Badanie wytrzymaªo±ci poª¡czen koªkowych na

±cinanie. Badanie poª¡cze« wtªaczanych

Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydziaª

In»ynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji

Maszyn

- Data wykonania cwiczenia : 11 marzec 2011r.

- Laboratorium z przedmiotu Podstawy konstrukcji maszyn

- Prowadz¡cy dr in». D. Lepiarczyk

- Rok II , grupa 6b

- Numer laboratorium 3

- Wykonali : Paªczy«ska Wioletta, Parandyk Magda, Pastuszy«ski Bªa»ej

1

1 Opis stanowiska pomiarowego

1.1 Schemat

Rysunek 1: Schemat stanowiska, Instrukcja do laboratorium; M. Por¦bska, str.7

2 Przebieg bada«

Poª¡czenie kolkowe:

1- sworze«

2- tuleja

3- kolek

Tak wykonane poª¡czenie zostaªo ustawione na podstawie maszyny wytrzymaªo±ciowej centrycznie.

Nast¦pnie zbli»ono ruchoma podstaw¦ maszyny wytrzymaªo±ciowej a» do zetkni¦cia si¦ ze sworzniem. Po

wykonaniu tych czynno±ci rozpocz¦to obci¡»anie siªa osiowa poª¡czenie, a» do ±ci¦cia kolka. Warto±¢ siªy

P byªa odczytywana z siªomierza. Czynno±¢ ta zostaªa powtórzona dla wszystkich trzech rodzajów koªków.

2

Rysunek 2: Schemat poª¡czenia koªkowego, Instrukcja do laboratorium; M. Por¦bska, str.8

2.1 Poª¡czenia koªkowe

Koªki walcowe wykonane byªy z materiaªów : mied¹ (Cu), aluminium (Al), stal St3,(S215).

‘rednica koªków: Ø6mm

1. Koªek aluminiowy : P

max

= 4, 087kN

2. Koªek miedziany : P

max

= 12, 242kN

3. Koªek stalowy : P

max

= 24, 399kN

2.2 Poª¡czenia wtªaczane

Sworze« :

•

nr 22 - Ø25, 023mm

•

nr 12 - Ø25, 029mm

•

nr 8 - Ø25, 040mm

Pier±cie« :

•

Ø25, 018mm, L = 30mm

3

2.3 Zestawienie wyników dla poª¡cze« wtªaczanych

.

Sworze« I, nr 22

•

Wtªaczanie - P

max

= 6, 44kN

•

Wytªaczanie - P

max

= 5, 995kN

•

Chropowato±c : St, Ra = 0, 32 (9 klasa dokªadno±ci)
Uwaga : Sworznie w wyniku dªugiej pracy si¦ rozª¡czaj¡. Zalety takich poª¡cze« to m.in. : nie

stosujemy dodatkowych elementów (koªków), nie wyst¦puj¡ napr¦»enia zm¦czeniowe, du»a no±no±c.

Wada - dokªadna obróbka, jako materiaª stal wy»szej jako±ci.

Sworze« II, nr 12

•

Wtªaczanie - P

max

= 13, 05kN

•

Wytªaczanie - P

max

= 12, 671kN

Uwaga: Siªa wzrosªa drastycznie w porównaniu do sworznia nr 22 przy ró»nicy 3µm. Poª¡czenia

wtªaczane s¡ w granicach spr¦»ysto±ci. Je»eli byªyby przeprowadzane w granicach plastyczno±ci to

doszªoby do plastycznej deformacji i elementy nie pasowaªyby do siebie. Natomiast pier±cie« mo»e

ulec uszkodzeniu.

Sworze« III, nr 8

•

Wtªaczanie - P

max

= 22, 604kN

•

Wytªaczanie - P

max

= 22, 919kN

Uwaga : Tu wi¦ksza siªa wytªaczania spowodowana zmian¡ poªo»enia - momentem ruszenia próbki.

4

3 Obliczenia statystyczne dla poª¡cze« koªkowych

3.1 Dane do oblicze«

Nr próbki

stal S215[kN] mied¹ [kN] aluminium [kN]

1.

25,2

11,7

5,6

2.

24

12,5

4,6

3.

22,3

12,1

4,5

4.

24

12,3

5

5.

22,2

11,6

4,5

6.

24

12,2

4,9

7.

23,4

12,4

5

8.

21

12,5

5

9.

23,4

12,9

4,2

10.

21,8

12

4,8

11.

21,8

13

4,8

12.

22,2

12,6

4,8

13.

22,5

12,6

4,5

14.

26,3

12,52

5,5

15.

25,2

12,2

5,1

16.

23,8

12,3

5,7

17.

26

12,2

5,7

18.

23,5

12

5

19.

23,4

12,6

4,2

20.

