ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 3 - kkiem.agh.edu.pl · M. Dietrich: Podstawy konstrukcji maszyn, Tom...
Transcript of ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 3 - kkiem.agh.edu.pl · M. Dietrich: Podstawy konstrukcji maszyn, Tom...
1
ĆWICZENIE LABORATORYJNE NR 3 (opracowanie przygotowane na podstawie skryptu do laboratorium przez: Kinga Chronowska-Przywara,
Dariusz Wędrychowicz)
prowadzący ćwiczenia: Dariusz Wędrychowicz
Temat: Badanie wytrzymałości połączeń rozłącznych (połączenia kołkowe i
wtłaczane)
Laboratorium składa się z dwóch części:
ĆWICZENIE 1:
Badanie wytrzymałości na ścinanie połączeń kołkowych
ĆWICZENIE 2:
Badanie połączeń wtłaczanych
Miejsce laboratorium:
laboratorium 09 na niskim parterze pomiędzy B2-B3
Warunki organizacyjne i BHP:
o spóźnienie się uniemożliwia wzięcie udziału w zajęciach,
o kurtki i podobne okrycia wierzchnie należy zostawić w szatni,
o na zajęciach nie wolno spożywać płynów, jedzenia, żuć gum itp.,
o podczas zajęć nie wolno dotykać, uruchamiać urządzeń znajdujących się w
pomieszczeniu bez wyraźnego polecenia prowadzącego zajęcia,
o podczas zajęć należy wykonywać wszystkie polecenia prowadzącego, w szczególności
znajdować się odpowiedniej odległości od stanowiska za osłoną bezpieczeństwa,
2
WARUNKI ZALICZENIA:
1. Sprawdzian : (obowiązkowy)
o przed przystąpieniem do zajęć przeprowadzony zostanie sprawdzian wiedzy
dotyczący zagadnień omawianych na laboratoriach,
o zaliczenie kolokwium skutkuje uzyskaniem maksymalnie oceny 3,5,
o każdy student zobowiązany jest do przygotowania się do zajęć zapoznając się z
instrukcją do ćwiczeń,
2. Sprawozdanie: (nieobowiązkowe)
o poprawne wykonanie sprawozdania umożliwia uzyskanie oceny 4,5,
o maksymalna ilość osób wykonująca jedno sprawozdanie to 3,
o sposób wykonania sprawozdania:
strona tytułowa,
schemat stanowiska badawczego,
wyniki pomiarów,
pełne obliczenia,
otrzymany wykres,
ręcznie wykonane rysunki na arkuszu A4 bloku technicznego,
wnioski (poprawne i niebanalne wnioski warunkują zaliczenie sprawozdania),
o sprawozdanie może być przygotowane w dowolnym edytorze tekstowym i
wydrukowane z dołączonymi, ręcznie wykonanymi rysunkami (rysunki maja być
wykonane zgodnie z zasadami rysunku technicznego),
o osoba odrabiająca zajęcia wykonuje sprawozdanie indywidualnie na podstawie danych
z ćwiczeń laboratoryjnych, w których uczestniczyła,
o sprawozdanie należy oddać na konsultacjach w terminie nie późniejszym niż 2 tyg. od
uzyskania niezbędnych materiałów do jego przygotowania, po wyznaczonym terminie
sprawozdania nie będą przyjmowane, a ocena z kolokwium będzie uznawana jako
ocena końcowa z laboratorium,
3. Odpowiedź (nieobowiązkowa)
o odpowiedź ustna z zagadnień związanych z tematyką laboratorium umożliwia
uzyskanie oceny 5,0,
o odpowiadać można na konsultacjach podczas składania sprawozdania,
o po wyznaczonym terminie w przypadku niezgłoszenia się studenta na odpowiedź
ocena z kolokwium będzie uznawana jako ocena końcowa z tego laboratorium.
3
PRZYKŁADOWE PYTANIA KONTROLNE:
Rodzaje pasowań w połączeniach kołkowych i wciskowych – układ pól tolerancji.
Jakie są rodzaje połączeń wciskowych, na czym polegają różnice między nimi.
Jakie czynniki mają wpływ na nośność połączeń wciskowych.
Jak kształtuje się rozkład naprężeń w połączeniach wciskowych.
Przykłady zastosowania połączeń wciskowych.
Przykłady zastosowania połączeń kołkowych.
Rodzaje kołków stosowane w połączeniach.
Wady i zalety połączeń wciskowych.
Warunki montażu połączeń wciskowych, przygotowanie połączenia wtłaczanego.
Znaczenie pasowania w połączeniach kołkowych.
Obliczanie połączeń wciskowych i kołkowych.
