11 Классификация резьбовых соединений

Резьбовые соединения широко используются в конструкциях различных машин (свыше 60% всех деталей современных машин имеют резьбу). Резьбовая поверхность образуется при винтовом перемещении плоского контура определенной формы по цилиндрической или конической поверхности. В результате такого перемещения получается цилиндрическая или коническая резьба.

Резьба может быть получена как на наружных, так и на внутренних поверхностях.

По эксплуатационному признаку, т. е. по области применения, резьбы делят на резьбы общего назначения и специальные;

- по профилю поперечного сечения их можно разделить на треугольные, трапецеидальные, прямоугольные, круглые и др.;

- по общей форме резьбовой поверхности - на цилиндрические и конические;

- по числу заходов - на одно-, двух-, трех- и многозаходные;

- по направлению витков - на правые (завинчивают по часовой стрелке) и левые (завинчивают против часовой стрелки);

- в зависимости от используемых единиц измерения резьбы разделяются на метрические и дюймовые.

К резьбам общего назначения относятся резьбы:

- крепежные (метрическая, дюймовая) - используются для обеспечения разъемных соединений, главное требование к которым - обеспечить прочность соединения и сохранить плотность стыка в процессе эксплуатации;

- кинематические (трапецеидальная и прямоугольная). Такие резьбы используются на ходовых винтах станков, измерительных приборов, домкратах, прессах и т. п. Они предназначены для передачи движения и усилий. Прямоугольные резьбы имеют наименьшие потери на трение, но не стандартизованы и не рекомендуются к применению из-за нетехнологичности изготовления. Упорные резьбы предназначены для восприятия односторонних больших нагрузок и служат для преобразования вращательного движения в прямолинейное в прессах, домкратах. Основное требование к этим резьбам - обеспечение точного и плавного перемещения, во многих случаях способность выдерживать большие нагрузки;

- трубная и арматурная - цилиндрические и конические, используемые для соединения труб в нефтеперерабатывающей промышленности, сантехническом оборудовании и т. д. Основное требование к этим резьбам - обеспечение герметичности и прочности соединения.

Общими требованиями для всех видов резьбы является обеспечение свинчиваемости независимо изготовленных деталей без пригонки и надежное выполнение заданных функций.

12 Теория винтовой пары. Распределение нагрузки по виткам резьбы

Определение моментов сил трения

 Если винт нагрузить осевой силой, то для завинчивания гайки к ключу нужно приложить момент завинчивания, а к стрежню винта – реактивный момент сил трения в резьбе.

 Момент сил трения в резьбе определяется, рассматривая гайку как ползун, поднимающийся по наклоненной плоскости. Ползун находится в равновесии, если равнодействующая  системы внешних сил отклонена от нормали на угол трения. Внешние силы: осевая и окружная сила.

 Стрежень  винта  не  только  растягивается осевой силой, но и закручивается реактивным моментом сил трения в резьбе.

При отвинчивании гайки  окружная сила и сила трения меняют направление.

Самоторможение и ККД винтовой пары

 Условие самоторможения: момент отвинчивания больше нуля.

 Все крепежные резьбы — самотормозящие.

 Ходовые резьбы выполняют как самотормозящими, так и несамотормозящими.

 При переменных нагрузках и особенно при вибрациях вследствие взаимных микросдвигов поверхностей трения (например, в результате радиальных упругих деформаций гайки и стрежня винта) коэффициент трения существенным образом снижается (до 0,02 и ниже). Условие самоторможения нарушается. Происходит самоотвинчивание.

 ККД винтовой пары  представляет интерес главным образом для винтовых механизмов. Его можно вычислить по отношению работы, израсходованной на завинчивание гайки без учета трения, к той же работе с учетом трения. Работа завинчивания равна произведению момента завинчивания на угол поворота гайки.

 Вследствие того, что большинство винтовых механизмов самотормозящие, их ККД меньше 0,5.

 ККД возрастает с увеличением угла подъема винтовой линии и уменьшением угла трения. Для увеличения угла подъема резьбы  в винтовых механизмах применяют многозаходные винты. В практике редко применяют винты, в которых угол подъема больше 20...25°, потому что дальнейший прирост ККД незначительный, а изготовление резьбы затруднено. Кроме того, при большем значении угла подъема винтовой линии резьбы уменьшается выигрыш в силе или передаточное отношение винтовой пары.

