Пристрій для вимірювання сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з’єднання з однією площиною тертя

Реферат: Пристрій для вимірювання сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з'єднання з однією площиною тертя містить нерухому і зсувну деталі, сполучені з вузлами зсуву та стиснення, виконаного у вигляді болтового з'єднання, забезпеченого кульовою опорою під головкою і проміжної деталлю під гайкою. Проміжна деталь під гайкою виконана у вигляді кульової опори. UA 120539 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ СИЛИ ТЕРТЯ СПОКОЮ ПО ДОТИЧНИХ ПОВЕРХНЯХ БОЛТОВОГО ЗСУВОСТІЙКОГО З'ЄДНАННЯ З ОДНІЄЮ ПЛОЩИНОЮ ТЕРТЯ UA 120539 U UA 120539 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі машинобудування і будівництва, а саме до пристроїв для визначення трибологічних властивостей матеріалів, що з'єднуються болтами. Вона може бути використана перед збиранням з'єднань для вимірювання сили тертя по дотичних поверхнях. Переважно необхідність проведення таких вимірювань має місце перед збиранням зсувостійких з'єднань на високоміцних болтах, розрахунок яких ведеться в припущенні передачі діючих в стиках і прикріпленнях зусиль через тертя, що виникає по дотичних поверхнях елементів, які з'єднуються високоміцними болтами. У розрахунку приймається величина коефіцієнта тертя, оскільки граничний стан цих з'єднань визначається вичерпанням опору від сил тертя і відповідає початку загального зсуву по середньому ряду болтів (ДБН В.2.6-163:2010. Державні будівельні нормі України. Сталеві конструкції. Норми проектування, виготовлення і монтажу. С. 75-77). Тому при виконанні з'єднань регламентовані різні способи (піскоструменевий, вогневий та ін) підготовки дотичних поверхонь і технології їх виконання (1. Инструкция по технологии устройства соединений на высокопрочных болтах в стальных конструкциях мостов. ВСН163-69, с. 5-13. 2. Рекомендации и нормативы по технологии постановки болтов в монтажных соединениях металлоконструкций - М. Госстрой СССР, ЦНИИПСК, 1988. - С. 26-40). Якість підготовки поверхонь, а отже, контроль, забезпечується дотриманням технології та якістю матеріалів, що використовуються (пісок, дріб, горючий газ та ін.). Поряд з регламентованими способами ДБН В.2.6-163:2010 допускає «…інші способи обробки (очищення) контактних поверхонь, що забезпечують значення коефіцієнтів тертя не нижче тих, що наведенні у таблиці.» Технологічні вимоги регламентують також граничну тривалість між підготовкою поверхонь і складанням з'єднань. Всі ці вимоги сформульовані на підставі результатів випробувань зразків з'єднань у лабораторних або виробничих умовах, але не на натурних конструкціях. Спроби використати інші методики випробувань, наприклад методика, заснована на спостереженнях вільних коливань маятника з віссю і втулкою з матеріалів фрикційної пари, що досліджується (Б.М. Вейнблат. Изучение коэффициентов трения по наблюдениям свободных колебаний маятника. Заводская лаборатория, 1963, № 5), не знайшли застосування через складнощі невизначеності, а також неможливості забезпечити високий питомий тиск, як це відбувається в болтових або заклепувальних з'єднаннях. Відомий спосіб визначення сили тертя спокою і швидкості зсуву (АС СРСР № 1037145, G01 N19/02. Способ определения силы трения покоя и скорости сдвига Опубл. 23.08.83. Бюл. №31). Пристрій, що реалізує цей спосіб, містить вантаж, який створює нормальне навантаження на деталі, що випробуються, механізми переміщення цього вантажу і створення тангенціальної сили. Ґрунтуючись на цих величинах навантажень, загальновідомими розрахунковими методами визначають коефіцієнт (силу) тертя спокою або ковзання. Особливістю цього пристрою є те, що нормальна сила розташована на деталі, що зрушується, а не об'єднує її з нерухомою деталлю єдиним стрижнем, що створює як навантаження на рухому деталь, так і реакцію від нерухомої деталі, як це властиво для болтового або заклепувального з'єднання. А механізм з вантажами для тангенціальної сили створити в умовах складання машин або конструкцій, особливо при виконанні робіт в обмеженому просторі або на висоті, а також при проведенні великого обсягу вимірювань, практично неможливо. Такі ж особливості характерні і для пристрою, що реалізує спосіб визначення сил тертя спокою механічних систем з конструктивною асиметрією (АС СРСР № 1523968, G01 N 9/02. Способ определения сил трения покоя механических систем с конструктивной асимметрией. Опубл. 23.11.89. Бюл. № 43). Відомий спосіб вимірювання коефіцієнта тертя спокою і коефіцієнта тертя ковзання листових матеріалів і пристрій для його здійснення (Патент Великобритании №2276461, G01 №19/02. способ измерения коэффициента трения покоя и коэффициента трения скольжения листовых материалов и устройство для его осуществления. Автор: Markstroem Hakan. Патентовладелец: Lorentzen & Wettre AB. ИСМ, вып. 084, №15/96). Однак у наявному реферативному описі цього винаходу суть пристрою не розкрита. При визначенні сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтових або заклепувальних з'єднань випробовують, як правило, з'єднання з двома площинами тертя (Г.