ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА "МЕХАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ"

Полезная модель относится к области учебного лабораторного оборудования и может быть использована в учебном процессе, при проведении лабораторных работ и практических занятий по общеинженерным дисциплинам в высших и средних специальных учебных заведениях.
Известны экспериментальные установки по исследованию механических соединений, которые являются наиболее близкими по технической сущности к предлагаемой полезной модели [1], состоящие из станины, на которой смонтировано модельное соединение, и системы измерения. Недостатком данных экспериментальных установок является, то, что каждая установка представляет собой отдельный модуль с повышенными массогабаритными характеристиками (каждая установка весит около 50 кг, и требует отдельного лабораторного стола площадью 2-3 кв.м., что не всегда возможно обеспечить в условиях существующих учебных лабораторий). Так же к недостаткам данной экспериментальной установки относится метод сбора информации, основанный на визуальном наблюдении показаний измерительного прибора, что влечет повышенную погрешность результатов измерения и не соответствует уровню развития информационно-измерительных технологий в XXI веке.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, состоит в повышении эффективности проведения лабораторных работ за счет использования универсальной экспериментальной установки и уменьшения ее массогабаритных характеристик путем применения малогабаритного универсального основания (станины), которое позволяет поочередно монтировать на нем детали и узлы для проведения исследований шпоночного, клеммового, соединения с натягом, резьбового, заклепочного и сварного соединений, а также за счет повышения точности проводимых измерений путем применения современной информационно-измерительной системы.
Поставленная задача достигается тем, что в экспериментальной установке, существует возможность поочередного монтажа различных видов механических соединений на едином основании, а также применением современной информационно-измерительной системы.
Сбор и обработка результатов измерения осуществляется автоматизировано путем съема информации с первичных преобразователей через аналого-цифровой преобразователь с выводом результатов на персональный компьютер.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
На фиг.1 изображена схема экспериментальной установки в сборке для исследования шпоночного соединения,
на фиг.2 изображен поперечный разрез установки в сборке для исследования шпоночного соединения,
на фиг.3 изображена схема экспериментальной установки в сборке для исследования клеммового соединения,
на фиг.4 изображен поперечный разрез установки в сборке для исследования клеммового соединения,
на фиг.5 изображена схема экспериментальной установки в сборке для исследования соединения с натягом,
на фиг.6 изображен поперечный разрез установки в сборке для исследования соединения с натягом,
на фиг.7 изображена схема экспериментальной установки в сборке для исследования распределения усилий в резьбовом соединении,
на фиг.8 изображена схема экспериментальной установки в сборке для исследования трения в резьбовом соединении,
на фиг.9 изображена схема экспериментальной установки в сборке для исследования заклепочного соединения,
на фиг.10 изображена схема экспериментальной установки в сборке для исследования сварного соединения.
Экспериментальная установка состоит из станины 1, которая в нижней части своей имеет уголки 2 с отверстиями для закрепления с помощью болтового соединения на лабораторном столе. Исследуемое шпоночное соединение (фиг.1, 2) образуется модельным валом 3 и ступицей 4, между которыми, в соответствующие пазы, устанавливается испытуемая шпонка 5. Нагружение шпоночного соединения крутящим моментом осуществляется через червячный редуктор 6 путем поворота вала 7. Редуктор 6 относительно станины 1 установлен на стойке 8. Вал 3 устанавливается по шпонке одной стороной в редуктор, а другой во втулку 9 с зазором. Принцип измерения основан на визуальной регистрации начала смятия шпонки и следующего за этим среза и фиксации напряжений среза с одновременным косвенным измерением реактивного момента относительно датчика силы 10. Силовой поток со ступицы 4 передается на датчик силы 10 через болты 11 и 12.
Исследуемое клеммовое соединение (фиг.3, 4) образуется модельным валом 3 и ступицей 13 с клеммами, которые имеют возможность взаимного сближения при затягивании болтового соединения 14. При затягивании болтового соединения 14 по поверхности контакта вала 3 и ступицы 13 появляются упругие деформации и, соответствующие им, напряжения, которые препятствуют взаимному смещению деталей друг относительно друга. Нагружение клеммового соединения крутящим моментом осуществляется через червячный редуктор 6 путем поворота вала 7. Редуктор 6 относительно станины 1 установлен на стойке 8. Вал 3 устанавливается по шпонке одной стороной в редуктор, а другой во втулку 9 с зазором. Принцип измерения основан на визуальной регистрации начала смещения ступицы 13 относительно вала 3 и фиксирования соответствующего реактивного момента через датчик силы 10. Силовой поток со ступицы 13 передается на датчик силы 10 через болты 11 и 12. Усилие затяжки клеммового соединения фиксируется датчиком силы 15. Особенность датчика силы 15 состоит в том, что он имеет отверстие в своей центральной части и непосредственно участвует в передаче силового потока с болтового соединения на клеммы.