LITERATURA:
Z. Osiński: Podstawy konstrukcji maszyn s.148-152
E. Mazanek: Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn, WNT 2005
Red. M. Porębska, M. Warszyński: Laboratorium z podstaw konstrukcji maszyn,
SU1630, SU1414
M. Dietrich: Podstawy konstrukcji maszyn, Tom 2,
Wykłady
Ćwiczenia projektowe
4
ĆWICZENIE 1 Badanie wytrzymałości na ścinanie połączeń kołkowych
1. Badanie wytrzymałości na ścinanie połączeń kołkowych
2. Cel ćwiczenia: Badanie nośności połączeń kołkowych
3. Opis stanowiska:
3.1. Stanowisko pomiarowe składa się z maszyny wytrzymałościowej (zrywarki), z rejestratora,
oprogramowania komputerowego. Zdjęcie stanowiska pomiarowego przedstawiono na rys. 1.1.
1.1. Stanowisko pomiarowe
5
3.2. Do badań używa się połączenia kołkowego z kołkami walcowymi wykonanymi ze stali S235JR,
miedzi i aluminium, przedstawionego na rys. 1.2.
1.2. a) połączenie kołkowe 1- sworzeń, 2- tuleja, 3-kołek, b) ustawienie maszyny i próbki
4. Przebieg ćwiczenia
Dokonać pomiaru średnicy dk, kołka(3) jak na rys. 1.2.
Przed przystąpieniem do badań wykonać po jednym połączeniu kołkowym jak na rys. 1.2 a),
stosując kołki z materiału St3, miedzi i aluminium. Tak wykonane połączenie ustawić na podstawie
maszyny wytrzymałościowej centrycznie. Następnie zbliżyć ruchomą podstawę maszyny
wytrzymałościowej), , aż do zetknięcia się ze sworzniem jak na rys, 1.2 b. Założyć osłonę
bezpieczeństwa. Wówczas rozpocząć obciążanie, aż do ścięcia kołka. Odczytać wartość P siły
ścinającej na rejestratorze lub na monitorze komputera.
Czynności powyższe powtórzyć dla każdego materiału kołka, a wartość siły P wpisać do
tabeli wyników. Po skończonych badaniach pozostałość kołków wybić z tulei i sworznia.
Nr
próbki
Mierzona siła P [N]
Sal St3 miedź aluminium
1
2
.
.
.
n
Wartość
Średnia
siły ��
6
5. Opracowanie wyników badań
Uwaga: Statystycznego opracowania wyników dokonać po przeprowadzeniu ćwiczenia przez
wszystkie zespoły.
5.1. Obliczyć średnią wartość siły ścinającej kołek wzorem
�� = ∑ 𝑃𝑖
𝑛𝑖=1
𝑛
5.2. Obliczyć odchylenie standardowe siły ścinającej kołek wzorem
𝑆𝑝 = √1
𝑛 − 1∑(𝑃𝑖 − ��)2
𝑛
𝑖=1
5.3. Obliczyć średnią wytrzymałość doraźną materiału kołka na ścinanie
𝑅𝑡 =
��
2 ∙ 𝐹=
2 ∙ ��
𝜋 ∙ 𝑑𝑘2
5.4. Obliczyć odchylenie standardowe wytrzymałości doraźnej materiału kołka na ścinanie
𝑆𝑅𝑡=
𝑆𝑝
2 ∙ 𝐹=
2 ∙ 𝑠𝑝
𝜋 ∙ 𝑑𝑘2
5.5. Obliczyć współczynnik zmienności empirycznej wytrzymałości doraźnej materiału kołka na
ścinanie wzorem
𝑉𝑅𝑡 = 𝑆𝑅𝑡
𝑅𝑡
5.6. Obliczyć minimalną i maksymalną wytrzymałość materiału kołka ścinanie
𝑅𝑡 𝑚𝑖𝑛 = 𝑅𝑡 − 3 ∙ 𝑆𝑅𝑡
𝑅𝑡 𝑚𝑎𝑥 = 𝑅𝑡 + 3 ∙ 𝑆𝑅𝑡
7
ĆWICZENIE 2
Badanie połączeń wtłaczanych
1. Temat: Badanie połączeń wtłaczanych
2. Cel ćwiczenia: Badanie nośności połączeń wtłaczanych
3. Opis stanowiska:
3.1. Stanowisko pomiarowe składa się z maszyny wytrzymałościowej (zrywarki), z rejestratora,
oprogramowania komputerowego. Zdjęcie stanowiska pomiarowego przedstawiono na rys. 1.1. w
ćwiczeniu 1.
3.2. Do badań użyć kompletu składającego się z jednostopiniowego sworznia (3) i pierścienia
(2) o odpowiedniej średnicy zewnętrznej, przedstawionego na ry, 2.1.
