3307

Таким образом, угол односкостного клина или сумма углов сторон угол заострения двухскосного клина должен быть меньше двойного клина трения на рабочих гранях.

Расчѐтный коэффициент трения обычно принимают равным 0,1 θ ≈ 5045′. В силовых клиновых соединениях при уклоне менее 1:25 обеспечивается значительный запас самоторможения.

Действительное распределение давлений по рабочей поверхности клина неравномерно, однако в расчѐтах условно принимают, что давление по поверхности контакта распределяется равномерно рис. 9.5.

В клиновом соединении стержень рассчитывают на растяжение по ослабленному сечению:

где: d – диаметр стержня;

в– ширина прорези для клина.

Втулка рассчитывается на смятие рабочих поверхностей:

Q 2в см ;

где: δ – толщина втулки.

Клин работает на изгиб, поэтому его рассчитывают по схеме, приведѐнной на рис. 9.5.

Высота клина h равна:

90

Клин обычно изготавливают из среднеуглеродистой стали марки Ст. 5 или Ст. 6, для которых [ζ] ≈ 150 МПа, а [ζ]см ≤

200 МПа.

Штифтовые соединения рассчитывают из условия их работы на срез. При нагружении соединения поперечной силой Q условие прочности штифта равно:

Q Z d42 ср .

Для штифтов рекомендуется принимать [η]ср ≤ 80 МПа.

ЛЕКЦИЯ 10.

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Учебные вопросы

1.Назначение и конструкция резьбовых соединений

2.Классификация резьбовых соединений

3.Распределение нагрузки между витками резьбы

4.Виды разрушений в резьбовом соединении

5.Силы, действующие в винтовой паре

6.Расчет ненапряженных резьбовых соединений

7.Расчет напряженных болтовых соединений

10.1. Назначение и конструкция резьбовых соединений

Резьбовые соединения – самый распространѐнный вид соединений вообще, и разъѐмных в частности. Это объясняется их достоинствами: универсальностью, высокой надѐжностью, способностью воспринимать большие нагрузки и создавать большие усилия затяжки, малыми размерами и весом, относительной простотой изготовления с соблюдением высокой точности. Основой всех соединений является резьба.

ГОСТ 11708-66 устанавливает основные определения для резьб общего назначения.

91

Резьба – поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура по цилиндрической или конической поверхности.

Рис. 10.1 Профиль метрической резьбы

Рис. 10.2 Образование витков резьбы

Цилиндрическая резьба – резьба, образованная на цилиндрической поверхности.

Коническая резьба – резьба, образованная на конической поверхности.

Наружная резьба – резьба, образованная на наружной, охватываемой поверхности, которая носит название болт или винт.

92

Внутренняя резьба – резьба, образованная на внутренней, охватывающей поверхности которая носит название гайка.

Правая резьба – резьба, образованная контуром, вращающимся по часовой стрелке и перемещающимся вдоль оси в направление от наблюдателя.

Левая резьба – резьба, образованная контуром, вращающимся против часовой стрелке и перемещающимся вдоль оси в направление от наблюдателя.

По числу заходов резьбы подразделяются на однозаходные и многозаходные.

Ось резьбы – прямая, относительно которой происходит винтовое движение плоского контура, образующего резьбу.

Профиль резьбы – контур сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось.

Боковые стороны профиля – прямолинейные участки профиля, принадлежащие винтовым поверхностям.

Вершина профиля – участок профиля, соединяющий боковые стороны выступа.

Впадина профиля – участок профиля, соединяющий боковые стороны канавки.

Угол профиля α – угол между боковыми сторонами профиля.

Углы наклона сторон профиля β и γ – угол между боковыми сторонами профиля и перпендикуляром к оси резьбы. Для резьб с симметричным профилем углы наклона сторон

равны половине угла профиля .

2

Рабочая высота профиля Н1 – высота соприкосновения сторон профиля наружной и внутренней резьб в направлении, перпендикулярном к оси резьбы.

Сбег резьбы – участок неполного профиля в зоне перехода резьбы к гладкой части.

Длина резьбы – длина участка поверхности, на котором образована резьба, включая сбег резьбы и фаску.

Длина резьбы с полным профилем – длина участка на котором резьба имеет полный профиль.

93

Длина свинчивания – длина соприкосновения винтовых поверхностей наружной и внутренней резьб в осевом направлении.

Резьбовое соединение – соединение деталей с помощью резьбы, обеспечивающее их относительную неподвижность или заданное перемещение одной детали относительно другой. Конструктивно резьбовые соединения очень разнообразны, но все могут быть отнесены к одному из следующих двух типов:

-резьбовые соединения, осуществляемые непосредственным свинчиванием соединяемых деталей, без использования специальных соединительных деталей;

-резьбовые соединения, осуществляемые при помощи специальных соединительных деталей: болтов, винтов и шпилек с гайками и шайбами.

10.2. Классификация резьбовых соединений

Болты ГОСТ 7798-70 и др. применяются:

-для скрепления деталей не очень большой толщины при наличии места для головки болта и гайки.

-для скрепления деталей, не обеспечивающих достаточную надѐжность и долговечность резьбы; при необходимости частого завинчивания и отвинчивания.

По степени точности болты разделяются на:

-нормальной точности;

-повышенной точности;

-грубой точности.

Шпильки ГОСТ 11765-66 и др. применяются в тех случаях, когда в конструкции соединения нет места для головки болта или нельзя просверлить сквозное отверстие под болт. При динамических нагрузках стандартная шпилька оказывается более прочной, чем болт тех же размеров.