 Для повышения ККД винтовых механизмов используют различные средства, снижающие трение в резьбе:

• антифрикционные металлы,

• тщательную обработку и смазывание трущихся поверхностей,

• установку подшипников под гайку или упорный торец винта,

• применение шариковых винтовых пар и др.

Распределение осевой нагрузки винта по виткам резьбы

Осевая нагрузка передается через резьбу гайке и уравновешивается реакцией ее опоры. Каждый виток нагружается соответствующей силой таким образом, что наиболее нагруженными становятся нижние витки гайки, а последние мало нагруженные. Поэтому нецелесообразно увеличивать число витков гайки. Также при постоянной высоте гайки нецелесообразно применять мелкие резьбы.

 Конструкции специальных гаек (висящие гайки: гайки с кольцевой выточкой, со срезанными вершинами нижних витков) позволяют выравнивать распределение нагрузки в резьбе. Целесообразно использование специальных гаек при переменных нагрузках, при этом динамическая прочность увеличивается до 20-30%.

16. Заклёпочное соединение — неразъёмное соединение деталей при помощи заклёпок. Обеспечивает высокую стойкость в условиях ударных и вибрационных нагрузок. На современном этапе развития технологии уступает местосварке и склеиванию, обеспечивающим большую производительность и более высокую прочность соединения. Однако по-прежнему находит применение по конструктивным или технологическим соображениям: в соединениях, где необходимо исключить изменение структуры металла, коробление конструкции и перегрев расположенных рядом деталей; соединение разнородных, трудно свариваемых и не свариваемых материалов; в соединениях с затруднительным доступом и контролем качества; в случаях, когда необходимо предотвратить распространениеусталостной трещины из детали в деталь.

Клеевым называется неразъёмное соединение составных частей изделия с применением клея. Действие клеев основано на образовании межмолекулярных связей между клеевой плёнкой и поверхностями склеенных материалов. Применяют для соединения металлических, неметаллических и разнородных материалов. Клеевые соединения применяют в таких ответственных конструкциях, как летательные аппараты и мосты. Достоинства клеевых соединений 1) возможности соединения практически всех конструкционных материалов в любых сочетаниях, любой толщины и конфигурации; 2) герметичность;  3) коррозийная стойкость соединений; 4) не создают концентрации напряжений,  5) не вызывают коробления деталей;  6) надёжно работают при вибрационных нагрузках; 7) клеевые соединения дешевле;  8) клеевые конструкции при прочих равных условиях обладают меньшей массой.

17 Шпоночные и шлицевые соединения предназначаются для передачи крутящего момента. С их помощью закрепляют на валах шкивы, шестерни, муфты, вентиляторы и другие детали. Наиболее распространены призматические шпонки (рис. 9, а), устанавливаемые в пазы валов с натягом по боковым граням. Для облегчения монтажа охватывающей детали на вал между верхней гранью шпонки и дном канавки в детали оставляют зазор. Когда деталь должна в процессе работы свободно перемещаться в осевом направлении, в соединении между шпонкой и боковыми гранями детали оставляют зазоры, а шпонку прикрепляют к валу винтами. Сегментные шпонки (рис. 9, б) имеют небольшую длину, поэтому их применяют в малонагруженных соединениях. По сравнению с призматическими шпонками они имеют некоторые технологические преимущества: пазы в валах прорезают дисковыми фрезами, имеющими высокую производительность, крепление шпонок на валу получается устойчивее вследствие большей глубины врезания. Демонтаж шпонок несложен и осуществляется легким ударом по концу шпонки. Шпоночные соединения на большие крутящие моменты приходится выполнять со шпонками большого сечения, а пазы в валах с большой глубиной, что снижает их прочность. В шлицевых соединениях (рис. 9, в) усилие воспринимается большим числом выступов, что позволяет при значительных моментах ограничиться выступами небольшой высоты. Современные методы обработки шлицевых деталей обеспечивают высокую точность и их взаимозаменяемость. Применяют шлицевые соединения прямоугольные, треугольные и эвольвентные. В зависимости от используемой посадки шлицевые соединения разделяют на подвижные, легкоразъемные и тугоразъемные.