5.4. Конструктивные формы резьбовых соединений

Наибольшее распространение среди резьбовых деталей получили кре­пежные болты, шпильки, винты, гайки.

Соединение болтом (рис. 1.44, а) применяют для деталей сравнительно малой толщины, а также при многократной разработке и сборке соедине­ний. При большой толщине соединяемых деталей предпочтительны шпильки (рис. 1.44, в).

Болты и крепежные винты различают по форме головок, форме стержня, а также по степени точности изготовления (рис. 1.45).

Рис. 44. Виды резьбовых соединений: Рис. 1.45. Формы головок болтов:

а — соединение болтом; б — соединение винтом; в — соединение шпилькой

Рис. 1.45. Формы головок болтов:

а — шестигранные; б, е — полукруглые; в, ж — цилиндрические; г, д — потайные ж — цилиндрические; г, д — потайные.

Чаще применяют болты и винты с шестигранной головкой, так как они позволяют приложить больший момент завинчивания и получить большие силы затяжки деталей.

Гайки различают в зависимости от формы, высоты и точности изготовле­ния (рис. 1.46, 1.47).

Шайбы подкладывают под гайки увеличивая этим опорную поверх­ность и предохраняя детали от задиров. Существуют шайбы пружинные, стопорные и др. применяемые для предохранения резьбовых деталей от самоотвинчивания.

Рис. 1.46. Виды гаек: Рис. 1.47. Гайки шестигранные:

а - гайка круглая, б - а — нормальном высоты; б — высокая; в-

-гайка-барашек - узкие; г — корончатые

5.5. Кпд винтовой пары

При переменных нагрузках условие самоторможения не наблюдается, по­этому применяют различные способы стопорения.

КПД винтовой пары η определяется как отношение полезной работы W_п на винте к затраченной W_з за один оборот винта или гайки.

W_п = Fp_h = Fπd₂tgψ; W₃ = F_tπd₂ = Ftg(ψ + φ')πd₂;

где ψ — угол подъема резьбы;

φ' — приведенный угол трения,

φ' =arctgf ';

f '— приведенный коэфициент трения (рис. 1.35).

Значение КПД имеет смысл для передачи винт—гайка. Для повышения КПД применяют многозаходную резьбу с углом подъема ψ до 40°, а также антифрикционные материалы (бронзу и др.), вводят смазочные материалы.

5.6. Классы прочности и материалы резьбовых изделий

Стальные болты, шпильки и винты изготовляют 12 классов прочности, которые обозначают двумя числами, разделенными точкой: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 6.8 и т. д. Первое число, умноженное на 100, указывает мини­мальное значение временного сопротивления σ_в в Н/мм² (МПа); произве­дение чисел, умноженное на 10, определяют предел текучести σ_т в Н/мм².

Класс прочности деталей выбираетя в зависимости от степени нагружен­ное™. При малой нагруженности принять 5.6; 6.6 — для средней нагру­женное™; 12.9 — для высокой нагруженности.

Таблица 1.13. Классы прочности и механические характеристики болтов, гаек (выборка)

Класс прочности	Временное сопротивление σв, Н/мм2 (МПа)	Предел текучести σт, Н/мм2 (МПа)	Марка	стали
			болта	гайки
4.6	400	240	20	20, Ст3кп3
5.6	500	300	30, 35	10, 10кп
6.8	600	360	20, 20кп	15, 15кп

Для стандартных крепежных резьбовых деталей общего назначения применяют низко- и среднеуглеродистые стали по ГОСТ 1759.4—87.

Таблица 1.14. Механические характеристики марок сталей

Марка стали	Предел прочности σв,МПа	Предел текучести σт, МПа	Предел выносли-вости σ-1, МПа	Марка стали	Предел прочности σв,МПа	Предел текучести σт, МПа	Предел выносли-вости σ-1, МПа
Ст3 и 10	340	200	160	30Х	800	640	280
20	400	240	170	30ХГСА	1000	900	300
35	500	300	180	ВТ16	1200	-	350
40	600	360	240

Углеродистые стали 10...35 являются дешевыми и позволяют изготов­лять болты, винты, гайки методом штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 30Х, 30ХГСА применяют при высоких нагруз­ках на детали, испытывающих переменные и ударные нагрузки.

Значения допускаемых напряжений определяют в зависимости от предела текучести а_т, так как в большинстве случаев резьбовые изделия изготовля­ют из пластичных материалов.

При расчете на растяжение: [σ]_р = σ_τ/[s]_T, (a, — см. табл. 1.14).

При расчете на срез: [τ]_ср = 0,4 σ_τ.

При расчете на смятие: [σ]_см = 0,8 σ_τ.

Значения допускаемого коэффициента запаса прочности [s]_T зависят от характера нагрузки, качества монтажа (контролируемая или неконтро­лируемая затяжка), материала крепежных деталей из углеродистых сталей:

• для незатянутых соединений [s]_T=l,5...2 (в общем машинострое­нии);

• для грузоподъемного оборудования [s]_T = 3...4;

для затянутых соединений [s]_x = 1.3...2, (при контролируемой затяж­ке) и [s]_x — при неконтролируемой затяжке.

Таблица 1.15. Значение допускаемого коэффициента запаса [s]

Материал болта	[s]т при неконтролируемой затяжке и постоянной нагрузке при
	М6...М16	М16...М30	М30...М60
Углеродистая сталь	5...4	4...2,5	2,5...1,5
Легированная сталь	6,5...5	5...3,3	3,3