Конструктивные формы резьбовых соединений. Стандартные крепежные изделия

В зависимости от назначения резьбового соединения в машино­строении применяют разнообразные типы крепежных изделий: бол­ты, винты, шпильки, гайки, шайбы, параметры и качественные ха­рактеристики которых стан-Z) frh> дартизованы.

Болтом (рис. 224, а) называют цилиндрический стержень с резьбой и голов­кой (шестигранной, реже че­тырехгранной, полукруглой и т. д.). Резьбу на болтах на­катывают или нарезают (см. рис. 92). Стержень болта с головкой может быть сделан из чистотянутого шестигран­ного прутка или другого профиля, соответствующего профилю головки болта. Мож­но изготовить болт методом холодной или горячей вы­садки с последующей обра­боткой поверхностей головки или ковкой без обработки поверхностей стержня и головки. Болты применяют в соединениях, в которых соединяемые детали имеют относительно небольшую толщину (рис. 225).

Винт (рис. 224, б)~-это болт, гайкой которого служит одна из скрепляемых деталей. В зависимости от размеров и назначения винты (болты) имеют различные головки: шестигранные, четырех­гранные, цилиндрические с внутренним шестигранником под ключ, цилиндрические полукруглые, потайные со шлицем под отвертку, крестообразные (рис. 224, в).

Шпилька (ГОСТ 11765—76) —цилиндрический стержень с вин­товой нарезкой с обоих концов (рис. 224, г). Шпильки применяют в тех случаях, когда болт нельзя пропустить через детали, имеющие слишком большую толщину, либо болт пересечет другие детали (рис. 226), или когда часто используют сборочно-разборочные опе­рации.

Гайка —деталь с резьбовым отверстием. Гайка является замы­кающим элементом резьбового (болтового) соединения. В зависи­мости от назначения гайки имеют разнообразную конструктивную форму: шестигранные— нормальные (# = 0,8d) с одной фаской

(рис. 227,а), с двумя фасками (рис. 227,6), высокие с Я до l,6d и низкие с # = (0,5...0,6) d, применяемые соответственно при боль­ших и малых осевых силах; прорезные и корончатые (рис. 227, в, г),

Рис. 228

а)	ош	б)		ош
	w			ж
	щ			Ш'

з акрепляемые шплинтами; квадратные (рис. 227,3); круглые цами или отверстиями на торце под специальный ключ (рис. гайки-барашки (рис. 227, ж), применяемые при небольших силах и частом завинчивании-отвинчива­нии; гайки с буртиком для уменьшения давления на опорную поверхность; гай­ки с глухим резьбовым отверстием для предотвращения утечки жидкости или газа и т.д.

Г ОСТ 1759—70 регламентирует классы прочности для болтов, винтов и шпилек с

со шли-227, е)\ осевых

d=l... 48 мм: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8..., где первое число, умноженное на 100, равно a_B(min), (МПа), второе число, умножен­ное на 10, определяет а_т/а_в (%), а произведение этих чисел, ум-­ноженное на 10, равно а_г (МПа), и для гаек: 4, 5, 6, 8,...; умно­жение числа на 100 равно напряжению от испытательной нагрузки а _Р.

/ Покрытие указанных деталей обозначают: 00 —без покрытия, 01—цинковое с хроматированием, 03 —никелевое, 05 —окисное, 09 —цинковое и др.

О бозначение болта с шестигранной головкой диаметром d — 16 мм, с мелкой метрической резьбой шагом Р= 1,5 мм, длиной 1 = 70 мм: Болт М16х 1,5.46.03 ГОСТ 7805—70, где 46 = 4.6 — класс прочности, а 03—никелевое покрытие болта; 00 не указы­вают.

Шайба (подкладная и сто­порная)—деталь небольшой тол-

Рис. 232

щины с круглым отверстием для свободного прохода болта, винта, шпильки (рис. 228). Подкладную шайбу закладывают между соединяе­мой деталью и гайкой или между деталью и головкой болта (винта) для выравнивания и уменьшения напряжения смятия на опорной по­верхности детали и предохранения поверхности от повреждения. Размеры шайб для болтов и гаек с шестигранной головкой регла­ментированы СТ СЭВ 280—76 (рис. 228, а) и СТ СЭВ 281—76 (рис. 228,6). Стопорные шайбы (ГОСТ 13463... 13466—77 и др.) применяют для предохранения гаек от самоотвинчивания.

Специальные болты (винты): фундаментные болты (рис. 229) для соединения машин с фундаментом; распорные болты (рис. 230) для сохранения постоянного расстояния между соединя­емыми деталями; анкерные болты (рис. 231) для укрепления станин машин, работающих с динамическими (ударными) нагрузками, к фундаменту; откидные болты (рис. 232) для закрепления и осво­бождения деталей в часто разбираемых соединениях; установочные винты (рис. 233) для закрепления на валу установочных колец, небольших шкивов, указателей и т.д. с целью предотвратить их смещение вдоль оси вала при небольших осевых силах.

СТ СЭВ 216, 217—75 регламентирует болты с полукруглой и потайной головками и усом.

Гаечные замкм. Материалы крепежных изделий

Угол подъема г|) крепежной резьбы всегда меньше угла трения р, поэтому крепежная резьба обладает свойством самоторможения (силы трения между резьбой винта и гайки устраняют самоотвинчивание).

о)

У резьбы с мелким шагом угол подъема' я|э меньше, чем у резьбы с крупным ша­гом, и, следовательно, большая надеж­ность от самоотвинчивания.

