15. Різьбові з’єднання. Основні геометричні параметри різьб. Основи розрахунку болтових з’єднань

Різьбові з’єднання є найпоширенішими серед рознімних з’єднань. Різьбові з’єднання здійснюються різьбовими кріпильними деталями (болтами, гвинтами, шпильками) або безпосереднім згвинчуванням деталей з різьбою.

Основою різьбового з’єднання є різьба. Різьба, утворена на циліндричній (конічній) поверхні, називається циліндричною (конічною).

Контур перерізу різьби в площині, яка проходить через її вісь (вісь гвинта), називається профілем різьби. Розрізняють п’ять основних профілів різьби (рис.4.5): а – трикутна; б – упорна; в – трапецоїдна; г – прямокутна; д – кругла.

Рис.4.5. Основні види профілів різьби

Якщо на видимій частині циліндра ( конуса) гвинтова поверхня піднімається зліва направо, то різьбу називають правою, а якщо справа наліво, то лівою.

Залежно від кількості витків, які виходять з основи циліндра, різьби бувають: однозаходні, двозаходні й багатозаходні.

Залежно від призначення різьби поділяють на три групи: кріпильна; кріпильно-ущільнювальна; спеціальна.

Рис.4.6. Параметри різьби

До геометричних параметрів різьби належать (рис.4.6):

– зовнішній діаметр різьби d=D, де d і D відповідно номінальні діаметри різьби болта і гайки;

– внутрішній діаметр різьби d₁=D₁, де d₁ – діаметр болта ; D₁– діаметр гайки;

– середній діаметр різьби d₂=D₂ , де d₂ – діаметр болта ; D₂ –діаметр гайки ;

– кут підйому різьби :

,

де Р_n=n P – хід різьби ; n–число заходів різьби ; Р –крок різьби.

Розрахунок різьбових з’єднань полягає у визначенні з умови міцності потрібного діаметра різьби або кількості болтів.

Незатягнуті болти, навантажені осьовою силою, розраховують на розтяг за формулою :

,

де – напруження, які виникають в поперечному перерізі болта; F_a – осьова сила; z – кількість болтів; – площа поперечного перерізу болта; d_p – розрахунковий діаметр болта; [ ] – допустиме напруження.

Затягнуті болти, навантажені осьовою силою, розраховують за формулою:

,

де k_зат – коефіцієнт, який враховує вплив деформації кручення; k – коефіцієнт навантаження; F₃ – cила затяжки; z – кількість болтів.

Болтові з’єднання, навантажені поперечною силою, перпендикулярною до осі болта, мають два конструктивні різновиди:

1.Болт вставлений в отвір із зазором і затягнутий так, щоб сила тертя забезпечувала нерозкриття стику:

,

де – еквівалентні напруження; Q – поперечна сила; f – коефіцієнт тертя між поверхнями з’єднуваних деталей.

2.Болт, поставлений в отвір без зазора. Його діаметр визначають із розрахунків на зріз :

,

де – дотичні напруження на зріз; Q – поперечна сила; і – кількість площин зрізу; z – кількість болтів; – допустиме напруження на зріз.

Сама різьба розраховується із умови міцності на зріз:

,

де Q – осьова сила; z – кількість витків різьби , які працюють одночасно; P – крок різьби; k_р – коефіцієнт повноти різьби; d₁ – внутрішній діаметр різьби.

16. Види нерознімних з’єднань. Загальна характеристика, переваги, недоліки та застосування. Розрахунок зварних і заклепкових з’єднань

До нерознімних з’єднань належать заклепкові та зварні з’єднання.

Переваги заклепкових з’єднань: висока міцність і надійність з’єднання; простота контролю якості з’єднання; можливість з’єднання деталей із будь-яких матеріалів; незмінність фізико-хімічних властивостей матеріалів з’єднуваних деталей у процесі клепання; висока працездатність при ударних і повторно-змінних навантаженнях.

Недоліки: неповне використання матеріалу з’єднуваних деталей внаслідок ослаблення їх заклепковими отворами; складність технологічного процесу виготовлення клепаних конструкцій; трудність з’єднання деталей складної конструкції; з’єднання деталей у стик потребує застосування спеціальних накладок, що веде до додаткового збільшення маси конструкцій.

Заклепки застосовують у з’єднаннях, для яких зварювання і склеювання малоефективні; для з’єднання деталей з різнорідних матеріалів; в особливо відповідальних з’єднаннях (ферми залізничних мостів тощо); у з’єднаннях, які працюють при великих ударних і вібраційних (авіація) навантаженнях та ін.

Заклепки виготовляють із каліброваних прутків із сталі Ст1; Ст2; Ст3; 10; 15, мідних та алюмінієвих сплавів.

За формою головки розрізняють заклепки з напівкруглою головкою, з напівпотайною, плоскоконічною і потайною головками.

Заклепки розраховують на зріз і зминання, а з’єднувані деталі — на розтяг (стиск).

Умова міцності на зріз:

,

де – дотичні напруження, які виникають у поперечних перерізах заклепки; Q – сила, що діє в поперечному перерізі заклепки; – площа поперечного перерізу заклепки; d – діаметр заклепки; і – кількість площин зрізу; z – кількість заклепок у з’єднанні.

Розраховане заклепкове з’єднання перевіряють на зминання за умовою міцності:

,

де – напруження зминання, які виникають на поверхні заклепки; Q – поперечна сила; z – кількість заклепок; – площа зминання; d – діаметр заклепки; δ – мінімальна товщина з’єднуваної деталі.

Переваги зварних з’єднань: щільність і непроникність з’єднань; можливість з’єднувати деталі будь-яких криволінійних профілів довільної товщини; трудомісткість зварного з’єднання значно менша від заклепкового; вартість малосерійних зварних конструкцій нижча від вартості стального литва або поковок.

Недоліки: можливість порушення фізико-хімічних властивостей матеріалів з’єднуваних деталей у зоні зварювання; висока концентрація напружень у зоні зварних швів; складність перевірки якості зварного шва.

Стикові зварні шви розраховують на розтяг. Напусткові зварні шви розраховують на зріз із умови міцності:

,

де – дотичні напруження в поперечному перерізі зварного шва; δ – товщина катета зварного шва; l – довжина зварного шва.