Электронное хранилище учебных материалов

Детали машин. Курс лекций. Модуль №7


Загрузить всю книгу  Книга в формате Adobe PDF  Книга в оргинальном формате, сжатая ZIP

« Пред.

7.1.1 Резьбовые соединения

След. »

- соединения с помощью резьбовых крепежных деталей - винтов, шпилек, гаек. Винт (болт) - стержень с резьбой. Резьба образуется путем винтовых канавок, форма сечения которых соответствует профилю резьбы. Крепежные винты имеют головку. Винт работает во взаимодействии с гайкой. Гайка - деталь с резьбовым отверстием.

Широкое применение резьбовых соединений определяется следующими причинами:

  1. возможностью создания больших осевых сил;
  2. возможностью фиксирования зажима в любом положении (благодаря самоторможению);
  3. возможность многократной переборки;
  4. возможность создания натяга;
  5. возможность регулирования усилия затяжки при сборке;

Резьбы по значению разделяются на крепежные и ходовые. В зависимости от формы профиля резьбы бывают:

треугольные

- высокая прочность витка, стабильность затяжки вследствие большого коэффициента трения;

- большие нагрузки (прочнее);

- (пилообразные);

- не стандартизированы.

трапецеидальные - опорные

прямоугольные - круглые

По числу заходов различают однозаходные и многозаходные.

Участок неполного профиля, получаемый, но технологическим причинам в зоне перехода резьбы изделия к ненарезанной части называется сбегом резьбы.

Все резьбы (кроме прямоугольной), сбег резьбы, проточки, фаски и другие элементы выхода резьбы регламентированы ГОСТом.

Резьбы бывают также цилиндрические и конические.

Основные параметры цилиндрической резьбы.

Крепежные резьбовые детали и способы стопорения.

1. Болты с нормальной шестигранной головкой ГОСТ 7805-70. Болты с уменьшенной головкой ГОСТ 7808-70.

2. Специальные болты (рым-болты), фундаментальные болты и другие

3. Шпильки.

4. Винты для металла (с различной формой головок).

5. Установочные винты

6. Гайки различных конструктивных форм (высокие, низкие, нормальные, корончатые, круглые и т.д.).

Основными материалами для болтов и гаек служат:

  1. низко и среднеуглеродистые стали: Ст3, Ст4 и Ст5;
  2. стали углеродистые качественные: Α-12: 35. 45 и другие;
  3. стали легированные: 40 X, 40 ΧΗ, 30 ХНМА - для напряженных соединении.

Взаимодействие между винтом и гайкой

Резьбовое соединение в ненагруженном состоянии, балочки не деформированы

Податливость резьбы выше податливости стержня винта и тела гайки: все витки имеют одинаковую деформацию и следовательно одинаково нагружены

Податливость стержня винта соизмерима с податливостью резьбы, нижние витки резьбы полупили значительно большую деформацию, чем верхние

Распределение осевой силы между витками резьбы было бы равномерным, если бы резьба была изготовлена абсолютно точно и податливость резьбы были бы значительно выше податливости винта и гайки. На самом деле этот нет. Условно каждую пару витков покажем в виде защемленных балочек:

Диалогично влияние деформации тела гайки неравномерность распределения нагрузки по виткам усугубляется тем, что витки на наиболее растянутой части винта сопряжены с витками, расположенными в наиболее сжатой части гайки.

Задача о распределении сил между витками - статически неопределимая задача. Решил ее Жуковский Н.Б. для гайки с 10-ю витками.

На 1-ый виток приходится 1/3 общей силы, на последний менее 1/100 общей силы. Деформация в резьбе, связанные с погрешностями профиля, и контактные деформации несколько снижают нагрузку на 1-ый виток до 1/5 - 1/4 общей силы.

Крутящий момент завинчивания гайки

где момент в резьбе

где приведенный угол трения

φ - угол трения в резьбе;

Ψ - утл подъема резьбы.

