Виды резьбовых соединений

1. Болтовое соединение (БС):

+ наиболее простое и дешевое;

- требует места для головки и гайки;

- затяжка производится при помощи двух ключей;

2 – Винтовое соединение (ВС):

+ имеет меньшую массу;

+ в качестве деталей ВС используются болты и винты;

+ затяжка – одним ключом;

- сложнее в изготовлении (резьба нарезается в детали 2);

- возможен износ резьбы в детали 2 (при частой сборке-разборке);

3. – Шпилечное соединение (ШС);

+ удобно применять при частой сборке-разборке;

+ затяжка одним ключом;

Длина резьбового конца (в долях от номинального диаметра резьбы) зависит от материала детали 2: чем "слабее" материал (чугун, алюминиевые сплавы и т. п.), тем длиннее резьбовой конец;

ДЕТАЛИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Комплект РС включает следующие детали:

1. Болты (в большом ассортименте, различные ГОСТы);

2. Винты (имеют шлицы под отвертку) – (большой ассортимент, различные ГОСТы);

3. Шпильки (большой ассортимент, различные ГОСТы);

4. Гайки (большой ассортимент, различные ГОСТы);

5. Шайбы (выравнивающие и стопорные) – (большой ассортимент, различные ГОСТы);

Возможно применение шплинтов (для фиксации гаек);

В силовых соединениях рекомендуется применять винты не менее М6. При помощи отвертки трудно обеспечить надежную затяжку ВС.

КЛАССЫ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ РС

А). Для болтов, винтов, шпилек имеется 12 классов прочности, соответствующие различным сталям и технологии изготовления, и которые указываются в обозначении деталей:

3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 6.9; 8.8; 10.9; 12.9; 14.9;

Например, в обозначении болта М12-6gх45. 58 ГОСТ…. класс прочности 5.8 (записывается без точки) указывает на механические характеристики материала болта:

1. 5 х 100 = σ_В = 500 МПа – предел прочности;

2. 5 х 8 х = σ_Т = 400 МПа – предел текучести;

Б) Для гаек имеется 7 классов прочности: 4; 5; 6; 8; 9; 10; 12, которые указываются в обозначении гайки: Гайка М12 – 7Н.5 ГОСТ…

Класс прочности гайки указывает на максимальный класс прочности болта, который можно использовать с данной гайкой (в противном случае может начаться разрушение гайки). Например, с гайкой с классом прочности 5. не рекомендуется использовать болты с классом прочности 6.6 и выше.

СИЛОВЫЕ ОТНОШЕНИЯ В ВИНТОВОЙ ПАРЕ

Допущение: выводимые зависимости справедливы для прямоугольной резьбы

Производится затяжка (и отвинчивание) БС. К головке болта и гайке прикладывается момент ключа Т_кл. Гайка перемещается (вверх – при затяжке) по винтовой линии с постоянной скоростью V = const. Болт растягивается усилием предварительной затяжки F₀. Витки гайки прижимаются к виткам болта тем же усилием F₀.

В качестве модели винтовой пары рассматриваем наклонную плоскость, по которой перемещается "ползунок" (элемент гайки).

Известно:

- размеры [d, d₁,d₂,Z (шаг), h (ход)];

- коэффициенты трения:

f _В-Г - пары винт-гайка;

f _Г-Д – гайка-деталь;

1. ЗАВИНЧИВАНИЕ ГАЙКИ

"Ползунок" (гайка) находится в равновесии под действием сил F_t (движущая сила),, F₀ (усилие предварительной затяжки), и R (равнодействующая реактивных сил: N – нормальной реакции, и F_тр – силы трения). ; тогда из рисунка: ; Умножая обе части равенства на , получим выражение для момента сопротивления (завинчиванию) в резьбе:

- завинчивание

2. ОТВИНЧИВАНИЕ ГАЙКИ

При отвинчивании ползун перемещается с постоянной скоростью вниз по наклонной плоскости. Движущая сила F_t и сила трения F_тр направлены в противоположную сторону.