2.1. a) Złącze wtłaczane: 1- podstawa dystansowa, 2-pierścień, 3- sworzeń b) ustawienie
maszyny i próbki
4. Przebieg ćwiczenia
4.2. Odczytać wartości średnic trzpienia i otworu pierścienia z rysunków wykonawczych.
4.2. Przy użyciu płytek wzorcowych określić klasę chropowatości powierzchni
współpracujących sworznia (3) i pierścienia (2) i podać Rzz , Rzw
4.3. Posmarować powierzchnie współpracujące sworznia (3) i pierścienia (2) smarem
plastycznym i złożyć złącze na pierścieniu dystansowym (1), ustawić je na podstawie
maszyny wytrzymałościowej.
4.4. Założyć osłonę bezpieczeństwa.
4.5. Tak złożone połączenie obciążać do uzyskania pełnego złączenia pierwszego stopnia
sworznia (3) z pierścieniem (2) , odczytując wartość siły wtłaczania Pw, którą następnie
należy wpisać do tabeli 2.1
8
4.6. Następnie odczytać maksymalną siłę przy rozłączaniu złącza P, na pierwszym stopniu
obciążając złącze wciąż w tym samym kierunku.
4.7. Zmierzyć średnice zewnętrzną pierścienia D.
5. Opracowanie wyników badań
5.1. Na podstawie rys. 2.1 i wykonanych pomiarów średnic, chropowatości (wysokości
nierówności), obliczy wciski mierzone Wm1 < Wm2 < Wm3 [µm] następnie określić wciski
skuteczne, wpisując ich wartości w tabeli 4.1.
𝑊𝑠𝑘1 = 𝑊𝑚1 − 1,2 (𝑅𝑧𝑧 + 𝑅𝑧𝑤)
𝑊𝑠𝑘2 = 𝑊𝑚2 − 1,2 (𝑅𝑧𝑧 + 𝑅𝑧𝑤)
𝑊𝑠𝑘3 = 𝑊𝑚3 − 1,2 (𝑅𝑧𝑧 + 𝑅𝑧𝑤)
gdzie:
Rzw - średnia wysokość niewinności dla klasy chropowatości, powierzchni
wewnętrznej pierścienia (2) w [µm]
Parametry Otrzymane wartości dla stopnia sworznia nr:
1 2 3
Średnia średnica otworu Dw [mm]
Średnia średnica sworznia Dz [mm]
Wcisk mierzony Wm = |Dw – Dz| ∙
1000 [µm]
Średnia wysokość nierówności
powierzchni otworu tulei Rzz [µm]
Średnia wysokość nierówności
powierzchni otworu tulei Rzw [µm]
Wcisk skuteczny Wsk [µm]
Nacisk w złączu p [N/mm2]
Siła wtłaczania Pw [N]
Siła rozłączania Pr [N]
Średnica zewnętrzna pierścienia Dzp
[mm]
Średnica wydrążenia sworznia Do
[mm]
Wysokość złącza Ɩ [mm]
Obliczony współczynnik tarcia
wtłaczania µw
Obliczony współczynnik tarcia
rozłączania µr
9
Rzz - średnia wysokość nierówności dla klasy chropowatości, powierzchni
sworznia (3) w [µm]
5.2. Obliczyć odpowiednią wartość nacisku p [N/mm2)w złączu dla każdego wcisku
skutecznego ze wzoru
𝑝𝑖 = 𝑊𝑠𝑘 𝑖
𝐷 {δ𝑧𝑖 + 𝑣𝑧
𝐸1+
δ𝑤𝑖 − 𝑣𝑤
𝐸2} 103
[𝑁
𝑚𝑚2]
gdzie:
δz — współczynnik wydrążenia pierścienia (2) - części zewnętrznej połączenia,
δwi — współczynnik wydrążenia cześci wewnętrznej (sworznia (3)), gdy sworzeń
jest pełny wówczas δw = 1 bo Do= 0.
δ𝑧 = [𝐷𝑧𝑝
𝐷𝑤]2 + 1
[𝐷𝑧𝑝
𝐷𝑤]2 − 1
; δ𝑤𝑖 = [𝐷𝑧𝑖
𝐷𝑜]2 + 1
[𝐷𝑧𝑖
𝐷𝑜]2 − 1
Dw = D - średnica złącza w mm,
Dzi — średnica zewnętrzna kolejnego i-tego stopnia sworznia w mm,
Dzp — średnica zewnętrzna pierścienia (2) w mm,
Do — średnica wydrążenia sworznia (3) w mm, (Do= 0 - dla sworznia pełnego),
vz = vw = 0,3 - współczynnik Poissona dla stali,
E1 = E2 = 2,05. 105 N/mm
2 - moduł sprężystości podłużnej,
Wski — wcisk skuteczny dla i-tego stopnia złącza w µm.
