Вопрос №7 Особенности сборки резьбовых соединений и соединений с натягом.
7.1. Особенности сборки резьбовых соединений
Резьбовые соединения относятся к типовым сопряжениям, отличаются простотой, надежностью, возможностью многократной разборки и сборки соединений, поэтому они составляют 70–80% всех соединений современных машин.
Детали резьбового соединения: болт, шпилька, гайка, винт, поступающие на сборку, не должны иметь смятой и изношенной резьбы, отклонение от перпендикулярности оси резьбы к торцу шпильки должно быть 0,05–0,10 мм на длине 50…125 мм.
Во избежание коробления деталей резьбовые соединения следует затягивать в определенной последовательности (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Последовательность затяжки гаек (болтов)
в различных сопряжениях
В начале соединение затягивается торцевым ключом до упора, затем все гайки необходимо довернуть на 1/3 оборота и, наконец, до полной затяжки динамометрическим ключом.
Не следует допускать перетяжки резьбового соединения. Максимальный момент при затяжке болтов и гаек равен:
,
(7.1)
где
– предел прочности материала болта и
шпильки;
– диаметр болта или шпильки.
Распространены следующие разновидности резьбовых соединений:
а) для обеспечения неподвижности и прочности сопрягаемых деталей;
б) для обеспечения прочности и герметичности;
в) для правильности установки сопрягаемых деталей;
г) для регулирования взаимного положения деталей.
Неподвижную посадку шпильки в тело детали осуществляют одним из трех способов.
По первому способу – путем создания натяга по среднему диаметру (радиальный натяг) всех витков.
При втором способе шпилька идет достаточно свободно в гнездо вплоть до сбега, а при дальнейшем ее вращении создается натяг в витках сбега.
В третьем случае неподвижность шпильки обеспечивается за счет буртика, при упоре которого в корпус создается осевой натяг.
Крутящий момент, необходимый для завинчивания шпильки в корпус, зависит от натяга, размеров и состояния резьбы. Принимая условно корпус 1 (рис. 7.2) за толстостенную трубу диаметром D, в которую завинчивается шпилька 2, можно записать выражение:
,
(7.2)
где
– эффективный диаметральный натяг по
среднему диаметру резьбы
,
равный расчетному натягу
,
уменьшенному на
,
где
и
– максимальная высота микронеровностей
резьб шпильки корпуса;
и
– соответственно модули упругости и
коэффициенты Пуассона материала шпильки
и корпуса.
Давление
на условную цилиндрическую поверхность
диаметром
равно:
(7.3)
или,
принимая диаметр тела, куда ввинчивается
шпилька, т. е. условной толстостенной
трубы
,
получаем:
.
(7.4)
Рис. 7.2. Схема завинчивания шпильки
На
боковой поверхности витков резьбы будут
действовать силы трения, вызываемые
давлением
,
определяемым по следующему выражению:
,
(7.5)
где
– параметры резьбы.
Сила
трения
на боковых поверхностях витка резьбы
равна:
,
(7.6)
где
– коэффициент трения;
– площадь
двух боковых поверхностей витка.
.
(7.7)
Момент
силы трения
,
который нужно преодолеть при завинчивании
шпильки, равен:
,
(7.8)
где – число витков
Для метрической резьбы:
,
(7.9)
где
;
;
;
.
Коэффициент трения для стальных шпильки и корпуса равен 0,1…0,2; для чугунного корпуса 0,07…0,15; для алюминиевого или бронзового – 0,04…0,1.
Допуски на перпендикулярность установки резьбовых шпилек назначаются в зависимости от точности и длины выступающей части шпильки.
Например, при длине выступающей части до 50 мм в зависимости от точности допускается отклонение в пределах от 50 до 75 мкм.
Болтовые и винтовые соединения, применяемые в машинах, как правило, используются с предварительной затяжкой (рис. 7.3).
Под
действием силы затяжки
(рис. 7.3а) болт, винт, шпилька удлиняются
на величину
,
а деталь сжимается на величину
.
Рис. 7.3. Схема резьбового соединения
;
;
,
(7.10)
где
– длина болта;
и
– модули упругости материала болта и
детали;
и
– поперечные сечения болта и детали
(условного цилиндра).
При
работе соединения на него действует
возникающее в машине рабочее усилие
,
в результате сила предварительного
натяга
уменьшится на величину
и болт (винт, шпилька) удлинится на
величину
(рис. 7.3б).
Для
болта (шпильки):
.
(3.16)
Для
стягивания детали:
.
(3.17)
При
затягивании гайки момент
,
прикладываемый к ней, идет на преодоление
трения торца гайки
о неподвижную опорную поверхность
скрепляемых деталей и трение в резьбе
:
;
(7.11)
,
(7.12)
где
– коэффициент трения на торце гайки.
,
(7.13)
где
– сила затяжки, действующая по оси
болта;
– угол
подъема резьбы;
– угол
трения;
– средний
диаметр резьбы:
,
(7.14)
где
– шаг резьбы.
Для метрической резьбы:
,
(7.15)
где
– коэффициент трения в прямоугольной
резьбе.
Контроль усилия или момента затяжки осуществляется:
замером удлинения болта (для длинных мощных болтов);
поворотом гайки на расчетный угол;
применением динамометрических ключей.
Надежность резьбовых соединений обеспечивается: а) пружинными шайбами (гроверами), у которых развод разрезанных частей должен быть на величину их толщины, а кромки разреза не затуплены; б) шплинтами; в) отгибными шайбами; г) контргайками (с толщиной – высотой такой же, как и у основной гайки).