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