Akademia Górniczo-Hutnicza

im. Stanisława Staszica w Krakowie

PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN

Wykonali:

Marek Owczarek

Jakub Pałacki

Magda Parandyk

Błażej Pastuszyński

gr. 6B

2010/2011

Ćwiczenie I: Badanie nośności złącza śrubowego napiętego wstępnie.

Wyniki pomiarów.

• dla suchych powierzchni oporowych śrub i gwintu

Metoda napinania	Moment/ Ciśnienie napinania	Wskazanie czujnika dynamometru	Wartość sił obciążających dźwignię	Nośności złącza	Teoretyczna siła napięcia	Siła napięcia wyznaczona z nośności złącza
		xi(yi)	Fd[kN]	F[kN]	Qw[kN]	QWi[kN]
Klucz dynamometryczny	78,5 Nm	x1	40	1,440	7,200	39,879
		x2	38	1,375	6,875
		x3	38	1,375	6,875
		x4	37	1,340	6,700
Napinacz hydrauliczny	24 MPa	y1	38	1,375	6,875	39,840
		y2	39	1,410	7,050
		y3	38	1,375	6,875
		y4	41	1,480	7,400

• dla zatłuszczonych powierzchni oporowych śrub i gwintu

Metoda napinania	Moment/ Ciśnienie napinania	Wskazanie czujnika dynamometru	Wartość sił obciążających dźwignię	Nośności złącza	Teoretyczna siła napięcia	Siła napięcia wyznaczona z nośności złącza
		vi(zi)	Fd[kN]	F[kN]	Qw[kN]	Qf[kN]
Klucz dynamometryczny	78,5 Nm	v1	42	1,530	7,650	39,879
		v2	40	1,440	7,200
		v3	40	1,440	7,200
		v4	38	1,375	6,875
Napinacz hydrauliczny	24 MPa	z1	45	1,625	8,125	39,840
		z2	40	1,440	7,200
		z3	40	1,440	7,200
		z4	41	1,480	7,400

Wyznaczenie wartości teoretycznych napięć śrub Q_w

• Dla klucza dynamometrycznego

gdzie:

d_s=10,863 [mm] – średnica podziałowa śruby M12

d_m=15,5[mm] – średnia średnica powierzchni oporowej nakrętki

h=1,75 [mm] – skok gwintu

d₀=12 [mm] – średnica otworu

s=19 [mm] – zewnętrzna średnica nakrętki (wymiar pod klucz)

µ=0,12 – współczynnik tarcia stali

- kąt wzniosu linii śrubowej

→ γ=2,935 ° → ρ’=7,889 °

• Dla napinacza hydraulicznego

Q_w=p*A

gdzie:

A=1660 [mm²]= 1,6 [m²] – czynne pole powierzchni tłoka napinacza

Wyznaczenie nośności złącza z otrzymanych wyników

- Wartości sił oddziaływujących na dźwignie wyznaczono z wykresu cechowania dynamometru

• Wartość nośności złącza

gdzie: 5- przełożenie dźwigni przenoszącej obciążenie.

• Wartości napięcia w śrubach złącza na podstawie nośności.

gdzie;

-liczba powierzchni trących,

-współczynnik tarcia pomiędzy posmarowanymi powierzchniami płyt, wyznaczony eksperymentalnie,

-ilość śrub w złączu

Wartości sił oddziaływujących na dźwignię Fd_i [kN] z wykresu cechowania dynamometru

Fdyi	1,375
	1,410
	1,375
	1,480

Fdzi	1,625
	1,440
	1,440
	1,480

Fdvi	1,530
	1,440
	1,440
	1,375

Fdxi	1,440
	1,375
	1,375
	1,340

Wartości nośności złącza F_i

Fzi	8,125
	7,200
	7,200
	7,400

Fvi	7,650
	7,200
	7,200
	6,875

Fxi	7,200
	6,875
	6,875
	6,700

Fyi	6,875
	7,050
	6,875
	7,400

Wartości napięcia w śrubach złącza Q_W na podstawie nośności

Qwvi	38,250
	36,000
	36,000
	34,375

Qwzi	40,625
	36,000
	36,000
	37,000

Qwxi	36,000
	34,375
	34,375
	33,500

Qwyi	34,375
	35,250
	34,375
	37,000

Wartości teoretycznej nośności złącza F_t na podstawie teoretycznych wartości napięcia Q_w

F_t= Q_wsr·n·m·μ_F= 35,844·2·2·0,05= 7,169 [kN]

2. Statystyczne opracowanie wyników pomiaru

Tabela pomiarowa – dane ustawione w szeregu niemalejącym

LP	Powierzchnie śrub
	Suche
	Klucz dynamometryczny
	Xi
1	37
2	38
3	39
4	39
5	39
6	40
7	40
8	40
9	43
10	43
11	43
12	43
13	43
14	43
15	46
16	47
17	47
18	48
19	48
20	50
21	55
22	58
23	58
24	58

1. Wykluczanie błędów grubych

• O błąd gruby podejrzane są skrajne wyniki , które należy sprawdzić.