Исследуемое оединение с натягом (фиг.5, 6) образуется модельным валом 3 и ступицей 16, между которыми установлена разрезная втулка 17 с наружной конической поверхностью. Соединение с натягом образуется при закручивании гайки 18, что перемещает втулку 17 в осевом направлении и приводит к обжатию вала, то есть реализуется соединение с натягом. Нагружение конического соединения с натягом крутящим моментом осуществляется через червячный редуктор 6 путем поворота вала 7. Редуктор 6 относительно станины 1 установлен на стойке 8. Вал 3 устанавливается по шпонке одной стороной в редуктор, а другой во втулку 9 с зазором. Принцип измерения основан на визуальной регистрации начала смещения ступицы 16 относительно вала 3 и фиксирования соответствующего реактивного момента через датчик силы 10. Силовой поток со ступицы 16 передается на датчик силы 10 через болты 11 и 12.
Модельное резьбовое соединение (фиг.7, 8) образуется болтом 19 и квадратной гайкой 20. Соединяемые детали моделируются пластиной 21 и двумя датчиками сил 10, что позволяет непосредственно измерять осевую силу в болте. Гайка 20 установлена в соответствующем квадратном отверстии пластины 21 для избежания необходимости удерживания ее гаечным ключом. Болт устанавливается через втулку 22 с накладкой 23 и проставкой 24. Пластина 21 через тяги 25 связана с ответной тяговой пластиной 26, через которую на исследуемое болтовое соединение передается внешняя осевая сила. Для создания внешней осевой нагрузки используется вал с резьбой 27, поворот которого через червячный редуктор 6 приводит к осевому смещению тяговой пластины 26 и появлению соответствующей осевой нагрузки. Для устранения проворота тяговой пластины 26 используется направляющая вилка 28. Принцип измерения основан на одновременном измерении осевой нагрузки в болтовом соединении и деформации болта датчиком перемещений 29, установленным в стойке 30.
При исследовании трения в резьбовом соединении используется сборка экспериментальной установки, показанная на фигуре 8. Основное отличие от схемы установки для исследования распределения усилий в резьбовом соединении заключается в том, что не используется нагрузочная часть установки, т.е. редуктор, вал с резьбой, тяговая пластина и тяги. Принцип измерения основан на одновременном измерении осевой нагрузки в болтовом соединении и момента завинчивания, который регистрируется динамометрическим ключом. Причем измерения производятся в двух вариантах сборки: с неподвижной накладкой и с упорным подшипником качения (фиг.8). Неподвижная накладка образуется путем установки штифта 31 между опорной втулкой 22 и проставкой 24 и установкой штифта 32 между проставкой 24 и пластиной 23. Сборка с упорным подшипником качения образуется путем установки между опорной втулкой 22 и пластиной 23 упорного подшипника качения 33 (фиг.8).
Исследуемое заклепочное соединение (фиг.9) представляет собой соединение двух пластин в стык 34 и 35 с двумя накладками 36. Закрепление соединенных заклепками 37 пластин 34, 35 осуществляется с правой стороны в крепление 38 штифтом 39, с левой стороны по резьбе в датчик сил 10, который, в свою очередь, прикручивается к станине 1. Нагружение заклепочного соединения осуществляется через червячный редуктор 6 и вал с резьбой 27, который, поворачиваясь в ответной резьбе левого крепления пластины 38, производит нагружение заклепочного шва осевой силой. Для избежания проворота крепление 38 помещается в направляющую вилку 28. Принцип измерения основан на одновременном измерении осевой растягивающей силы датчиком силы 10 и напряжений между заклепками тензорезисторами 40.
Исследуемое сварное соединение (фиг.10) представляет собой соединение двух пластин 41 и 42 внахлест фланговыми швами. Закрепление соединенных двумя сварными швами пластин 41, 42 осуществляется с правой стороны в крепление 38 штифтом 39, с левой стороны по резьбе в датчик сил 10, который, в свою очередь, прикручивается к станине 1. Нагружение сварного соединения осуществляется через червячный редуктор 6 и вал с резьбой 27, который, поворачиваясь в ответной резьбе левого крепления пластины 38, производит нагружение сварного шва осевой силой. Для избежания проворота крепление 38 помещается в направляющую вилку 28. Принцип измерения основан на одновременном измерении осевой растягивающей силы датчиком силы 10 и напряжений между по длине сварного шва тензорезисторами 40.
Конструкция экспериментальной установки позволяет исследовать следующие механические соединения:
1. Шпоночное.
2. Клеммовое.
3. Соединение с натягом.
4. Резьбовое.
5. Заклепочное.
6. Сварное.
Экспериментальная установка работает следующим образом.
После монтажа требуемого механического соединения на основании, производится его силовое нагружение с одновременным измерением предельной нагрузки, при которой происходит потеря работоспособности исследуемого соединения
Список использованных источников
1. Александров, Л.И. Детали машин. Лабораторные работы/ Л.И.Александров, Н.П.Артеменко, Л.М.Фельдман. - Харьков: Изд-во ХГУ, 1966. - 184 с.