Akademia Górniczo-Hutnicza

im. Stanisława Staszica

Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn

Podstawy Konstrukcji Maszyn

Laboratorium 3: „Badanie wytrzymałości połączeń rozłącznych – połączenie wtłaczane”

Dominika Kęsik

Anna Majewska

Gr 29

1. Cel ćwiczenia
   
   Celem ćwiczenia było badanie nośności połączenia wtłaczanego

2. Schemat stanowiska
   
   Na stanowisku pomiarowym znajduje się maszyna wytrzymałościowa wraz z oprzyrządowaniem i rejestratorem samopiszącym,

3. Przebieg ćwiczenia
   Pomierzyliśmy z dokładnością do 1 μm średnicę wewnętrzną pierścienia : ϕ 25,018 mm (o wysokości l = 30 mm), a także średnic zewnętrznych sworzni : ϕ 25,023,
   ϕ 25,029, ϕ 25,040 mm, a następnie określiliśmy materiał i klasę dokładności sworznia i pierścienia – klasa 9. Kolejnym krokiem było przygotowanie złącza w podstawie maszyny wytrzymałościowej, a następnie założenie osłony bezpieczeństwa. Obciążaliśmy przygotowane złącze do momentu uzyskania całkowitego złączenia dwóch elementów i odczytaliśmy wartość siły wtłaczania. Następnie dalej obciążaliśmy połączenie w celu rozłączenia sworznia i pierścienia a także odczytaliśmy siłę potrzebną do rozłączenia połączenia wtłaczanego.

4. Wyniki pomiarów
   

Parametry	Otrzymane wartości dla stopnia sworznia numer:
	1
Średnia średnica otworu Dw [mm]	25,018
Średnia średnica sworznia Dz [mm]	25,023
Wcisk mierzony Wm=| Dw - Dz |*1000 [µm]	5
Średnia wysokość nierówności powierzchni sworznia Rzz [µm]	1,6
Średnia wysokość nierówności powierzchni otworu tulei Rzw [µm]	1,6
Wcisk skuteczny Wsk [µm]	1,16
Nacisk w złączu p [N/mm^2]	3,93
Siła wtłaczania Pw [N]	5100
Siła rozłączania Pr [N]	7700
Średnica zewnętrzna pierścienia Dzp [mm]	60
Średnica wydrążenia sworznia Do [mm]	0
Wysokość złącza l [mm]	30
Obliczony współczynnik tarcia wtłaczania µw	0,55
Obliczony współczynnik tarcia rozłączania µr	0,83

5. Opracowanie wyników badań

• Wciski mierzone

W_m1 < W_m2 < W_m3

W_m1 = |25,018 – 25,023| * 1000 = 5 μm

W_m2 = |25,018 – 25,029| * 1000 = 11 μm

W_m3 = |25,018 – 25,040| * 1000 = 22 μm

• Wwciski skuteczne

W_skl = 5 – 1,2 * (1,6 + 1,6) = 1,16 μm

W_sk2 =11 – 1,2 * (1,6 + 1,6) = 7, 16 μm

W_sk3 = 22 – 1,2 * (1,6 + 1,6) = 18,16 μm

• Wartość nacisku p [N/mm²] w złączu dla każdego wcisku:
  

δ_z – współczynnik wydrążenia pierścienia

δ_wi – współczynnik wydrążenia sworznia

D_w = D – średnica złącza = 25,018 mm, a Do = 0

ν_z=ν_w – współczynnik Poissona dla stali : ν = 0, 3

E₁=E₂ – moduł Younga dla stali : E = 2, 05  •  10⁵ MPa ∖ n

$$\delta_{z_{i}\ } = \ \frac{\left\lbrack \frac{D_{\text{zp}}}{D_{w}} \right\rbrack^{2} + \ 1}{\left\lbrack \frac{D_{\text{zp}}}{D_{w}} \right\rbrack^{2} - \ 1} = \ \frac{\left\lbrack \frac{60}{25,018} \right\rbrack^{2} + \ 1}{\left\lbrack \frac{60}{25,018} \right\rbrack^{2} - \ 1} = \ 1,42\ \ \ \ \ \ \ \ \ \backslash n$$

$$\delta_{w_{i}} = \ \frac{\left\lbrack \frac{D_{\text{zi}}}{D_{o}} \right\rbrack^{2} + \ 1}{\left\lbrack \frac{D_{\text{zi}}}{D_{o}} \right\rbrack^{2} - \ 1} = 1$$

$$P_{1} = \frac{1,16}{25\left\{ \frac{1,42 + 0,3}{2,05 \bullet 10^{5}} + \frac{1 - 0,3}{2,05 \bullet 10^{5}} \right\} \bullet 10^{3}} = 3,93\ \mathbf{\ }\frac{N}{m^{2}}$$

$${p_{2} = \frac{7,16}{25\left\{ \frac{1,42 + 0,3}{2,05 \bullet 10^{5}} + \frac{1 - 0,3}{2,05 \bullet 10^{5}} \right\} \bullet 10^{3}} = 24,25\ \frac{N}{m^{2}}\backslash n}\backslash n{P_{3} = \frac{18,16}{25\left\{ \frac{1,42 + 0,3}{2,05 \bullet 10^{5}} + \frac{1 - 0,3}{2,05 \bullet 10^{5}} \right\} \bullet 10^{3}} = 61,51\ \frac{N}{m^{2}}\backslash n}\backslash n$$

• Współczynnik tarcia przy wtłaczaniu i rozłączaniu µ_w i µ_r:

WSPÓŁCZYNNIK TARCIA WTŁACZANIA

$$\mu_{w_{1}} = \frac{5100}{3,14 \bullet 25,018 \bullet 30 \bullet 3,93} = 0,55\ \ \ \ \backslash n$$

$\ \mu_{w_{2}} = \frac{11500}{3,14 \bullet 25,018 \bullet 30 \bullet 24,26} = 0,20$

$\mu_{w_{3}} = \frac{21900}{3,14 \bullet 25,018 \bullet 30 \bullet 61,51} = 0,15$

WSPÓŁCZYNNIK TARCIA ROZŁĄCZANIA

$${\mu_{r_{1}} = \frac{7700}{3,14 \bullet 25,018 \bullet 30 \bullet 3,93} = 0,832\ \ \ \ \backslash n}\backslash n{\ \mu_{r_{2}} = \frac{16300}{3,14 \bullet 25,018 \bullet 30 \bullet 24,26} = 0,285\backslash n}$$

$$\mu_{r_{3}} = \frac{23700}{3,14 \bullet 25,018 \bullet 30 \bullet 61,51} = 0,163$$

6. Wnioski

• Dzięki doświadczeniu można było zbadać nośność połączenia wtłaczanego

• Siła złączająca sworzeń z pierścieniem jest mniejsza niż siła rozłączająca sworzeń z pierścieniem ponieważ musimy pokonać tarcie statyczne (występuje przy rozłączaniu elementów), którego współczynnik jest większy od współczynnika tarcia dynamicznego (występuje przy wtłaczaniu elementów)

• Przy niewielkiej różnicy średnic sworznia, siła wciskania wzrasta niemalże dwukrotnie

• Połączenie wtłaczane ma wysoką wytrzymałość zmęczeniową w porównaniu do połączeń kołkowych

• Nie występuje osłabienie przekrojów łączonych tak jak w przypadku połączeń kołkowych.

• Konieczność uzyskania wysokiej klasy dokładności elementów

• Wysokie koszty

• W momencie zużycia złącza konieczna jest wymiana wszystkich elementów