Aby odrzucić podejrzany wynik należy spełnić warunek:

n = 24 pomiarów, dla P=0,99; =3,01

• Średnia nośność z wyników możliwych do zaakceptowania przy podejrzeniu pierwszego F₁ i ostatniego wyniku F_n

• Wartość średnia będąca nieobciążonym estymatorem odchylenia standardowego z populacji

• Sprawdzenie zależności do odrzucenia podejrzanych wyników:

• Sprawdzenie wyników na występowanie błędów grubych

	Suche	Zatłuszczone
	Klucz dynamometryczny	napinacz
Fmin	0.096	0.089
Fmax	7.581	7.161
smin	7.888	7.511
smax	1.102	1.185
tmin	-0.784	-0.779
tmax	1.179	1.028

Ponieważ t<t_n(P)=3,01 nie ma podstaw do odrzucenia sprawdzanych wyników

Nośność średnia:

$$F_{\text{srY}} = \frac{F_{\text{iY}}}{n} = 8,21\text{\ \ \ F}_{\text{srV}} = \frac{F_{\text{iV}}}{n} = 8,34\ \ \ \ F_{\text{srZ}} = \frac{F_{\text{iZ}}}{n} = 8,48\ \ \ F_{\text{srX}} = \frac{F_{\text{iX}}}{n} = 8,46$$

Wartość średnia będąca nieobciążonym estymatorem odchylenia standardowego z populacji:

S_0x=1.107

S_0y=1.179

S_0v=1.051

S_0z=1.202

2. Szereg kumulacyjny

Lp.	Sn(Fj)	Fx [kN]	Fy [kN]	Fv [kN]	Fz[kN]
1	0.040	6.282	5.943	5.773	6.112
2	0.080	6.452	5.943	6.112	6.282
3	0.120	6.622	6.282	6.622	6.622
4	0.160	6.622	6.452	6.622	6.622
5	0.200	6.622	6.452	6.792	6.622
6	0.240	6.792	6.452	6.792	6.622
7	0.280	6.792	6.452	6.792	6.792
8	0.320	6.792	6.452	6.792	6.792
9	0.360	7.301	6.622	6.792	6.792
10	0.400	7.301	6.622	6.792	6.792
11	0.440	7.301	6.792	6.961	6.961
12	0.480	7.301	6.792	7.301	7.131
13	0.520	7.301	6.961	7.301	7.131
14	0.560	7.301	6.961	7.471	7.301
15	0.600	7.810	6.961	7.471	7.471
16	0.640	7.980	7.301	7.471	7.471
17	0.680	7.980	7.640	7.810	7.471
18	0.720	8.150	7.980	7.810	8.320
19	0.760	8.150	7.980	8.150	8.659
20	0.800	8.489	7.980	8.150	8.659
21	0.840	9.338	8.489	8.829	8.829
22	0.880	9.848	9.338	9.169	9.848
23	0.920	9.848	9.848	9.169	10.018
24	0.960	9.848	10.187	10.187	10.187

1. Test Kołmogorowa

• Dla suchych powierzchni oporowych śrub i gwintu:

• klucz dynamometryczny (X)

• napinacz hydrauliczny(Y)

• Dla zatłuszczonych powierzchni oporowych śrub i gwintu

• klucz dynamometryczny(V)

• napinacz hydrauliczny(Z)

• Maksymalną rozbieżność 'D', wart śr F i odchylenie stand S₀ wyznaczamy z wykresu Kołmogorowa

	X	Y	V	Z
D	0.160	0.180	0.220	0.200
F	7.676	7.287	7.464	7.563
S0	1.107	1.179	1.051	1.202

Dla poziomu istotności α=0,1 λ_α = 1, 22

Obliczamy λ dla poszczególnych przypadków:

	X	Y	V	Z
λ	0.784	0.882	1.078	0.980

Dla λ< λ _α hipotezę można uznać za słuszną bez dalszych badań. W naszych badaniach w każdym przypadku λ_i< λ _α

7. Wykresy rozrzutów nośności prób oraz odpowiadających im funkcji gęstości

Wnioski

• Napinanie złącza zatłuszczonego nie gwarantuje stałej określonej teoretycznie wartości napięcia w złączu. Ponadto w złączach, gdzie powtarzalność otrzymanych napięć ma być najwyższa powinno się używać napinaczy hydraulicznych, ponieważ ich powtarzalność jest największa.

• Na podstawie pomiarów i obliczeń dokonanych na zajęciach można zaobserwować, że napinanie złącz suchych napinaczem hydraulicznym jest znacznie dokładniejsze aniżeli kluczem dynamometrycznym tego samego złącza. Wynika to z braku konieczności pokonywania sił tarcia na gwincie i powierzchni nakrętki.

• Można zauważyć, że nośność złącz śrubowych zatłuszczonych smarem jest większa od nośności złącz o powierzchniach suchych. Przyczyną takiego zachowania się złącz jest zmniejszenie współczynnika tarcia na powierzchniach gwintu poprzez użycie smaru lub specjalnych śrub czernionych.