Sprawozdanie z Podstawy Konstrukcji Maszyn

Temat: Badanie sprawności mechanizmu śrubowego

Grupa 2B w składzie:

Chudzik Łukasz

Ciejka Jakub

Cisło Mateusz

Ciszewski Łukasz

Cygan Jakub

1. Dane techniczne:

1. Średnica zewnętrzna śruby d = 40 mm

2. Średnica podziałowa gwintu d_S= 34 mm

3. Średnica rdzenia d_r = 28 mm

4. Skok gwintu h = 36 mm

5. Podziałka gwintu t = 12 mm

6. Średnica otworu nakrętki D₀= 29 mm

7. Średnica tarcia powierzchni czołowej śruby d_m = 6 mm

8. Średnica krążka linowego D_k = 100 mm

9. Średnica linki D_l = 2 mm

10. Kąt roboczy gwintu prostokątnego α_r = 0

1. Tabelka pomiarów.

L.p.	Q [N]	∆c [μm]	∆b [μm]	Fc [N]	Fb [N]
1.	1000	422	309	205	4
2.	2000	547	335	398	19
3.	3000	652	364	577	105
4.	4000	765	395	725	160

Δ_c - wskazanie dynamometru przy ruchu śruby w dół.

Δ_b - wskazanie dynamometru przy ruchu śruby w górę.

F_c - siła działająca w lince podczas ruchu śruby w dół.

F_b - siła działająca w lince podczas ruchu śruby w górę.

1. Opracowanie wyników.

1. Eksperymentalne wyznaczenie wartości momentów zewnętrznych przyłożonych do śruby dla spowodowanie ruchu śruby w dół – M_C, a dla spowodowania ruchu w górę – M_B.

M_c = 0,5 ∙ F_c ∙ (D_k + D_l)

M_b = 0,5 ∙ F_b ∙ (D_k + D_l)

1. Obliczenie teoretycznych wartości momentu skręcającego, jaki trzeba przyłożyć do końcówki badanej śruby, aby spowodować jej ruch w dół M_C‘ lub w górę M_B‘:

M_c‘ = 0,5 ∙ Q ∙ [d_s ∙ tg(γ + ρ’) + μ ∙ d_m]

M_b‘ = 0,5 ∙ Q ∙ [d_s ∙ tg(γ – ρ’) – μ ∙ d_m]

Dane:

γ = 16° – kąt nachylenia linii śrubowej,

tg γ = h / (π · d),

ρ’ = 5,71°,

ρ’ = arctg μ’,

μ’ = 0,1,

μ’ = μ / (cos α_r),

μ = tg ρ = 0,1

1. Tabela wyników.

L.p.	Q [N]	Mc [Nm]	Mb [Nm]	M'c [Nm]	M'b [Nm]
1.	1000	10,455	0,204	7,1	2,76
2.	2000	20,298	0,969	14,2	5,52
3.	3000	29,427	5,355	21,3	8,28
4.	4000	36,975	8,16	28,4	11,04

1. Wykresy porównawcze M=f(Q) zależności momentu skręcającego od obciążenia osiowego Q na podstawie wyników uzyskanych z pomiaru oraz wykres momentów obliczeniowych na podstawie wzorów teoretycznych.

Wykres momentów dla ruchu śruby w dół dla wartości odczytanych i obliczonych

Wykres momentów dla ruchu śruby w górę dla wartości odczytanych i obliczonych

1. Wyznaczenie pomiarowej sprawności mechanizmu śrubowego

• przy ruchu śruby w dół:

η_C = = =∙=

ηc1	54,80%
ηc2	56,45%
ηc3	58,41%
ηc4	61,98%

• przy ruchu śruby w górę:

η_B = ∙

ηb1	3,56%
ηb2	8,46%
ηb3	31,15%
ηb4	35,60%

1. Wyznaczenie obliczeniowej sprawności mechanizmu dla tego samego co poprzednio osiowego obciążenia Q:

• Przy ruchu śruby w dół:

η_C’ = =

η_c’= 68,96%

• Przy ruchu śruby w górę:

η_b‘ =

η_b’= 57,16%

Wnioski:

1. Wartości rzeczywiste momentów czynnych i biernych różnią się od wartości
   teoretycznych, może być to spowodowane zużyciem elementów mechanizmu, a co za tym idzie oporami występującymi w mechanizmie.

2. Gdy śrubę podnosimy wartość Q jest mniejsza niż w przypadku jej opuszczania ponieważ nie musi ona pokonać siłę ciężkości.

3. Sprawność z pomiarów różni się od teoretycznej, może być to spowodowane błędem pomiaru lub nie uwzględnieniem sprawności poszczególnych elementów lub zużyciem elementów.

4. Przy obciążeniu siłą osiową śruba wykazuje tendencję do samo wykręcania się, dzieje się tak dlatego, iż badana śruba jest niesamohamowna. Spośród wszystkich gwintów największą sprawność mają gwinty prostokątne. Spowodowane jest to tym iż kąt roboczy gwintu wynosi 0.

