Akademia Górniczo-Hutnicza

im. St. Staszica w Krakowie

Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki

Laboratorium

Podstawy mechaniki i konstrukcji maszyn

Ćwiczenie nr 4

Badanie wytrzymałości połączeń śrubowych poddanych jednoosiowemu rozciąganiu

Prowadzący: dr inż. Andrzej Janewicz

Wykonał: Kamila Szymkiewicz

Rok II

Inż. Materiałowa

Rok akad.: 2012/2013

1.Cel ćwiczenia:

Zapoznanie studentów z wytrzymałością mechaniczną elementów złącznych z gwintem, poddanych jednoosiowemu rozciąganiu.

2. Opis i schemat stanowiska badawczego:

 Maszyna wytrzymałościowa używana do próby rozciągania: 1 – korpus maszyny, 2 – śruba, 3 – nastawnik, 4 – korba, 5 – uchwyt szczękowy, 6 – przyciski sterownicze, 7 – badana próbka, 8 – uchwyt szczękowy (nieruchomy), 9 – układ dźwigniowy, 10 – tarcza siłomierza, 11 – rejestrator, 12 – wymienny obciążnik, 13 – listwa pomiarowa

W skład stanowiska badawczego wchodzą trzy śruby o różnych klasach właściwości mechanicznych. Rozciągania połączeń śrubowych dokonywaliśmy za pomocą maszyny wytrzymałościowej (zrywarki) wyposażonej w siłomierz. Badane śruby umieszczaliśmy pomiędzy . Górną część obsadzaliśmy w zacisku nieruchomym, a jej dolną część w zacisku ruchomym.
Po wyzerowaniu siłomierza, dokonywaliśmy rozciągania badanej śruby, aż do momentu jej zerwania. Podczas tego procesu obserwowaliśmy siłomierz, tak aby wychwycić wartość siły w której następowało przekroczenie granicy plastyczności. Maksymalną wartość siły, uzyskanej podczas zrywania śruby przyjmowaliśmy za granice doraźnej wytrzymałości na rozciąganie. Siłomierz miał zakres od 0 do 100kN

3. Tabela wyników pomiarów i obliczeń

Nazwa	Śruba nr 1	Śruba nr 2	Śruba nr 3
Średnica nominalna śruby d[mm]	7,9≈8	7,9≈8	5,8≈6
Klasa własności mechanicznej śruby	6.8	8.8	5.8
Średnica rdzenia śruby d3[mm]	7,1	7,1	5,4
Średnica rdzenia śruby katalogowa[mm]	6,355	6,355	4,684
Wyznaczona eksperymentalnie wartość siły niszczącej [kN]	24,8	36,5	14,0
Wartość siły niszczącej teoretycznej[kN]	19,02	25,36	8,6125

4.Obliczenia

• Śruba nr 1

Klasa 6.8

• Obliczenie wytrzymałości na rozciąganie

0,01 R_m=6

R_m=600 [MPa]

• Obliczenie granicy plastyczności

10$\frac{R_{e}}{R_{m}}$=8

10R_e=8∙600[MPa]

R_e=480[MPa]

• Obliczenie pola przekroju poprzecznego śruby

A=$\frac{\pi{{d_{3}}^{2}}^{}}{4}$=$\frac{3,14 \bullet {(6,355)}^{2}}{4}$=$\frac{126,8}{4} = 31,7\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$

• Obliczenie siły niszczącej

P_Rm=A∙R_m

P=31,7[mm²]∙600[MPa]=19020[N]=19,02[kN]

• Śruba nr 2

Klasa 8.8

• Obliczenie wytrzymałości na rozciąganie

0,01 R_m=8

R_m=800 [MPa]

• Obliczenie granicy plastyczności

10$\frac{R_{e}}{R_{m}}$=8

10R_e=8∙800[MPa]

R_e=640[MPa]

• Obliczenie pola przekroju poprzecznego śruby

A=$\frac{\pi d^{2}}{4}$=$\frac{3,14 \bullet (6,355)}{4}$=$\frac{126,8}{4} = 31,7\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$

• Obliczenie siły niszczącej

P_Rm=A∙R_m

P=31,7[mm²]∙800[MPa]=25360[N]=25,36[kN]

• Śruba nr 3

Klasa 5.8

• Obliczenie wytrzymałości na rozciąganie

0,01 R_m=5

R_m=500 [MPa]

• Obliczenie granicy plastyczności

10$\frac{R_{e}}{R_{m}}$=8

10R_e=8∙500[MPa]

R_e=400[MPa]

• Obliczenie pola przekroju poprzecznego śruby

A=$\frac{\pi{d_{3}}^{2}}{4}$=$\frac{3,14 \bullet {(4,684)}^{2}}{4}$=$\frac{68,9}{4} = 17,225\left\lbrack \text{mm}^{2} \right\rbrack$

• Obliczenie siły niszczącej

P_Rm=A∙R_m

P=17,225[mm²]∙500[MPa]=8612,5[N]=8,6125[kN]

5. Wnioski

Wartości sił teoretycznych są mniejsze niż te wyznaczone eksperymentalnie. to większe bezpieczeństwo w czasie niewielkiego błędu konstruktora, który mógł dobrać nieodpowiednie śruby. Również producent zabezpiecza się przed możliwością niedotrzymania norm, zwiększając wymaganą wytrzymałość śrub.