Упругий элемент для контроля усилий в резьбовых соединениях

Проектируя на вертикальную ось силы, приложенные к наружной шайбе, найдем условие их равновесия.
Величина контактного давления д, действующего на наружную шайбу в радиальном направлении,
т. . Р 1 2п$к (Р + Р)
Разрежем наружную шайбу на две полушайбы (рис. 3) и выделим двумя сечениями, нормальными к наружной поверхности полушайбы и образующими угол г/ф, бесконечно малый элемент, площадь которого равна. Контактное давление <7, действующее на выделенный элемент, является для него внешней нагрузкой, которая вызывает в плоскостях разреза полу-шайбы окружные нормальные напряжения растяжения <та.
Приравнивая нулю (по условию статического равновесия) сумму проекций всех сил, действующих на разрезанную полу-шайбу в нормальном к разрезу направлении, получим, где и—относительная деформация упругости материала шайбы.
Таким образом, величина АО является критерием действующего в резьбовом соединении осевого усилия и одновременно характеризует чувствительность упругих шайб при измерении этого усилия.
Из ф-лы (6) очевидно, что большим приращением ДО и чувствительностью обладают шайбы из материала, допускающего в пределах упругой деформации возможно большее напряжение аа растяжения, а также шайбы с относительно большим внешним диаметром О.
С целью проверки измерительных свойств упругих шайб и полученных зависимостей было осуществлено контрольное измерение комплектов шайб для болтов М100, изготовленных из стали 35. Параметры конических шайб были приняты следующие: О = 200 мм, к~ 44 мм, Р =- 76 мм, Р — 0,25, Е — 2,1 X X Ю4 кге/мм2; материал, из которого они были изготовлены, — сталь марки 60С2 с пределом текучести = 120 кге/мм2 и шероховатостью рабочих поверхностей V8.
Затяжка соединения производилась завертыванием гаек. Величина усилия затяжки определялась с помощью проволочных датчиков, наклеенных на стержень болта. Напряжения в стержне болта, соответствовавшие контролируемому усилию в 1,67 МН (170 000 кге), были равны 21,6 кге/мм2. Деформация внешнего диаметра наружной шайбы замерялась в двух взаимно перпендикулярных плоскостях индикаторной скобой с ценой деления 0,001 мм. Опытные данные обрабатывались методом средних квадратов.
Наличие всех видов погрешностей измерения, изготовления и затяжки соединения вызывало колебание величины приращения АО внешнего диаметра наружной шайбы в пределах от 0,521 до 0,579 мм при среднеквадратичном значении этой величины 0,555. В процентном отношении такое колебание величины ДО соответствует +4,4-*—6,1% номинального.
Эксперименты показали также хорошее совпадение полученных результатов со значениями, вычисленными по ур-ниям (4) и (6). Условно допустив, что все виды погрешностей резьбового соединения проявляются лишь в изменении величины коэффициента трения [х на конических поверхностях шайб, значение этого коэффициента для полученного колебания приращения ДО внешнего диаметра наружной шайбы можно принять в расчетах в пределах 0,155—0,190 мм.
Таким образом, если учесть, что при затяжке резьбового соединения средних размеров реально могут быть использованы калибры или инструменты с ценой деления не ниже 0,010 мм, то фиксирование абсолютной величины АО увеличения внешнего диаметра наружной шайбы в пределах 0,52—0,58 мм может гарантировать достижение в стержне болта номинального усилия в 1,67 МН с точностью +4,4-5—6,1%.