Sprawozdanie z Podstawy Konstrukcji Maszyn

Temat: Badanie nośności złącza śrubowego napiętego wstępnie

Grupa 2B w składzie:

Chudzik Łukasz

Ciejka Jakub

Cisło Mateusz

Ciszewski Łukasz

Cygan Jakub

1. Cel ćwiczenia:

• porównanie dokładności i powtarzalności napinania śrub kluczem dynamometrycznym i napinaczem hydraulicznym

• określenie wpływu zatłuszczenia (zabrudzenia) powierzchni gwintu i powierzchni oporowych śrub na nośność złącza

2. Opracowanie wyników badań:

   1. Wyniki ćwiczenia

Tab. 1. Dla suchych powierzchni oporowych śrub i gwintu.

Metoda napinania	Moment/ ciśnienie napinania	Wskazania czujnika dynamometru	Wartości sił obciążających dźwignię	Nośność złącza	Teoretyczna siła napięcia	Siła napięcia wyznaczona z nośności złącza
		xi(yi)	Fd [kN]	F [kN]	QW [kN]	QF [kN]
Klucz dynamometryczny	78,5 Nm	x1	62	2,17	10,86	40,40
		x2	63	2,21	11,04
		x3	63	2,21	11,04
		x4	63	2,21	11,04
Napinacz hydrauliczny	24 MPa	y1	57	2,00	9,99	39,84
		y2	60	2,10	10,51
		y3	61	2,14	10,69
		y4	62	2,17	10,86

Tab. 2. Dla zatłuszczonych powierzchni oporowych śrub i gwintu.

Metoda napinania	Moment/ ciśnienie napinania	Wskazania czujnika dynamometru	Wartości sił obciążających dźwignię	Nośność 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	58	2,03	10,16	40,40
		v2	57	2,00	9,99
		v3	59	2,07	10,34
		v4	59	2,07	10,34
Napinacz hydrauliczny	24 MPa	z1	55	1,93	9,63	39,84
		z2	60	2,10	10,51
		z3	60	2,10	10,51
		z4	60	2,10	10,51

1. Wyznaczenie wartości teoretycznych napięć śrub Q_W dla klucza dynamometrycznego

$$Q_{W} = \frac{2M}{\lbrack d_{s}*tg\left( \gamma + \rho^{'} \right) + d_{m}*\mu\rbrack} = 40,40\ \ \lbrack kN\rbrack$$

gdzie:

d_s=10,863 mm – średnica podziałowa śruby M12

$$d_{m} = \frac{d_{o} + s}{2}\ - srednica\ powierzchni\ oporowej\ nakretki$$

μ=0,12 – współczynnik tarcia dla śrub (dla stali)

h=1,75 – skok gwintu M12

d_o=12 mm – średnica otworu

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

γ − kat wzniosu linii srubowej

$$tg\gamma = \frac{h}{\pi*d_{s}} \rightarrow \gamma = 2,935\ \mathring{}\text{tg}\rho^{'} = \mu^{'} = \frac{\mu}{\cos\alpha_{r}} \rightarrow \rho^{'} = 7,889\ \mathring{}$$

1. Wyznaczenie wartości teoretycznych napięć śrub Q_W dla napinacza hydraulicznego:

Q_W = p * A = 39, 84  [kN]

gdzie:

A=1660 mm² – czynne pole powierzchni tłoka napinacza

1. Wyznaczenie nośności złącza na podstawie otrzymanych wyników:

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

Fdxi	2,17		Fdyi	2,00		Fdvi	2,03		Fdzi	1,93
	2,21			2,10			2,00			2,10
	2,21			2,14			2,07			2,10
	2,21			2,17			2,07			2,10

Wartości nośności złącza F_i[kN]

Fxi	10,86		Fyi	9,99		Fvi	10,16		Fzi	9,63
	11,04			10,51			9,99			10,51
	11,04			10,69			10,34			10,51
	11,04			10,86			10,34			10,51

Wartości napięcia w śrubach złącza Q_W[kN] na podstawie nośności

$$Q_{\text{Wi}} = \frac{F_{i}}{n*m*\mu_{F}}$$

gdzie:

m=2 – liczba powierzchni trących złącza

μ_F=0,05 – współczynnik tarcia pomiędzy posmarowanymi powierzchniami płyt, wyznaczony eksperymentalnie

n=2 – ilość śrub w złączu

QWxi	54,31		QWyi	49,93		QWvi	50,80		QWzi	48,17
	55,18			52,55			49,93			52,55
	55,18			53,43			51,68			52,55
	55,18			54,31			51,68			52,55

Wartość teoretycznej nośności złącza F_t na podstawie teoretycznych wartości napięcia śrub Q_W

F_t = Q_Wsr * n * m * μ_F = 39, 86 * 2 * 2 * 0, 05 = 8, 024 [kN]

Wnioski:

1. Przy dokręcaniu kluczem dynamometrycznym użycie smaru ma większy wpływ na nośność połączenia w porównaniu z napinaczem hydraulicznym.

2. Nośność połączeń uzależniona jest od współczynnika tarcia, zatem nośność połączenia odtłuszczonego jest większa od nośności połączenia smarowanego.

3. W celu zapewnienia określonego napięcia śrub należy stosować napinacz hydrauliczny. Jak pokazało doświadczenie otrzymana wartość napięcia były bardziej zbliżona do zamierzonej wartości. Wynika to z faktu, że użycie napinacza pozwala na uniezależnienie napięcia od tarcia na gwincie i powierzchni oporowej nakrętki.