Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn

PKM I

Laboratorium 1

Badanie wytrzymałości na ścinanie połączeń kołkowych

Wykonali: Laszczka Krzysztof Lebiedowicz Przemysław Kurzeja Jarosław Lublewski Dawid Kwiatkowski Michał		Rok II, Grupa 4b Rok akad. 2009/2010 Data: 12 marca 2010

1. Cel ćwiczenia: Badanie nośności połączeń kołkowych.

2. Opis stanowiska:

Stanowisko pomiarowe składa się z z maszyny wytrzymałościowej ( zrywarki ) z kompletnym oprzyrządowaniem i rejestratorem samopiszącym. Do badań używa się połączenia kołkowego z kołkami walcowymi wykonanymi ze stali St3, miedzi oraz aluminium.

1. Schemat stanowiska:

1. Schemat połączenia kołkowego:

1. Tabela z wynikami badań:

Nr próbki	Mierzona siła P [kN]
	St3 (S235)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18	25,2 24,0 22,3 24,0 22,2 24,0 23,4 21,0 23,4 21,8 21,8 22,2 22,5 26,3 25,2 23,8 26,0 23,5
Wartość Średnia Siły P	23,48

1. Opracowanie wyników badań:

   1. Obliczono średnią wartość siły ścinającej kołek wzorem:

$$P_{sr\ i} = \ \frac{\sum_{i = 1}^{n}P_{i}}{n}\ \lbrack kN\rbrack$$

1. Obliczono odchylenie standardowe siły ścinającej kołek wzorem:

$$S_{\text{Pi}} = \ \sqrt{\frac{1}{n - 1}\ \bullet \ \sum_{i = 1}^{n}{(P_{\text{i\ }}\ P_{sr})}^{2}}\ \lbrack kN\rbrack$$

$$S_{P(St3)} = \ \sqrt{\frac{38,5712}{17}} = 1,506\ \lbrack kN\rbrack$$

$$S_{P(Cu)} = \ \sqrt{\frac{2,2578}{17}} = 0,364\ \lbrack kN\rbrack$$

$$S_{P(Al)} = \ \sqrt{\frac{2,7252}{17}} = 0,400\ \lbrack kN\rbrack$$

1. Obliczono średnią wytrzymałość doraźną materiału kołka na ścinanie:

$$R_{t} = \ \frac{P}{2 \bullet F} = \ \frac{2 \bullet P_{sr\ i}}{\pi \bullet d_{k}^{2}}\ \lbrack MPa\rbrack$$

$$R_{t(St3)} = \ \frac{2 \bullet 23480}{\pi \bullet 6^{2}} = 415,218\ \lbrack MPa\rbrack$$

$$R_{t(Cu)} = \ \frac{2 \bullet 12310}{\pi \bullet 6^{2}} = 217,689\ \lbrack MPa\rbrack$$

$$R_{t(Al)} = \ \frac{2 \bullet 4980}{\pi \bullet 6^{2}} = 88,066\ \lbrack MPa\rbrack$$

1. Obliczono odchylenia standardowe wytrzymałości doraźnej materiału kołka na ścinanie:

$$S_{R_{t}} = \ \frac{S_{P}}{2 \bullet F} = \ \frac{2 \bullet S_{\text{Pi}}}{\pi \bullet d_{k}^{2}}\ \lbrack MPa\rbrack$$

$$S_{R_{t(St3)}} = \ \frac{2 \bullet 1506}{\pi \bullet 6^{2}} = 26,632\ \lbrack MPa\rbrack$$

$$S_{R_{t(Cu)}} = \ \frac{2 \bullet 364}{\pi \bullet 6^{2}} = 6,437\ \lbrack MPa\rbrack$$

$$S_{R_{t(Al)}} = \ \frac{2 \bullet 400}{\pi \bullet 6^{2}} = 7,074\ \lbrack MPa\rbrack$$

1. Obliczono minimalną i maksymalną wytrzymałość materiału kołka na ścinanie:

R_{tmin i} =  R_{t i} −  3  •  S_{Rt i} [MPa]

R_{tmax i} =  R_t +  3  •  S_{Rt i} [MPa]

R_tmin (St3) =  415, 218 −  3  •  26, 632 = 335, 322 [MPa]

R_tmax (St3) =  415, 218 +  3  •  26, 632 = 495, 114 [MPa]

R_tmin (Cu) =  217, 689 −  3  •  6, 437 = 198, 378 [MPa]

R_tmax (Cu) =  217, 689 +  3  •  6, 437 = 237, 000 [MPa]

R_tmin (Al) =  88, 066 −  3  •  7, 074 = 66, 844 [MPa]

R_tmax (Al) =  88, 066 +  3  •  7, 074 = 109, 288 [MPa]

1. Wnioski:

• Na podstawie przeprowadzonych badań zauważono że największą wytrzymałością na ścinanie i zarazem najwyższym średnim odchyleniem standardowym charakteryzują sie kołki ze stali St3, należy mieć to na uwadze przy użycie tego materiału na kołki w odpowiedzialnych konstrukcjach np. sprzęgłach bezpieczeństwa. Dotyczy to zastosowania silnika z odpowiednio większym maksymalnym momentem obrotowym niż średnia moment który powoduje ścięcie kołka.

• Miedziane kołki nie znajdują zastosowania ze względu na duży koszt materiału jakim jest miedz.

• Najwyższą powtarzalność wyników pomiarów zaobserwowano przy kołkach wykonanych z aluminium jednak siła ścinająca osiągała najmniejszą wartość.

• Wadą połączenia kołkowego jest to że powoduje ono osłabienie przekroju a co za tym idzie wytrzymałości łączonych elementów.

• Połączenia kołkowe są jednymi z tańszych, szeroko stosowanych i łatwiejszych w wykonaniu połączeń rozłącznych.