Момент завинчивания

При завинчивании гайки или винта ключом создают момент завинчивания (рис. 3.22):

,

где F_p – сила, приложенная на конце ключа; l – расчетная длина ключа;

Рис. 3.22. Схема для определения момента завинчивания

Т – момент сопротивления в резьбе, определяемый по окружной силе F_t, приложенной по касательной к окружности среднего диаметра d₂ резьбы:

.

Здесь F₀ – сила затяжки болта; T_f – момент трения на опорном торце гайки или головки винта.

Опорный торец гайки представляет собой кольцо (рис. 3.23) с наружным диаметром D₀, равным диаметру фаски и внутренним диаметром d₀, равным диаметру отверстия под болт в детали.

Рис. 3.23. Схема для определения момента трения на торце гайки

Исходя из равного износа всех точек опорного торца, можно получить, что равнодействующая сила трения R_f = F₀f приложена на среднем радиусе R_ср = (D₀ + d₀)/4 опорной поверхности гайки.

При этом

.

Следовательно, момент завинчивания (момент на ключе)

.

Способы стопорения резьбовых деталей

Стопорение резьбовых деталей осуществляют различными способами, при которых используют:

1. Дополнительное трение в резьбе, создаваемое с помощью контргаек, пружинных шайб (рис. 3.34, а), фрикционных вставок в винты или гайки (рис. 3.24, б, в) и т.п.

Пружинные шайбы 1 (рис. 3.24, а) представляют собой один виток цилиндрической винтовой пружины с квадратным сечением и заостренными краями.

Самоконтрящимися являются гайки с завальцованным пластмссовым стопорным кольцом (рис. 3.24, в). Резьба в кольце образуется при навинчивании на винт.

Рис. 3.24. Стопорение дополнительным трением в резьбе

2. Фиксирующие детали, т.е. шплинты (рис. 3.25, а), проволоку (рис. 3.25, б) стопорные шайбы с лапками, которые отгибают после завинчивания гаек или винтов (рис. 3.25, в).

Рис. 3.25. Стопорение фиксирующими деталями

3. Приварку (рис. 3.26, а) или пластическое деформирование: расклепывание (рис. 3.26, б), кернение (рис. 3.26, в). Такие способы применяют, когда соединение не требует разборки.

4. пласты, лаки, краски и клеи которые наносят на резьбу перед завинчиванием.

Рис. 3.26. Стопорение приваркой и пластическим деформированием

Расчет резьбовых соединений на прочность

Расчет на прочность резьбового соединения проводят только по одному основному критерию – прочности нарезанной части стрежня на растяжение:

,

где F₀ – осевая сила, растягивающая винт; - допускаемое напряжение при растяжении; А_р – расчетная площадь поперечного сечения нарезанной части винта.

Стандартом принята номинальная расчетная площадь А_р поперечного сечения винта с крупным шагом резьбы:

,

где d_p – условный расчетный диаметр резьбы винта:

.

Здесь d₂ – средний диаметр резьбы; d₃ – внутренний диаметр резьбы винта по дну впадины.

Эквивалентное напряжение в стержне по гипотезе энергии формоизменения:

.

Расчет винтов, работающих на совместное действие растяжения и скручивания, можно вести на одно растяжение, принимая при этом не силу затяжки F₀, а увеличинную с учетом скручивания силу F_расч.

Для метрических резьб в среднем

.

Минимально допустимое значение расчетного диаметра d’_p резьбы болта определяют из условия прочности:

,

откуда

,

где - допускаемое напряжение растяжения:

.

Здесь - предел текучести материала болта; - коэффициент запаса прочности.

Болтовое соединение нагружено с двигающей силой F. Чаще всего в таком соединении (рис. 3.27) болт ставят с зазором в отверстия деталей. Внешняя сила F непосредственно на болт не передается.

Рис. 3.27. Схема для расчета болтового соединения, нагруженного сдвигающей силой F

Р асчет болта проводят по силе затяжки F₀:

,

Где К = 1,4...2 – коэффициент запаса по сдвигу деталей; f – коэффициент трения; i – число стыков; z – число болтов.

Д ля уменьшения силы затяжки болта при нагружении соединения сдвигающей силой применяют различные замки, втулки, штифты и др. (рис. 3.28). Роль бота в таких случаях сводится к обеспечению плотного соединения деталей.

Д

Рис. 3.28. Устройства для разгрузки резьбовых деталей от сдвигающих сил

ля уменьшения диаметров болтов применяют также болты для отверстий из-под развертки. Они могут быть (рис. 3.29) цилиндрическими (а) или конусными (б). Затяжка соединения гайкой предохраняет болт от выпадания, увеличивает несущую способность соединения за счет трения на стыке. Работают такие болты на срез, как штифты.

Рис. 3.29. Схема для расчета болтов, поставленных без зазора в отверстия из-под развертки

Диаметр стержня болта d₀ определяют из условия прочности на срез:

,

Где i = 1...2 – число болтов; - допускаемое напряжение на срез стержня болта:

.

Болтовое соединение предварительно затянуто при сборке и нагружено внешней осевой растягивающей силой. Этот случай соединения часто встречается в машиностроении для крепежных крышек цилиндров (рис. 3.30, а, б), находящихся после сборки под давлением, головок блоков цилиндров ДВС, крышек подшипниковых узлов и т.п.

Рис. 3.30. Схема для расчета болтового соединения

а – болт затянут, соединение не нагружено;

б – болт затянут, соединение нагружено

Суммарная сила действующая на болт

.

Минимальная сила предварительной затяжки болта, обеспечивающая нераскрытие стыка деталей

,

Практически предварительная затяжка болта F₀ должна быть больше F_0min. Из условия нераскрытия стыка соединяемых деталей принимают:

,

где К_зат – коэффициент запаса предварительной затяжки.

Расчетная сила болта с учетом влияния скручивания при затяжке:

.