Из векторного равенства определим усилие F_t:

Тогда момент сопротивления (отвинчиванию) в резьбе будет равен:

- отвинчивание (резьба самотормозящаяся)

3. САМООТВИНЧИВАНИЕ – предельный случай

Гайка "сползает" вниз по наклонной плоскости с постоянной скоростью V. Для предотвращения "сползания" необходимо приложить F_t – поддерживающую силу.

Из векторного равенства определим усилие F_t: ;

Тогда момент сопротивления (отвинчиванию) в резьбе будет равен:

- (резьба несамотормозящаяся);

(Как отмечалось выше, все сделанные выкладки справедливы для прямоугольной резьбы).

ДЛЯ ПРОФИЛЬНОЙ РЕЗЬБЫ (с учетом угла профиля резьбы):

В прямоугольной резьбе

Сила трения:

В профильной резьбе

С ила трения: ;

где - приведенный коэффициент трения.

Тогда углы трения будут соответственно равны:

- для прямоугольной резьбы;

- для профильной резьбы;

П оэтому в общем случае:

;

Момент сопротивления (трения) в резьбе:

; (*)

В метрической резьбе самый большой угол профиля (α = 60⁰), поэтому он, являясь крепежной, она имеет самый большой момент сопротивления: ;

В прямоугольной резьбе α = 0⁰, поэтому - имеет самое маленькое сопротивление (но не стандартизована);

В упорной резьбе α = 3⁰: - практически не отличается от прямоугольной резьбы;

В трапециидальной резьбе α = 30⁰:

МОМЕНТ СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ГАЙКИ

При вращении гайки возникает трение между деталью и торцом гайки. Трение возникает на кольцевой поверхности с диаметрами S₀ – d₀, где S₀ – "размер под ключ", а d₀ – диметр отверстия в детали под болт (d₀ = d +1…2).

На кольцевой площадке с радиусами действует давление и элементарная нормальная сила dN. Тогда элементарная сила трения на площадке: ;

В этом случае элементарный момент трения на опорной поверхности гайки будет равен:

;

Момент трения на опорной поверхности (кольцевая пята):

или, с учетом выражения для q:

(**)

Момент трения на опорной поверхности можно также определить из выражения:

;

В приведенных выражениях и - представляют собой радиус трения R_тр.

Полагая в (**) d₀ = 0, и обозначая S = d_оп, получим выражение для определения момента трения на опорной поверхности болта (аналог примитивной струбцины):

; (***)

В общем случае момент на ключе при затяжке БС:

;

Задаваясь длиной ключа, например, , можно определить усилие на ключе F_кл; Или, наоборот, задаваясь усилием на ключе F_кл, можно найти длину ключа L_кл.

КПД ВИНТОВОЙ ПАРЫ (ПРИ ЗАВИНЧИВАНИИ)

;

где ; ;

КПД ВП возрастает с увеличением угла подъема в.л. (увеличением шага или использования многозаходной резьбы, уменьшением f, уменьшением угла профиля резьбы);

Что бы гайка не отвинчивалась необходимо выполнение условия:

; или откуда - условие самоторможения

СРЕДСТВА ПРОТИВ САМОТВИНЧИВАНИЯ

При динамическом воздействии (вибрации) в сопряжении витков гайки и болта происходят микроперемещения, и силы трения меняют свое направление, в результате чего может произойти ослабление контакта и самоотвинчивание гаек. Против самоотвинчивания применяются следующие средства:

1. За счет увеличения сил трения: - пружинные шайбы Гровера, контргайки; (в этом случае за счет упругих свойств шайбы или воздействия контргайки увеличивается трение между витками)

2. За счет механической фиксации: - лепестковые и многолапчатые шайбы, шплинтовка и обвязка проволокой; в приборных РС – фиксация посредством лаков или краски;

3. За счет деформирования резьбы: чеканкой, раскернированием;

(посмотреть в учебнике рисунки – самостоятельно)

ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ РС

- Прочность (для крепежных РС);

- Износостойкость (для ходовых винтов);

- Устойчивость (например, винты домкратов);