22,5

12,6

4,6

Warto±c ±rednia

siªy P

23,48

12,31

4,96

Tablica 1: Dane do oblicze«

3.2 Obliczenia

•

‘rednia warto±c siªy ±cinaj¡cej koªek :

P =

P

n
i=1

P

i

n

dla koªka stalowego : P = 23, 48kN
dla koªka miedzianego : P = 12, 31kN
dla koªka aluminiowego : P = 4, 96kN

•

Odchylenie standardowe siªy ±cinaj¡cej koªek :

s

p

=

r

1

n−1

·

P

n

i=1

(P

i

− P )

2

dla koªka stalowego : s

p

= 1, 51kN

dla koªka miedzianego : s

p

= 0, 36kN

dla koªka aluminiowego : s

p

= 0, 44kN

5

•

‘rednia warto±c wytrzymaªo±ci dora¹nej materiaªu koªka na ±cinanie :

R

t

=

P

2·F

=

2·P

π·d

k2

dla koªka stalowego : R

t

= 415, 41M pa

dla koªka miedzianego : R

t

= 217, 1M pa

dla koªka aluminiowego R

t

= 87, 51M pa

•

Odchylenie standardowe wytrzymaªo±ci dora¹nej materiaªu koªka na ±cinanie:

s

R

t

=

s

p

2·F

=

2·s

p

π·d

2
k

dla koªka stalowego : s

R

t

= 26, 45M pa

dla koªka miedzianego : s

R

t

= 6, 35M pa

dla koªka aluminiowego : s

R

t

= 7, 45M pa

•

Minimalna (min) i maksymalna (max) wytrzymaªo±c materiaªu koªka na ±cinanie:

R

t

min

= R

t

− 3 · s

r

1

dla koªka stalowego : R

t

min

= 336, 34M pa

dla koªka miedzianego : R

t

min

= 197, 45M pa

dla koªka aluminiowego : R

t

min

= 63, 31M pa

R

t

max

= R

t

+ 3 · s

r

1

dla koªka stalowego : R

t

max

= 496, 43M pa

dla koªka miedzianego : R

t

max

= 234, 5M pa

dla koªka aluminiowego : R

t

max

= 111, 14M pa

4 Wnioski

Wytrzymaªo±¢ poª¡czenia koªkowego zale»y przede wszystkim od materiaªu, z którego zostaªo wykonane.

Na podstawie przeprowadzonego do±wiadczenia wida¢ ewidentnie ró»nice wytrzymaªo±ci dora¹nej w zale»-

no±ci od materialu.

Dzi¦ki przeprowadzonym do±wiadczeniom dowiadujemy si¦, »e gªównym czynnikiem wpªywaj¡cym na

obci¡»enia jakie wytrzymuje poª¡czenie koªkowe jest materiaª z którego jest koªek. Najbardziej odporny

na ±cinanie okazaª si¦ koªek wykonany ze stali, mniejsz¡ oporno±ci¡ wykazaª si¦ kolejno miedziany i alu-

miniowy.

Podobne zale»no±ci mo»na zauwa»yc badaj¡c przeªomy koªków. Mianowicie w przeªomie stali zauwa-

»amy odksztaªcenie plastyczne do ok

1
3

powierzchni przekroju poprzecznego w ksztaªcie póªksi¦»yca o osi

symetrii zgodnej z kierunkiem przyªo»onego obci¡»enia. Dalej nast¦piªo kruche p¦kni¦cie. W miedzi sytu-

acja przedstawia si¦ tak, i» pªyni¦cie materiaªu nast¦powaªo do okoªo

2
3

wysoko±ci przekroju poprzecznego,

nast¦pnie nast¡piªo zerwanie materiaªu. Badaj¡c przeªom koªka aluminiowego, do czynienia mamy tutaj

z pªyni¦ciem materiaªu poprzez caªy przekrój poprzeczny.

Podane sytuacje odzwierciedlone zostaªy na wykresach (siªa od przemieszczenie) gdzie nagªy spadek

oporu poª¡czenia oznacza nagªe zerwanie koªka. W przypadku poª¡cze« wtªaczanych zauwa»ono jakie siªy

przekrojowe wyst¦puj¡ przy wtªaczaniu sworznia w pier±cie«. Zauwa»ono jak niewielka ró»nica ±rednic

sworznia (mi¦dzy pierwszym i ostatnim wynosi 0, 017mm) w du»ym stopniu wpªywa na siª¦ jak¡ nale»y

przyªo»y¢ aby wykona¢ poª¡czenie. Widoczne jest tak»e niewielkie dziaªanie tarcia statycznego podczas

rozª¡czania poª¡czenia - by poruszy¢ sworze« trzeba przyªo»y¢ wi¦ksz¡ siª¦ ni» podszas ci¡gªego i jedno-

stajnego wysuwania ze sworznia.

6