Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Самарский государственный университет путей сообщения

Кафедра механики

Исследование трения в резьбовых соединениях Методические указания по выполнению лабораторной работы

Для студентов очного и заочного обучения специальностей:

190205- Подъемно-транспортные, строительные,

дорожные машины и оборудование;

190301- Локомотивы;

190302 – Вагоны;

190303 – Электрический транспорт железных дорог.

Составители:

проф. Янковский В.В.

доц. Алексеев А.В

доц. Жарков М.С.

доц. Толстоногов А.А.

Самара, 2010

УДК 621.81.001.63

Исследование трения в резьбовых соединениях. Методические указания по выполнению лабораторной работы для студентов специальностей 190205, 190301, 190302, 190303 очной и заочной форм обучения./Составители : В.В.Янковский, А.В.Алексеев, М.С.Жарков, А.А.Толстоногов.- Самара, СамГУПС, 2010. – 18 с.

Утверждены на заседании кафедры 08.02.2010 г., протокол № 6.

Печатается по решению редакционно-издательского совета СамГУПС.

Приведены сведения о классификации резьб, конструкции деталей резьбового соединения, а также методика расчета и экспериментального определения коэффициента полезного действия резьбового соединения. Изложен порядок выполнения лабораторной работы, вопросы для проверки теоретических знаний по теме работы, приведена форма протокола лабораторной работы. Предназначены для студентов очной и заочной форм обучения механических и электромеханических специальностей, изучающих курс «Детали машин и основы проектирования».

Составители: В.В.Янковский

А.В.Алексеев

М.С.Жарков

А.А.Толстоногов

Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Механика» СамГУПС Н.В.Назарова;

д.т.н., профессор зав. кафедрой СДМиТМ СамГУПС

В.Н.Самохвалов.

Редактор

Компьютерная верстка

Подписано в печать Формат 60х90 1/16

Усл.печ.л. 1,0. Тираж 200 экз. Заказ №

© Самарский государственный университет путей сообщения

1. Общие сведения о резьбовых соединениях

Резьбовыми называют разъемные соединения, основные детали которых имеют наружную либо внутреннюю винтовую нарезку (резьбу).

Резьбовые соединения различают по назначению на:

- крепёжные -для фиксации деталей;

- ходовые - для винтовых механизмов.

По форме профиля боковой поверхности резьбы различают крепежные резьбы (рис.1):

- треугольная (метрическая основная или дюймовая),

- трубная – треугольная со скруглёнными вершинами и впадинами,

- круглая,

- резьба винтов для дерева (саморезы и шурупы).

Рис.1. Резьбы крепежные

По форме профиля боковой поверхности резьбы различают ходовые резьбы :

- прямоугольные (рис.2а),

- трапецеидальные симметричные (рис.2б),

- трапецеидальные не симметричные (упорные) (рис.2в).

Крепежное резьбовое соединение осуществляется с помощью

специальных деталей: болтов с гайками, винтов или шпилек, а также с помощью резьбы, нарезанной непосредственно на соединяемых деталях.

Болт – длинный цилиндр с головкой и наружной резьбой (рис.3а). Болт вставляется в сквозные гладкие отверстия в соединяемых деталях. На резьбовую часть наворачивается гайка– деталь с резьбовым отверстием.

Рис.2. Резьбы ходовые

Винт (рис.3б) – внешне не отличается от болта, но он вставляется в гладкое отверстие одной из соединяемых деталей и ввинчивается в резьбу второй из соединяемых деталей.

Шпилька – цилиндр с резьбой на обоих концах (рис.3в). Она ввинчивается в одну из соединяемых деталей, вторая деталь гладким отверстием одевается на шпильку, на резьбовой конец шпильки наворачивается гайка.

Рис.3. Детали резьбовых соединений

К основным параметрам резьбы следует отнести:

• наружный d, внутренний d₁ и средний d₂ диаметры охватываемой детали (винта) и, соответственно, наружный D₁, средний D₂ и внутренний D диаметры охваты­вающей детали (гайки);

• угол профиля резьбы a - угол между боковыми сторонами резьбы в осевом сечении;

• шаг резьбы P - расстояние по линии, параллельной оси резьбы, между средними точками ближайших одноименных боковых сто­рон профиля резьбы, лежащих в одной осевой плоскости;

• ход винта Р_h=p×n, где n - число заходов резьбы;

• угол подъема винтовой линии резьбы g - угол, образованной касательной к винто­вой линии, описываемой средней точкой боковой стороны резьбы и плоскостью, перпендикулярной оси резьбы

tgg = P_{h ¤p} d₂,( для однозаходной резьбы tgg = P _¤p d₂).

