжатия динамометрической пружины, измеряемой индикатором (см. рис. 2.4, Основы конструирования машин. Механические передачи и соединения деталей машин: лаб. практикум / Т.Т. Ереско, Н.А. Смирнов, Г.Г. Назаров, Н.А. Стариков; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т - Красноярск, 2009). Значение осевой силы определяется по тарировочной таблице (см. табл. 2.4, там же).
Момент завинчивания гайки пропорционален упругой деформации изгиба стержня динамометрического ключа. Деформация стержня фиксируется по шкале З динамометрического ключа. Шкала ключа протарирована на определение момента завинчивания с ценой деления 10; 20; 30 (Н⋅м).
зав
р
т
Установка дает возможность измерить момент завинчивания как сумму Т=T+T. В этом случае гайка болта опирается на втулку.
р
Для определения момента сил трения в резьбе Т необходимо переналадить стенд, а именно, под гайку дополнительно установить упорный подшипник.
зав
р
Однако, данное устройство не позволяет обеспечить чистоту эксперимента, т.е. обеспечить определение полного момента завинчивания Т и его составляющих - момента сил трения в резьбе Т в идентичных условиях, которые при разборке - сборке неизбежно изменяются, а также для определения моментов уходит достаточно много времени, в связи с необходимостью разборки и сборки устройства для установки опорного подшипника.
р
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является экспериментальная установка для исследования затянутого болтового соединения (Исследование затянутого болтового соединения: Метод. указания к лаб. работе / Самар. гос.аэрокосм, ун-т; Сост. Е.П. Жильников, В.П. Тукмаков. Самара, 2007. 16 с.); (http://repo.ssau.ru/bitstream/Metodicheskie-materialy/Issledovanie-zatyanutogo-boltovogo-soedineniya-Elektron.nyi-resurs-metod-ukazaniya-k-lab-rabote-70828/1/Жильникoв%20E.П.%20Иccлeдoвaние %20затянутого%20болтового%20 соединения.рdf), представляющая собой приспособление для нагружения болта и измерения усилия затяжки. Для затяжки болта применяется динамометрический ключ. В корпусе приспособления крепится силоизмерительное устройство - предварительно протарированная динамометрическая пружина. В центре пружины устанавливается испытуемый болт, головка которого опирается на сферическую шайбу. Болт затягивается гайкой, торец которой опирается на шайбу. Для исключения поворота болта в момент затяжки головка его удерживается сухарем. Болт затягивается гайкой, горец которой опирается на шайбу. Для определения момента на ключе шайба опирается на втулку (контактное устройство) и удерживается от поворота штифтами (см. схему а, рис. 10, Исследование затянутого болтового соединения: Метод. указания к лаб. работе / Самар. гос. аэрокосм. ун-т; Сост. Е.П. Жильников, В.П. Тукмаков. Самара, 2007). Для исключения трения на опорной поверхности гайки и возможности измерения момента сил трения в резьбе Т, контактное устройство (втулка) заменяется на упорный шарикоподшипник (см. схему 6, рис. 10, там же).
зав
р
зат
т
зав
р
Таким образом, имеется возможность измерения на установке полного момента завинчивания Т, момента сил трения в резьбе Т и усилия затяжки F. Момент сил трения в торце гайки Т определяется путем вычитания из полного момента завинчивания Т момента трения в резьбе Т:
т
зав
р
Т=Т - Т.
зав
р
зав
р
зат
зав
р
Недостатками указанной экспериментальной установки так же является невозможность обеспечить чистоту эксперимента, т.е. обеспечить определение полного момента завинчивания Т и момента сил трения в резьбе Т в идентичных условиях, так как для определения искомых величин установку приходится полностью разбирать, менять детали и снова собирать установку (что влияет на достоверность показаний измерения). Для того, чтобы установку перевести из схемы сборки а после определения полного момента завинчивания Т т в схему сборки 6 для определения момента сил трения в резьбе Т, необходимо почти полностью разобрать установку и снова собрать. При этом сбивается установка усилий затяжки F, при которых определяются полный момент завинчивания Т и момент сил трения в резьбе Т. Кроме того, для перехода от одной схемы сборки к другой уходит достаточно много времени.
Задачей полезной модели является повышение достоверности показаний измерения за счет обеспечения идентичных условий при определении моментов завинчивания гайки при сокращении времени исследования болтового соединения.