А. Шапиро. Работа заклепочных соединений стальных конструкций. М., Стройвоенмориздат, 1949, с. 94.; Т.М. Богданов. Соединения металлических конструкций на высокопрочных болтах. М., 1963, с. 1833; А.С. Чесноков, А.Ф. Княжев. Сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах. М., 1974, с.44-57). 1 UA 120539 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Такий підхід справедливий, оскільки в з'єднаннях з однією площиною тертя зсувна деталь взаємодіє додатково з площиною тертя по шайбі або гайці (головці) болта, що вносить невизначеність в результати вимірювань. У лабораторних умовах випробування виконують за допомогою розривних машин, у виробничих - за допомогою спеціальних пристроїв, що містять вузол стиснення деталей і вузол зсуву деталей, що з'єднується відносно накладок. Відома установка для випробувань на зсув (Б.М. Вейнблат. Высокопрочные болты в конструкциях мостов. М., Транспорт, 1971, с.85, рис.43). У цій установці (пристрої) сила, що стискає деталі, які випробуються, створюється спеціальними домкратами. Відомий прилад для визначення коефіцієнта тертя (А.С. Чесноков, А.Ф. Княжев. Сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах. - М. Стройиздат, 1974. - С.20, рис. 9). Цей прилад містить зразок, що випробується з двома площинами тертя. Деталь, що знаходиться всередині, тобто між двома іншими (накладками), є рухомою, дві інші нерухомими. Ці деталі з'єднані загальновідомими вузлами стиснення і зсуву. Прилад простий у виготовленні, надійний в експлуатації. Проте його використання зводиться до випробування зразків - свідків. Використовувати пристрій на натурних конструкціях не представляється можливим, оскільки в натурі між двома накладками завжди буде знаходитись елемент конструкції, що стикується, яка, як правило, або масивна або стаціонарно закріплена. Наприклад, секція прогонової будови рудно-грейферного крана, міст, підкранова балка та ін. Інакше кажучи, виконати умови, щоб зсувна деталь перебувала між двома накладками (нерухомими деталями) при проведенні випробувань у натурних виробничих умовах практично неможливо. Тому при проведенні випробувань на натурних конструкціях деталь, що зрушується (накладка) повинна бути прикріплена болтом, та мати одну спільну площину тертя з нерухомою деталлю (конструкцією). В цих умовах випробувань неминуче взаємодія зрушуваної деталі з шайбою, гайкою або головкою болта. Відомий пристрій для визначення несучої здатності болтового з'єднання (Патент РФ на полезную модель № 88082, МПК F16B 1/00. Опубл. 27.10.2009 Бюл. № 30). Пристрій містить вузол стиснення та зсуву, що дає можливість проводити вимірювання на натурних конструкціях несучої здатності болтових з'єднань з однією площиною тертя. Однак, визначити коефіцієнт тертя по дотичних поверхнях не представляється можливим, оскільки вузол стиснення деталей, що з'єднуються, не виключає тертя між деталлю, що зрушується та шайбою, яка взаємодіє з нею. Найбільш близьким аналогом за технічною суттю до пропонованої корисної моделі є "Пристрій для вимірювання сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з'єднання з однією площиною тертя" (патент України на винахід № 40198, МПК G01N 19/02. Опубл. 16.07.2001. Бюл. № 6). Це пристрій, що містить нерухому і рухому деталі, сполучені з вузлами стиснення та зсуву. Вузол стиснення, виконаний у вигляді болтового з'єднання, забезпеченого кульовою опорою під головку і шайбою, твердість якої більше твердості деталі, що зрушується, а на її опорній поверхні, поєднаної з гайкою, виконано гніздо, діаметр якого дорівнює діаметру описаної окружності гайки, а на протилежній - насічка. Вузол зсуву виконаний у вигляді двох важелів першого роду, з'єднаних шарнірно і розміщених торцями на нерухомій деталі, один з яких з'єднаний з нерухомою деталлю жорстко, а інший - з можливістю переміщення по нерухомій деталі і взаємодії з рухомою деталлю, а твердість шайби більше твердості деталі, що зрушується є не менш ніж на 20 %. Недоліком найближчого аналога є те, що гайка повинна щільно входити в гніздо на шайбі, оскільки як завгодно малий зазор створює додаткову площину тертя, що іноді вносить неточності в результати вимірювань. До того ж у випадку щільної посадки затягнути гайку практично неможливо. Насічка, що виконана на протилежній стороні шайби, перешкоджає зрушенню тільки при досягненні межі текучості на поверхні деталі, що сполучена з нею. Отже, при недостатньому тиску (низькому рівні натягу болта) можливе проковзування. Це також вносить істотну погрішність. Технічною задачею корисної моделі є створення вузла стиснення, вільного від зазначених в найближчому аналозі недоліків. Тобто створення умов, при яких би зсув відбувався строго по дотичних поверхнях зсувної та нерухомої деталей без впливу тертя на опорних поверхнях гайки і шайби. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для вимірювання сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з'єднання з однією площиною тертя містить нерухому і зсувну деталі, сполучені з вузлами зсуву та стиснення, виконаного у вигляді болтового з'єднання, забезпеченого кульовою опорою під головкою і проміжної деталлю під 2 UA 120539 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 гайкою, згідно з корисною моделлю, проміжна деталь під гайкою виконана у вигляді кульової опори. Притерті дотичні поверхні кульових опор під головкою болта і під гайкою покриті мастилом, що забезпечує значення коефіцієнта тертя не більше 0,05. Корисна модель пояснюється кресленням, на якому зображено пропонований пристрій. Пристрій для вимірювання сили тертя спокою дотичних поверхонь болтового зсувостійкого з'єднання з однією площиною тертя містить вузол стиснення та вузол зсуву. Вузол стиснення містить болт 3, оснащений силовимірювальним пристроєм. Як головка болта 3, так і гайка 4 опираються відповідно на нерухому деталь 1 і зсувну деталь 2 через кульові опори, що включають по дві взаємодіючі сферичні, загартовані шайби 5 і 6. Шайба 5 має увігнуту сферу, шайба 6 - опуклу. Сферичні поверхні цих шайб притерті і покриті мастилом, що забезпечує значення коефіцієнта тертя не більше 0,05. Вузол зсуву містить важелі першого роду 8, сполучені шарнірно та навантажувальний болт 7, оснащений силовимірювальним пристроєм. Важелі торцями опираються на нерухому деталь один, стикуючись бічними гранями з кромкою деталі 2, що зсувається і наполегливої деталі 9, жорстко прикріпленої до важеля (наприклад, за допомогою зварювання) і до нерухомої деталі 1 болтами 10. Працює пристрій наступним чином. В процесі контрольованого натягу болта 7, важелі 8 своїми бічними гранями впираються у крайки зсувної деталі 2 і наполегливої деталі 9, прагнучі їх розсунути. Натяг болта 7 проводять аж до досягнення зрушення зсувної деталі 2 відносно деталі 1. Наполеглива 9 залишається при цьому нерухомою, оскільки сумарне зусилля натягу болтів 10 більше, ніж зусилля у болті 3. Зсув відбувається строго по одній площині тертя. При цьому болт 3 у процесі зсуву деталі 2 відхилиться на деякий кут, оскільки головка цього болта і гайка 4 взаємодіючи з кульовими опорами, утвореними загартованими шайбами 5 і 6 з притертими сферами, змащені поверхні яких мають мізерно малі значення коефіцієнтів тертя. (Крачельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. Справочное зпособие/ М.: Госуд. Науч.-техн. Из-во машиностр. Лит-ры, 1962, с. 187). У той час як нормовані значення коефіцієнтів тертя (там де економічно доцільно проводити вимірювання) знаходяться в межах 0,42 у разі їх газоплам'яної обробки; 0,58 у разі дробометної або дробоструминної обробки (ДБН В.2.6-163: 2010); Фактичні значення можуть досягати 0,75 у разі струминно-абразивного очищення (Патент на корисну модель № 82313, МПК G09D 5/08. G09D 5/20. Опубл. 25.07.2013. Бюл. № 14). Тому при оцінці результатів вимірювань тертям в кульових опорах можна ігнорувати. У процесі проведення випробувань зусилля у болті 3 безперервно контролюється і підтримується на постійному рівні поворотом гайки 4. В іншому випадку до уваги приймається зусилля в болті 3, зафіксоване в момент зсуву деталі 2. Процес і величина зсуву фіксуються будь-яким загальновідомим способом. Наприклад, за рисками, нанесеними чертилкою на нерухомій деталі 1, або за допомогою індикатора годинникового типу. Сила тертя спокою зсувної деталі 2 відносно нерухомої деталі 1 визначається з умови рівноваги важеля. Випробування показали, що запропонований пристрій дає можливість отримати достовірне значення сили тертя по дотичних поверхнях болтових з'єднань на натурних конструкціях шляхом випробування з'єднань з однією площиною тертя. Ґрунтуючись на результатах випробувань за допомогою запропонованого пристрою, можуть бути скорочені не менше ніж у 2 рази обсяги складальних і ремонтних робіт за рахунок спрощення або повного скасування операції підготовки, наприклад піскоструминної, дотичних поверхонь елементів і деталей шляхом урахування фактичних значень сили (коефіцієнта) тертя, виміряної за допомогою запропонованого пристрою. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 1. Пристрій для вимірювання сили тертя спокою по дотичних поверхнях болтового зсувостійкого з'єднання з однією площиною тертя, що включає нерухому і зсувну деталі, сполучені з вузлами зсуву та стиснення, виконаного у вигляді болтового з'єднання, забезпеченого кульовою опорою під головкою і проміжної деталлю під гайкою, який відрізняється тим, що проміжна деталь під гайкою виконана у вигляді кульової опори. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що притерті дотичні поверхні кульових опор під головкою болта і під гайкою покриті мастилом, що забезпечує значення коефіцієнта тертя не більше 0,05. 3 UA 120539 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4