5.3. Obliczyć współczynnik tarcia przy wtłaczaniu i rozłączaniu i µw i µr , wyniki zapisać w
tabeli 2.1.
µ𝑤(𝑟)𝑖
= 𝑃𝑤(𝑟)𝑖
𝜋 ∙ 𝐷 ∙ Ɩ ∙ 𝑝𝑖
gdzie:
Pwi — sita wtłaczania, [N]
Pri — maksymalna siła przy rozłączaniu, [N]
Ɩ — wysokość złącza, mm
𝑝𝑖 - obliczeniowy nacisk w złączu [N/mm2] dla wcisku skutecznego Wski, występujący
przy połączeniu i-tego stopnia sworznia (3) z pierścieniem (2).
10
5.4 Po przeprowadzeniu wyliczeń przez wszystkie zespoły wykona zestawienie
obliczeniowych współczynników tarcia i µw i µr w tab. 2.2.
5.5. Obliczyć wartości średnie współczynników tarcia przy wtłaczaniu µ𝑤
i rozłączaniu µ𝑟
na
podstawie wzoru
µ𝑤
= ∑ µ
𝑤𝑖𝑛𝑖=1
𝑛 ; µ
𝑟=
∑ µ𝑟𝑖
𝑛𝑖=1
𝑛
5.6. Obliczyć odchylenie standardowe wartości współczynników tarcia przy wtłaczaniu Sµw i
rozłączaniu Sµr na podstawie wzoru
𝑆µw = √1
𝑛 − 1 ∑(µ
𝑤𝑖− µ
𝑤 )2
𝑛
𝑖=1
𝑆µr = √1
𝑛 − 1 ∑(µ
𝑟𝑖− µ
𝑟 )2
𝑛
𝑖=1
Nr
zespołu
Obliczeniowe wartości współczynników tarcia µw oraz µr dla połączenia
wtłaczanego kolejnych stopni sworznia
1 2 3
µw µr µw µr µw µr
1
2
.
.
.
n
wartości
średnie µ
odchyl.
standr. Sµ
współcz.
zmienn. vµ
11
5.7. Obliczyć współczynniki zmienności współczynników tarcia przy wtłaczaniu i rozłączaniu
vµw i rozłączaniu vµr
𝑣µw = 𝑆µw
µ𝑤
; 𝑣µr =
𝑆µr
µ𝑟
5.8. Obliczyć minimalną i maksymalną wartość współczynnika tarcia przy wtłaczaniu i
rozłączaniu
µ𝑤 𝑚𝑖𝑛
= µ𝑤
− 3 𝑆µw
µ𝑤 𝑚𝑎𝑥
= µ𝑤
+ 3 𝑆µw
µ𝑟 𝑚𝑖𝑛
= µ𝑟
− 3 𝑆µr
µ𝑤 𝑚𝑎𝑥
= µ𝑟
+ 3 𝑆µr
5.9. Obliczyć naprężenia zastępcze dla pierścienia (2)
𝜎𝑧𝑎𝑠𝑡 𝑖 = 𝑝𝑖 √δ𝑧2 + δ𝑧 + 1 ≤ 𝑘𝑟
dla każdego i-tego stopnia połączenia.
12
Sprawozdanie
z ćwiczeń laboratoryjnych nr 3 z przedmiotu:
Podstawy Konstrukcji Maszyn
Tematy ćwiczenia
1.
2.
Prowadzący:
Dariusz Wędrychowicz
Wykonawcy:
1……………
2……………
3……………
Grupa............
Data zajęć:
13
Sprawozdanie powinno zawierać:
Ćwiczenie 1:
1. Temat ćwiczenia
2. Cel ćwiczenia
3. Przebieg ćwiczenia (własnymi słowami opisać co badano, jak badano, na czym
badano)
4. Otrzymana tabela 1.1
5. Opracowanie wyników badań
6. Dołączony przesłany wykres
7. Wnioski
Ćwiczenie 2:
1. Temat ćwiczenia
2. Cel ćwiczenia
3. Przebieg ćwiczenia (własnymi słowami opisać co badano, jak badano, na czym
badano)
4. Wypełnione tabele 2.1 i 2.2
5. Opracowanie wyników badań
6. Rysunek sworznia i pierścienia (wykonać na arkuszu A4)
7. Dołączony przesłany wykres
8. Wnioski
Literatura do kolokwium:
Z. Osiński: Podstawy konstrukcji maszyn s.148-152
E. Mazanek: Przykłady obliczeń z podstaw konstrukcji maszyn, WNT 2005
Red. M. Porębska, M. Warszyński: Laboratorium z podstaw konstrukcji maszyn,
SU1630, SU1414
Wykłady
Ćwiczenia projektowe