Поставленная задача достигается за счет того, что стенд для исследования затянутого болтового соединения, содержащий корпус, в котором закреплено силоизмерительное устройство - предварительно протарированная динамометрическая пружина с тензодатчиками, имеющая центральное отверстие, в котором установлен исследуемый болт с центрирующей сферической шайбой, зафиксированный устройством от проворачивания, и затянутый гайкой, усилие сжатия от которой через контактное устройство воспринимает силоизмерительное устройство, отличающийся тем, что в качестве контактного устройства применен упорный подшипник, снабженный диском, обеспечивающим возможность блокирования упорного подшипника путем установки штифта в соосные отверстия, выполненные в диске и корпусе стенда.
зав
р
Технический результат заключается в повышении достоверности показаний, за счет возможности определения при заданной силе затяжки как полного момента завинчивания Т (при заблокированном опорном подшипнике - вставленном штифте в соосные отверстия диска опорного подшипника и корпуса стенда), так и момента сил трения в резьбе Т (при разблокированном опорном подшипнике - удаленном штифте) без разборки и последующей сборки стенда, и сокращении времени исследования.
На фиг. 1а представлен стенд для исследования затянутого болтового соединения с заблокированным упорным подшипником.
На фиг. 1б показан стенд для исследования затянутого болтового соединения с разблокированным упорным подшипником.
зав
Стенд для исследования затянутого болтового соединения содержит корпус 1, в который устанавливается силоизмерительное устройство - предварительно протарированная динамометрическая пружина 5, снабженная индикатором 6. Исследуемый болт 4, расположенный в центральном отверстии динамометрической пружины, центрируется при помощи сферической шайбы 2 и фиксируется со стороны головки в корпусе 1 от проворачивания при помощи сухаря 3. На болт 4 устанавливается упорный подшипник 7 (шарико- или роликоподшипник), который одним торцом упирается в корпус 1 стенда, а другой его торец закрывается диском 9. Болт затягивается гайкой 8, торец которой упирается в диск 9 упорного подшипника 7. По периферии диска 9 и в корпусе 1 стенда выполнены соосно отверстия под штифт. При измерении полного момента завинчивания Т упорный подшипник 7 необходимо блокировать, тогда он будет выполнять функцию втулки.
зав
Стенд для исследования затянутого болтового соединения работает следующим образом: Исследуемый болт 4 устанавливают в центральном отверстии силоизмерительного устройства - предварительно протарированной динамометрической пружине 5, центрируя при помощи сферической шайбы 2 и фиксируют в корпусе 1 от проворачивания при помощи сухаря 3. На исследуемый болт 4 устанавливают упорный подшипник 7, который одним торцом упирается в корпус 1 стенда, а другой его торец закрывается диском 9. На исследуемый болт 4 устанавливают гайку 8, которую затягивают до упора с диском 9, до того момента, пока стрелка индикатора 6 не сдвинется с места. Отверстия под штифт в корпусе 1 и диске 9 упорного подшипника 7 совмещают, в эти отверстия вставляют штифт 10. В таком положении стрелка индикатора устанавливается на ноль - стенд готов к измерению полного момента завинчивания Т.
зав
р
р
Затем гайка 8 затягивается до определенной силы затяжки, которая контролируется по индикатору 6. С помощью динамометрического ключа замеряется полный момент завинчивания Т (при вставленном штифте 10 в соосные отверстия). Затем приступают к измерению момента трения в резьбе Т. Для этого штифт 10 убирают, упорный подшипник 7 разблокируется, диск 9 упорного подшипника получает возможность поворачиваться вместе с гайкой 8, что исключает трение на опорной поверхности гайки, и в связи с малостью момента трения в подшипнике момент завинчивания на ключе принимается равным моменту трения в резьбе Т, который измеряется также с помощью динамометрического ключа.
зав
р
зат
Таким образом, имеется возможность без разборки и последующей сборки стенда провести измерения полного момента Т, момента трения в резьбе Т и усилия затяжки F.
Затем сила затяжки гайки 8 увеличивается до следующего значения и замеры повторяются, и так несколько раз.
зав
р
т
зав
р
Момент сил трения в торце гайки Тт определяется путем вычитания из полного момента завинчивания Т момента трения в резьбе Т: Т=Т - Т.
зат
зав
р
Стенд позволяет проводить замеры в идентичных условиях, т.е. при одной и той же силе затяжки F определять полный момент завинчивания Т и момент сил трения в резьбе Т со значительной экономией времени.