Основы конструирования Испытание материалов на выносливость

Лабораторные работы по сопротивлению материалов

Теория деформаций. Перемещения и деформации. Тензор деформаций. Средняя и объемная деформация. Главные деформации. Частные случаи деформированного состояния.

Резьбовые соединеня

Цель работы: ознакомиться с назначением, конструкцией и особенностями применения резьбовых соединений, исследовать работу затянутых болтов.

Резьбовыми соединениями называют разъемные соединения деталей с помощью резьбы или резьбовых деталей (болта, винта, шпильки, гайки, шайбы).

Основные достоинства резьбовых соединений: высокая нагрузочная способность и надежность; удобство сборки и разборки; возможность точной установки соединяемых деталей при любом положении в пространстве; возможность фиксирования зажима в любом положении благодаря самоторможению; небольшие габариты и масса; большая номенклатура резьбовых деталей, приспособленных к различным эксплуатационным условиям.

Основной недостаток резьбовых соединений – высокая концентрация напряжений.

За счет применения резьб с мелким шагом можно снизить вес конструкции. Эти резьбы применяются в динамически нагруженных деталях; в полых тонкостенных деталях; в деталях, где требуется увеличить осевую силу, не увеличивая момента завинчивания; в деталях, где резьба применяется для регулировки.

У резьб с крупным шагом статическая несущая способность выше, чем у резьб с мелким шагом, влияние на прочность погрешностей изготовления и износа меньше.

Основные параметры резьбы, типы резьб и их применение

Параметры резьб (рисунок 4.1):

наружный (номинальный) диаметр резьбы – диаметр цилиндра, описанного относительно вершин наружной резьбы (или впадин внутренней резьбы);

внутренний диаметр – диаметр цилиндра, вписанного в вершины внутренней резьбы (или впадины наружной резьбы);

α – угол профиля – угол между боковыми сторонами профиля, измеренный в осевой плоскости;

  – угол подъема резьбы как угол наклона профиля к плоскости, перпендикулярной оси резьбы.

Здесь:

d1, d – внутренний и наружный диаметр резьбы;

– средний диаметр – диаметр воображаемого цилиндра, поверхность которого пересекает витки резьбы таким образом, что ширины впадин и выступов равны;

– шаг резьбы – расстояние между параллельными сторонами двух рядом лежащих витков, измеренное вдоль оси;

Ph – ход резьбы, т.е. расстояние между одноименными сторонами одного и того же витка в осевом направлении за один оборот.

Рисунок 4.1 – Основные параметры резьбы

4.3 Основные типы крепежных деталей

Наибольшее распространение среди резьбовых деталей имеют крепежные болты, винты, шпильки, гайки. Болт (рисунок 4.2а) и винт (рисунок 4.2б) представляет собой стержень с головкой и одним резьбовым концом. Шпилька (рисунок 4.2в) имеет два резьбовых конца.

а – соединение болтом; б – соединение винтом; в – соединение шпилькой

Рисунок 4.2 – Типы крепежных деталей

Выбор типа соединения определяется прочностью материала соединяемых деталей, частотой сборки и разборки соединения в эксплуатации, а также особенностями конструкции и технологии изготовления соединяемых деталей.

Болты применяются для скрепления деталей небольшой толщины при наличии места для расположения головки болта и гайки, а также для скрепления деталей из материалов, не обеспечивающих достаточную прочность и долговечность резьбы. Их также можно применять при частом завинчивании и отвинчивании. Болты не требуют нарезания резьбы в детали.

Соединения винтом и шпилькой применяют для скрепления деталей при наличии доступа монтажного инструмента с одной стороны. При этом шпильки используют обычно для соединения деталей корпусов из материалов с низкой прочностью (чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов), а винты – для соединения деталей корпусов из высокопрочных материалов (сталей и сплавов). В силовых конструкциях предпочтение отдают соединениям шпильками.

Для предотвращения повреждения поверхностей соединяемых деталей при завинчивании гаек под них подкладывают шайбы.

4.4 Конструкции винтов и болтов

Для фиксирования деталей на валах и осях применяют установочные винты с резьбой по всей длине стержня и упорным наконечником (рисунок 4.3е, ж, з, и).

По форме головки (рисунок 4.4) винты подразделяют на захватываемые инструментом снаружи головки, захватываемые инструментом изнутри и с торца головки; препятствующие повороту.

Рисунок 4.3 – Конструкции болтов и винтов

Специальные болты (фундаментные) (рисунок 4.5) служат для закрепления машин на фундаменте и выполняются в виде длинных стержней с резьбой на конце.

Болты для оборудования, не подлежащего перестановке, заливают цементным раствором или зачеканивают сырым цементным порошком.

Рисунок 4.4 – Конструкции винтов

Рисунок 4.5 – Конструкции фундаментных болтов

Конструкции шпилек Шпильки применяют в тех случаях, когда в конструкции соединения нет места для головки болта или невозможно просверлить сквозное отверстие под болт.  Шпильку используют также в тех случаях, когда материал соединяемых деталей не обеспечивает достаточной долговечности резьб при частых сборках и разборках (алюминиевые или магниевые сплавы, серый чугун).

Подшибники качения Выполняя лабораторную работу, студент обязан изучить конструкции и особенности основных видов подшипников качения по натурным образцам, представленным на стенде и в литературе, ознакомиться с их классификацией и условными обозначениями.

Критерии работоспособности подшипников качения Основные виды разрушения деталей подшипников качения: усталостное разрушение (выкрашивание) рабочих поверхностей тел качения и беговых дорожек колец вследствие циклического контактного нагружения – это основной вид разрушения подшипников наблюдается после длительной работы и сопровождается повышением шума и вибрации;

Внутренние усилия и напряжения при изгибе стержней. Типы опор и опорные реакции. Внутренние усилия при изгибе. Дифференциальные зависимости. Построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил. Нормальные напряжения при чистом изгибе. Нормальные и касательные напряжения при поперечном изгибе. Главные напряжения в балках при изгибе. Расчет балок на прочность при изгибе. Рациональные типы сечений балок.
Испытания материалов и определение их физико-механических характеристик