Среди резьб, применяемых в машиностроении, наи­более распространены:

а) метрическая (треугольная) резьба с крупным и мелким шагом

(угол профиля a = 60⁰);

б) упорная резьба;

в) трубная (шаг определяется по числу ниток на один дюйм,

угол профиля a = 55⁰);

г) трапецеидальная с углом профиля a = 30⁰

(применяется для ходовых винтов и домкратов).

Размеры резьбовых деталей стандартизованы. В их обозначении указан наружный диаметр резьбы.

Резьбовые соединения имеют ряд существенных достоинств:

- высокая надёжность;

- удобство сборки-разборки;

- простота конструкции;

- дешевизна (вследствие стандартизации);

- технологичность;

- возможность регулировки силы сжатия соединяемых деталей.

Недостатки резьбовых соединений:

• концентрация напряжений во впадинах резьбы;

• низкая вибростойкость (самоотвинчивание при вибрации).

Это серьёзные недостатки, однако, их можно свести к минимуму и, практически, полностью исключить.

Это делается посредством правильного проектировочного расчёта и специальных мер стопорения, называемых на техническом языке "контровка".

Известны следующие виды стопорения:

-А)Стопорение дополнительным трением, за счёт создания дополнитель­ных сил трения, сохраняющихся при снятии с винта внешней нагрузки.

	Контргайка воспринимает основную осевую нагрузку, а сила трения и затяжки в резьбе основной гайки ослабляется. Необходима взаимная затяжка гаек.
					Самоконтрящиеся гайки с радиальным натягом резьбы после нарезания резьбы и пластического обжатия специальной шейки гайки на эллипс.
				Иногда самоконтрящиеся гайки выполняются с несколькими радиальными прорезями.
				Гайки с полиамидными кольцами без резьбы, которая нарезается винтом при завинчивании, обеспечивают большие силы трения. Применяют полиамидную пробку в винте.
					Контргайка цангового типа (слева) при навинчивании обжимается на конической поверхности. Контргайка арочного типа (справа) при навинчивании разгибается и расклинивает резьбу.
		Пружинные шайбы обеспечивают трение в резьбе. Повышают сцепление врезанием своих острых срезов. Изготавливаются для правой и левой резьбы. Создают некоторое смещение нагрузки.
					У пружинных шайб с несколькими отогнутыми усиками сила упругости направлена строго по оси болта. Стопорение пружинными шайбами ненадёжно.
			При спокойных нагрузках резьбы стопорят специальными винтами через медную или свинцовую прокладку или деформированием гайки с прорезями, перпендикулярными оси.

Б) Стопорение специальными запирающими элементами, полностью исключающими самопроизвольный проворот гайки.

	Шплинты ГОСТ 397-79 сгибают из проволоки полукруглого сечения плоскими сторонами внутрь. Выпадению шплинта препятствуют его петля и разогнутые концы.
			Шайбы с лапками ГОСТ 11872-80 стопорят гайки со шлицами при регулировке подшипников качения на валу. Внутренний носик отгибается в канавку винта, а наружные лапки – в шлицы гайки.
		У шайб с лапками ГОСТ 3693/95-52 одна отгибается по грани гайки, а другая по грани детали. Стопорение этими шайбами, как и шплинтами, весьма надёжно и широко распространено.
			В групповых соединениях головки болтов обвязывают проволокой через отверстия с натяжением в сторону затяжки резьбы.

В) Стопорение, выполняемое пластическим деформированием или приваркой после затяжки.

Резьбу на винтах нарезают или накатывают. Накатывание обеспечивает более высокую прочность вследствие упрочнения

по­верхностного слоя, но требует применения специального оборудо­вания. При нарезании резьбы могут возникнуть микротрещины, ко­торые способствуют возникновению усталостных трещин и разру­шению соединений, но этот способ получения резьбы более досту­пен и получил самое широкое распространение.

Для крупной резьбы применяют комбинированный способ, при котором сначала резьбу нарезают, а затем упрочняют накаткой.