Вопросы для самостоятельной проработки и повторения материала:

1. Шпоночные соединения, конструкция, технология производства, классификация, области применения.

2. Расчет на прочность элементов шпоночных соединений.

3. Материалы шпонок, допускаемые напряжения.

4. Шлицевые соединения, конструкция, технология производства, классификация, области применения.

5. Расчет на прочность элементов шлицевых соединений.

6. Профильные соединения, конструкция, области применения.

7. Технология изготовления профильных соединений.

Литература:

1. Иванов М.Н. Детали машин. 2-е изд., М.: Высш. Шк., 1986. с 99 -111.

2. Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб.для вузов.- 4-е изд., испр., М.: Высш. Шк., 1986. – с. 103 – 112.

Тема 5. Резьбовые соединения Основные вопросы темы

1. Резьба, основные определения и классификация

2. Геометрические параметры, характеризующие резьбу

3. Основные типы резьб, обоснование выбора профиля резьбы

4. Теория винтовой пары

5. Расчет на прочность стержня болта при различных случаях нагружения

6. Расчет соединений, включающих группу болтов

7. Материал резьбовых изделий и допускаемые напряжения

Основные положения темы:

Резьбовыми называют соединения, которые осуществляются крепежными деталями посредством резьбы.

Резьба получается образованием на цилиндрическом или коническом стержне канавок с поперечным сечением определенного профиля, каждая точка которого располагается по винтовой линии. Расположенные между канавками выступы называют витками резьбы. Под витком резьбы принято понимать ту часть ее выступа, которая охватывает резьбовую деталь в пределах до 360^о. Выступ резьбы, охватывающий резьбовую деталь свыше одного раза, принято называть ниткой резьбы.

Основными крепежными деталями резьбовых соединений являются болты, винты, шпильки и гайки.

Болт представляет собой стержень с резьбой для гайки на одном конце и головкой на другом.

Винт – это стержень, обычно с головкой на одном конце и резьбой на другом конце, которым он вкручивается в одну из скрепляемых деталей.

Шпилька – это стержень с резьбой на обеих концах.

Гайка – это деталь с резьбовым отверстием, навинчиваемая на болт или шпильку и служащая для замыкания скрепляемых болтом или шпилькой деталей.

Две детали, сопрягаемые резьбой (болт и гайка, шпилька и гайка и т.д.) называют винтовой парой.

Классификация резьб:

А) по форме профиля резьбы (профиль определяется формой сечения витков в осевой плоскости) различают:

• треугольную;

• прямоугольную;

• трапециидальную;

• круглую.

Б) по форме стержня на котором нарезана резьба различают:

• коническую;

• цилиндрическую.

В) по направлению вращения контура, образующего резьбу различают:

• правую;

• левую.

Г) по количеству ниток резьбы на стержне различают:

• однозаходную;

• многозаходную (однозаходную, двухзаходную и т.д).

Д) по назначению различают:

• крепежные – предназначены для скрепления деталей;

• крепежно – уплотняющие, предназначены для скрепления деталей и создания герметичности их соединения;

• ходовые – для передачи движения.

Основными геометрическими параметрами резьбы являются:

- форма и размер профиля;

- наружный , внутренний и средний диаметры;

- угол подъема резьбы;

- шаг резьбы - расстояние между одноименными сторонами двух рядом расположенных витков резьбы, измеренное в направлении осевой линии;

• ход резьбы - расстояние между одноименными сторонами двух рядом расположенных витков одной и той же нитки резьбы, измеренное в направлении осевой линии;

• число заходов резьбы - число ниток резьбы приходящихся на ее ход.

Резьбы, получившие широкое распространение, стандартизованы.