Так как ;

То

где Μκ - момент кручения болта вследствие подъема витков резьбы;

Μтр - момент трения в резьбе.

После снятия ключа стержень остается закрученным вследствие трения на торце гайки.

Момент на торне гайки находится:

При силе затяжки Ρ контактные напряжения при равномерном распределении по торцу гайки

Удельная сила трения

Тогда

площадь бесконечно малого кольца на опорной поверхности. Элементарная сила, которая действует на этой поверхности

где ρ - среднее давление.

Сила трения Элементарный момент трения на торце гайки

Предполагая, что среднее давление ρ распределено неравномерно по опорной поверхности, можно предположить что:

Подставив в Μτ значение получим:

Окончательно:

Коэффициент полезного действия резьбы (без учета трения на торце):

где dh - осевое перемещение, соответствующее повороту на угол 4 γ.

Подставим в коэффициент полезного действия значения ΜΡ и dh.

КПД с учетом трения на торце:

где

Витки резьбы работают на изгиб и срез от действия силы Ρ.

 

Растягивающее напряжение в болте

 

где К - коэффициент полноты резьбы;

Km - коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы; Ζ - число витков резьбы на длине свинчивания.

; ;

Из условия согласно ГОСТа нормальная высота гаек принята:

Расчет болтовых соединений на прочность.

При предварительном выборе размеров болтов и для проверки прочности неответственных соединений применяют упрощенный расчет. По заданному усилию напряжение растяжения

отсюда

где F – растягивающее усилие на болт;

[σ] – допускаемое напряжение на растяжение.

Если болт плотно пригнан по отверстию, то диаметр стержня болта dc определяется из расчета на срез

;

где F – поперечная нагрузка;

[τ] – допускаемое напряжение на срез: [τ]=(0,2-0,3)σΤ

σν – предел текучести материала. Если болт доставлен с зазором, то поперечная нагрузка должна воспринимался силами трения. Болт рассчитывают на силу затяжки:

где f – коэффициент трения;

d1 – внутренний диаметр резьбы. Осевая сила и крутящий момент:

Принимая f=0,15

Расчет соединений при действии внешней осевой нагрузки.

Болт затянут усилием Fо, к стягиваемым деталям приложена сила F. В начальный момент действует усилие затяжки Fo, которое вызывает удлинение болта на величину Δ° и сжатие промежуточных деталей на величину Δ. Если к соединению прикладывается внешнее усилие F, которое вызывает растяжение болта δ, то дополнительное усилие на болт будет:

; ;

Усилие, действующее на промежуточные детали, уменьшается на величину

Сумма усилий:

отсюда:

Дополнительное усилие на болт:

1. Внешняя нагрузка передается на болт частично;

2. Для уменьшения дополнительной силы на болт от, внешней нагрузки необходимо снижать коэффициент основной нагрузки.

Основное правило конструирования резьбового соединения: жесткие фланцы - податливые болты.

Полное усилие на болт будет:

где

χ - коэффициент основной нагрузки.

При

При наличии температурной деформации:

Температурное усилие:

Полное усилие на болт:

Если на болт действует пульсирующее усилие от 0 до F, то амплитуда переменного напряжения в резьбовой части:

постоянное напряжение:

На основании экспериментальных данных: tgα=0,4-0,5.

где α - угол, составленный образующей конуса давления с осью.

Коэффициент податливости:

где

а - радиус опорной поверхности гайки,

2,30 - переход от натуральных логарифмов к десятичным,

λ - приводятся в таблице.

Расчет напряжений кручения

При затяжке резьбовых соединений болт скручивается моментом:

Ig: - усилие затяжки;

ψ - угол подъема винтовой линии;

d - средний диаметр резьбы;

Р - шаг резьбы;

f - коэффициент трения в резьбе:

где

f - коэффициент трения материала гайки по материалу болта;

α - угол профиля резьбы (для метрической резьбы.

Напряжение кручения в резьбовой части:

в стержне

« Пред.

 

След. »