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,

1

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.

2

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

3

ĆWICZENIE 1Badanie 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

4

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.

Nrpróbki

Mierzona siła P [N]Sal St3 miedź aluminium

12...nWartość Średnia siły P

5

5. Opracowanie wyników badań

Uwaga: Statystycznego opracowania wyników dokonać po przeprowadzeniu ćwiczenia przez wszystkie zespoły.

5.1. Obliczyć średnią wartość siły ścinającej kołek wzorem

P=∑i=1

n

Pi

n

5.2. Obliczyć odchylenie standardowe siły ścinającej kołek wzorem

Sp=√ 1n−1∑i=1

n

(Pi−P)2

5.3. Obliczyć średnią wytrzymałość doraźną materiału kołka na ścinanie

Rt=P

2∙ F= 2∙ P

π ∙dk2

5.4. Obliczyć odchylenie standardowe wytrzymałości doraźnej materiału kołka na ścinanie

SRt= Sp

2∙ F=

2∙ s p

π ∙ dk2

5.5. Obliczyć współczynnik zmienności empirycznej wytrzymałości doraźnej materiału kołka na ścinanie wzorem

V Rt=SR t

R t

5.6. Obliczyć minimalną i maksymalną wytrzymałość materiału kołka ścinanie

Rt min=R t−3∙ S Rt

Rt max=R t+3 ∙ SRt

6

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

7

ParametryOtrzymane wartości dla stopnia sworznia nr:

1 2 3

8

Średnia średnica otworu Dw [mm]Średnia średnica sworznia Dz [mm]Wcisk mierzony Wm = |Dw – Dz| ∙ 1000 [µm]Średnia wysokość nierównościpowierzchni otworu tulei Rzz [µm]Średnia wysokość nierównościpowierzchni 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

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.

W sk1=W m1−1,2(R zz+R zw)

W sk2=W m 2−1,2 ( Rzz+R zw )

W sk3=W m3−1,2(R zz+R zw)

gdzie:

Rzw - średnia wysokość niewinności dla klasy chropowatości, powierzchni wewnętrznej pierścienia (2) w [µm]

Rzz - średnia wysokość nierówności dla klasy chropowatości, powierzchni sworznia (3) w [µm]

9

5.2. Obliczyć odpowiednią wartość nacisku p [N/mm2)w złączu dla każdego wcisku skutecznego ze wzoru

pi=W sk i

D {δ zi+v z

E1+

δ wi−vw

E2 }103

[ Nmm2 ]

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.

δ z=[

D zp

Dw]

2

+1

[D zp

Dw]2

−1;δ wi=

[D zi

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/mm2 - 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.

Nrzespołu

Obliczeniowe wartości współczynników tarcia µw oraz µr dla połączenia wtłaczanego kolejnych stopni sworznia

1 2 3

µw µr µw µr µw µr

12...n

wartości średnie µ

odchyl. standr. Sµ

współcz.zmienn. vµ

5.5. Obliczyć wartości średnie współczynników tarcia przy wtłaczaniu µw i rozłączaniu µr na podstawie wzoru

µw=∑i=1

n

µwi

n; µr=

∑i=1

n

µri

n

5.6. Obliczyć odchylenie standardowe wartości współczynników tarcia przy wtłaczaniu Sµw i rozłączaniu Sµr na podstawie wzoru

Sµ w=√ 1n−1∑i=1

n

(µwi−µw)2

Sµ r=√ 1n−1∑i=1

n

(µri−µr)2

5.7. Obliczyć współczynniki zmienności współczynników tarcia przy wtłaczaniu i rozłączaniu vµw i rozłączaniu vµr

11

vµw=Sµw

µw; vµ r=

Sµ r

µr

5.8. Obliczyć minimalną i maksymalną wartość współczynnika tarcia przy wtłaczaniu i rozłączaniu

µw min=µw−3Sµ w

µw max=µw+3 Sµw

µrmin=µr−3 Sµr

µw max=µr +3 Sµ r

5.9. Obliczyć naprężenia zastępcze dla pierścienia (2)

σ zast i=pi √δ z2+δ z+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 ćwiczenia2. Cel ćwiczenia3. Przebieg ćwiczenia (własnymi słowami opisać co badano, jak badano, na czym

badano)4. Otrzymana tabela 1.15. Opracowanie wyników badań 6. Dołączony przesłany wykres7. Wnioski

Ćwiczenie 2:1. Temat ćwiczenia2. Cel ćwiczenia3. Przebieg ćwiczenia (własnymi słowami opisać co badano, jak badano, na czym

badano)4. Wypełnione tabele 2.1 i 2.25. Opracowanie wyników badań6. Rysunek sworznia i pierścienia (wykonać na arkuszu A4)7. Dołączony przesłany wykres8. 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

14