Гайки ГОСТ 5915-70 и др. выбираются по степени точности, форме шестигранные, круглые и др., высоте и другим параметрам.

94

Шайбы ГОСТ 11371-68 и др. устанавливаются под головкой болта и гайкой и служат для предохранения стягиваемых деталей от повреждений за счѐт увеличения опорной поверхности. В зависимости от конкретных условий принимается тот или иной вид шайбы.

Стопорные устройства ГОСТ 397-66 и др. предназначены предотвращать само отвинчивание резьбовых деталей. При статическом нагружении в этом нет надобности, т.к. сохраняется требование само отражения: угол подъѐма резьбы 1040′ – 3030′ меньше угла трения. При динамическом нагружении резьбовое соединение может оказаться разгруженным и произойдѐт отвинчивание гайки.

Используется стопорение трѐх видов:

-дополнительным трением с помощью контргайки, специального винта, проходящего через гайку, само контрящихся гаек с конусной головкой и др.

-специальными запирающими элементами: шпильками, шайбами.

-пластическими деформированием, приваркой или припайкой.

Это возможно, когда соединение не требует разборки. Согласно ГОСТ 1759-70 стальные болты, шпильки и вин-

ты изготавливают 12 классов прочности: 3,6; 4,6; 4,8; 5,6; 5,8;

6,6; 6,8; 6,9; 8,8; 10,9; 12,9; 14,9.

Первое число, умноженное на 10, определяет величину минимального предела прочности кгсмм2, второе число, умноженное на 10, определяет отношение предела текучести к пределу прочности в %.

Установлены классы прочности и для гаек: 4, 5, 6, 8, 10,

12, 14.

При умножении числа на 10 получим величину напряжения от испытательной нагрузки в кгсмм2.

ГОСТ 16093-70 устанавливает для метрической резьбы степени точности, определяющие допуски диаметров резьбы болтов и гаек. Буквами латинского алфавита обозначены ряды основных отклонений: для резьбы болтов h, g , е, d: для резьб

95

гаек, а цифрами степени точности: диаметры болта 4, 6, 7, 8; диаметры гайки 4, 5, 6, 7. Например: Болт М12-6g, Гайка М126H.

Крепѐжные детали изготавливаются из сталей низко- и среднеуглеродистых обыкновенного качества сталь Ст.3; Ст.4; Ст.5, углеродистых качественных сталь 35; сталь 45, легированных конструкционных 40X, 45Г, нержавеющих сталей, цветных металлов и сплавов.

Например, в машинах, для которых решающее значение имеет уменьшение массы самолѐты, применяются винты и болты из титановых сплавов типа ВТ 14; ВТ 16 и др. Масса таких изделий при прочих равных условиях составляет 60% от массы стальных.

По назначению резьбы подразделяются на крепѐжные и ходовые. В зависимости от формы профиля резьбы бывают треугольные, трапециидальные, упорные, прямоугольные и круглые. Для крепѐжных деталей применяют резьбы треугольного профиля. Они отличаются повышенной прочностью витков и обеспечивают большую стабильность затяжки в следствии большего, по сравнению с другими резьбами, коэффициента трения. Профиль и размеры метрической резьбы треугольного профиля устанавливает ГОСТ 9150-59.

10.3. Распределение нагрузки между витками резьбы

При рассмотрении совместной работы витков резьбы болта и гайки прежде всего необходимо решить вопрос о распределении осевой нагрузки Р, испытываемой болтом. Если бы можно было пренебречь деформациями растяжения болта и сжатия гайки, т.е. считать их абсолютно жѐсткими, то все h витков получили бы одинаковую деформацию и несли бы одинаковую нагрузку

Рис. 10.3 Схема распределения нагрузки между витками резьбы по Н.Е. Жуковскому

10.4. Виды разрушений в резьбовом соединении

При статическом нагружении выход строя винтов может быть по одной из причин (Рис. 10.4):

1)разрыв стержня по резьбе или по переходному сечению (б – б).

2)повреждение или разрушение резьбы (смятие, износ, срез) (с – с).

3)разрушение, срез головки болта (а – а).

По этим критериям выполняют расчеты винтов при стандартизации с использованием условия равнопрочности. Поэтому при применении стандартных болтов обычно можно ограничиться расчетами по одному главному критерию работоспособности – прочности винта на растяжение.

97

Рис. 10.4 Опасное сечение болта

Большинство винтов, как правило, работает со значительной силой затяжки. Если гайка и винт выполнены из одного материала, то опасен срез витков винта по внутреннему диаметру резьбы d1.

Тогда:

где S – осевая нагрузка на винт;

d1 – внутренний диаметр резьбы; H – высота гайки;

K – коэффициент полноты резьбы (для треугольной резьбы

К ≈ 0,55…0,75)

KH – коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы (КН = 0,55…0,75).

Если менее прочен материал гайки, то может произойти срез витков гайки по наружному диаметру резьбы:

Тогда:

98

Напряжения смятия витков резьбы рассчитывают:

Р– шаг резьбы.

10.5.Силы, действующие в винтовой паре

10.5.1. Величина окружной действующей силы(Q)

Развернѐм виток прямоугольной резьбы на плоскость. В результате получим наклонную плоскость с углом подъѐма, равным углу подъѐма витков резьбы. При навинчивании гайки будет происходить как бы подъѐм груза по наклонной плоскости. Сила трения при подъѐме груза – движущее усилие Q.

πd2

Рис. 10.5 Схема сил, действующих на тело на наклонной плоскости

Движение груза Р вверх по наклонной плоскости с равномерной скоростью обуславливается равновесием сил. Спро-

99