Вид резьбы	№ стандарта	Номинальный диаметр, мм	Шаг резьбы, мм
Крепежные резьбы
метрическая	ГОСТ 9105, ГОСТ 2724	0,25…600	0,075…6
дюймовая	ОСТ НКТП 1260	3/16”…4”	3…24 нитки на дюйм
метрическая коническая	ГОСТ 25229	6…60	1…2
круглая	СТ СЭВ 307	8…200	2,54…6,35
Резьбы для передачи движения
трапециидальная однозаходная	ГОСТ 9484	8…640	1,5…48
трапециидальная многозаходная	СТ СЭВ 146, СТ СЭВ 185	10…320	2…48
упорная	ГОСТ 10177	10…660	2…48
Крепежно-уплотняющие резьбы
трубная цилиндрическая	ГОСТ 6357	1/8…6”	11…28 ниток на дюйм
трубная коническая	ГОСТ 6211	1/8…6”	11…28 ниток на дюйм
дюймовая коническая	ГОСТ 6111	1/16…2”	11,5…27,5 ниток на дюйм

Зависимость между моментом , приложенным к гайке при ее завинчивании, и осевой силой , действующей на винт выражается уравнением:

в этом уравнении первый член правой части – момент сил трения на торце гайки:

,

а второй – момент сил в резьбе:

Коэффициент полезного действия винтовой пары находится из выражения:

.

Условие самоторможения: , при этом . Так как большинство винтовых механизмов самотормозящиеся, то их . Коэффициент полезного действия пары возрастает с увеличением - угла подъема винтовой линии.

Выход из строя болтов и винтов обычно происходит вследствие разрыва стержня по резьбе или переходному сечению у головки, в результате повреждения или разрушения резьбы, из-за разрушения головки. Так как размеры стандартных болтов отвечают условию их равнопрочности по этим критериям, то расчет обычно производят по одному основному критерию работоспособности – прочности нарезной части стержня.

При проектном расчете из условия прочности стержня болта на растяжение определяют номинальный диаметр резьбы, остальные размеры болта, гайки и шайбы принимают в зависимости от диаметра резьбы по соответствующим стандартам.

Расчет болтов при статическом нагружении:

А) болт нагружен осевой растягивающей силой, предварительная и последующая его затяжка отсутствует. Встречается редко (резьбовые коцы грузовых крюков грузоподъемных машин).

Условие прочности:

.

При проектном расчете внутренний диаметр резьбы определяют из выражения:

.

Б) Болт испытывает растяжение и кручение, обусловленное затяжкой.

Условие прочности:

.

Принимая для стандартных болтов с метрической резьбой , , , возможно записать:

.

При проектном расчете внутренний диаметр резьбы определяют из выражения:

.

В) Предварительно затянутый болт дополнительно нагружен внешней осевой растягивающей силой, последующая затяжка болта отсутствует или возможна.

При проектном расчете болта, для которого возможна последующая затяжка, внутренний диаметр резьбы определяют из выражения:

,

при отсутствии последующей затяжки:

.

Г) Болт установлен в отверстие с зазором, нагружен поперечной силой.

В этом случае болт затягивается такой силой затяжки, чтобы возникающая при этом сила трения на поверхности стыка соединяемых деталей была не меньше сдвигающей поперечной силы. В результате этого болт работает на растяжение от силы затяжки.

При проектном расчете внутренний диаметр резьбы определяют с учетом 20% запаса от сдвига деталей и с учетом крутящего момента при затяжке болта из выражения:

.

Д) Болт установлен в отверстие из под развертки без зазора, нагружен поперечной силой.

В этом случае болт рассчитывают на срез, условие прочности:

.

При проектном расчете внутренний диаметр резьбы определяют из выражения:

.

Если болтом соединяют тонкие детали, то необходимо производить проверку прочности деталей на смятие:

.

При действии действием переменных нагрузок болты ставят на рабочее место с предварительной затяжкой, в отдельных случаях возможна их последующая затяжка на рабочем режиме.

Болты, винты, шпильки, находящиеся под действием переменных нагрузок рассчитывают на усталость.

Условие прочности болта по максимальному напряжению:

.