При работе резьбового соединения в условиях вибраций, сотрясений, динами- ческих и ударных нагрузок осевая си- ла затяжки болта и сила трения в резь- бе уменьшаются, а возможность само- произвольного отвинчивания гайки увели- чивается. В таких случаях гарантирован- ная надежность резьбового соединения может быть обеспечена с помощью гаеч- ного замка-— стопорного устройства, пре- пятствующего самоотвинчиванию гайки. В качестве гаечных замков применяют, Рис. 234 в частности, специальные шайбы —разрез-

ные пружинные (рис. 234, а) и с отгиба­емыми лепестками (рис. 234, б). При применении прорезных или корончатых гаек их стопорение осуществляют шплинтами (рис. 235, а). Иногда применяют обвязку проволокой (рис. 235, б), при­варку гайки к стержню болта или к опорной поверхности (рис. 235, в) и др.

а)

_JSL

Крепежные изделия изготовляют из углеродистой конструкцион­ной стали Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5; 30; 35; 40; 45; 50. Для ответствен­ных или специальных соединений крепежные изделия изготовляют из легированной стали, например, 40Х; ЗОХН; 40ХН; ЗОХНМА, а также из сплавов цветных металлов и пластмасс.

Соотношение между силой затяжки и силой на ключе. Момент трения в резьбе и на торце гайки или головки болта

При завинчивании гайки ключом (рис. 236, а) в резьбе и на опорной поверхности гайки (головки болта) действуют моменты сил сопротивления, обусловленные трением между взаимно перемещаю­щимися поверхностями и силами упругости винта. Типовые гаечные ключи изображены на рис. 236, б.

В случае равномерного вращения гайки момент движущих сил T = F_VL равен сумме моментов сил сопротивления: моменту в резьбе [см. рис. 96 и формулу (134) при F_a = F_a]

М (F₍) = F_t• 0,5d₂ = F₃• 0,5d₂ tg (ф + p')

и моменту трения на опорной поверхности

М (F₃) =f_oaF₃R_KP = F₃ {\f_m (D³-d»_T)]/[3(D« - <&)]>.

Следовательно,

²

3(Z>

F_VL

<Mg(tfr+_P') , /< 2 i

^д-|Йт)1 — <*от) J

(223)

где d_a —средний диаметр резьбы; p'=arctg/' —приведенный угол трения; /_оп —коэффициент трения между поверхностью гайки (го­ловки винта) и соединяемой детали; D —размер захвата гаечного ключа; d_0T = d+ 1... 1,5 мм—диаметр отверстия для болта; F_p— сила на ключе при затягивании болта; Fg—-сила затяжки болта (осевая сила, растягивающая болт); L —расстояние от точки при­ложения силы F_p до оси болта (винта) (см. рис. 236, a); R_np = (0³—^т)/[3(0²—^_х)] —приведенный средний радиус трения.

Расчет и практика эксплуатации резьбовых соединений показа­ли, что болты с резьбой, меньшей М10, при затяжке стандартными ключами (L« 15d) могут быть разрушены. Например, болт с резь­бой Мб из стали СтЗ разрушается при силе на ключе F_P«45H.

Поэтому при проектировании резьбовых соединений для среднего и тяжелого машиностроения не рекомендуется применять болты с резьбой, меньшей М8 (безопасная затяжка болтов малых диамет­ров осуществляется специальными ключами, ограничивающими раз­мер силы iFp).

Рекомендуемая глубина завинчивания винта (болта): //«0,9d—-в стальные детали, Н_х & l,4d — в чугунные детали, Н_г«(1,5.. ,2)d — в детали из легких сплавов.

Задача 50. Вычислить допускаемую силу F_v, которую рабочий может прило­жить к рукоятке ключа при затяжке болта из стали СтЗ с резьбой: а) М10; б) М12, М24. Расчетная длина рукоятки ключа L = \6d. Допускаемая сила затяжки [F_B] и размер захвата гаечного ключа D (размер «под ключ» s) следующие:

d, мм... 8 10 12 16 20 24 30 [fal.KH... 1,40 2,40 3,60 7,50 14,0 23,0 45,0 s = D, мм... 12 14 17 22 27 32 41

Решение, а). 1. По табл. П29 для резьбы М10 d₂ = 9,026 мм, Р = 1,5 мм.

2. Коэффициент трения для стали по стали или по чугуну всухую принимаем по табл. П1 / = 0,13.

3. Угол подъема резьбы определяем с помощью формулы (133):

_{^=arct^(^0=arctKOT6)==arctgo,053 = 3002'-}

4. По формуле (136) находим приведенный угол трения р при а = 60°:

tg p'=//cos (а/2),

откуда

р'= arctg [//cos (а/2)J = arc tg [0,13/cos (6072)] = arc tg 0,15 = 8°32'_#

5. Определяем расстояние от точки приложения силы до оси болта:

L=15rf=15-10= 150 мм.

6. По данным, приведенным в условии задачи, определяем значение допуска- емой силы затяжки болта [F_s] и размер захвата гаечного ключа:

[F₃] = 2,4 кН, D = 14 мм.

7. Находим диаметр отверстия для установки болта:

</_ox = d+(l...l,5) мм = 10+1...1,5 мм, принимаем d_0T= 11 мм.

8. По формуле (223) определяем допускаемую силу, приложенную рабочим к рукоятке ключа при /_ОП = 0,13.

Учитывая формулу (223)

F_VL = F,

[ 2 f 3(D*--^_T) У

3(Я²-^т) J

получаем [F_P]«I£! tg №+Р^/о, (У-А)

_2,4-10³ r9,026tg(3°02' + 8°32') . 0,13(14³—ll³)] ["9^02^0^204 150 L 2 3(14?—II²) J L 2 ~Г

+ ^0Л₃³'₇¹₅⁴¹⁰]== 16 (0,92 + 0,815) = 27,8 Н.