ОПМ / ЛекцииДеталиМашин / Лекция 11. Резьбовые соед

1.Общие сведения.

Образуют болты, винты, шпильки, гайки и другие детали снабженные резьбой. Основной элемент – резьба, получаемая путем накатки или прорезания на поверхности детали канавок по винтовой линии.

Резбы классифицируются:

- по форме поверхностей – цилиндрические и конические;

- по форме профиля резьбы – треугольные, упорные, трапециидальные, прямоугольные, круглые;

- по направлению Витовой линии – правые, левые;

- по числу заходов – одно- и многозаходные;

- по назначению резьбы – крепежные, крепежно-уплотняющие и для передачи движения;

Достоинства: высокая нагрузочная способность и надежность, большая номенклатура деталей для различных условий работы, удобство сборки и разборки, малая стоимость (стандартизация и высокопроизводительные способы изготовления).

Недостаток: наличие большого количества концентратов напряжений на поверхности, низкое сопротивление усталости при переменных напряжениях.

Основные параметры резьбы:

d- наружный (номинальный ) диаметр ;

d₁- внутренний диаметр резьбы;

d₂- средний диаметр;

p- шаг резьбы:

α- угол профиля.

2.Основные типы резьб.

Метрическая – профиль- равносторонний треугольник. Выполняют с крупным, мелким шагом. Стандартизирована.

Дюймовая - профиль – равнобедренный треугольник с углом в вершине α = 55⁰. ремонт деталей импортных машин.

Трубная – мелкая дюймовая резьба, с закругленными выступами и впадинами для обеспечения герметичности. Для соединения труб.

Трапециидальная – передача винт-гайка. Профиль – равнобочная трапеция с углом в вершине α = 30⁰. Передача реверсивного движения под нагрузкой.

Упорная резьба – профиль –неравнобочная трапеция с углом α = 27⁰. Передачи винт-гайка при больших односторонних осевых нагрузках (грузовые винты прессов).

Прямоугольная резьба – профиль – квадрат. Пониженная прочность. Передачи винт-гайка малонагруженные.

Круглая резьба – профиль – дуги, сопряженные короткими прямыми линиями. Угол профиля α = 30⁰ Используют при тяжелых условиях в загрязненной среде.

3.Материалы резьбовых соединений.

Стандартны крепежные резьбовые соединения деталей общего назначения изготавливают из низко- и среднеуглеродистых сталей Ст.3, 10, 20, 35, 45 и др. которые позволяют изготовить детали методом холодной штамповки с последующей накаткой резьбы.

Стальные винты, болты и шпильки изготавливают 12 классов, которые обозначаются двумя числами – первое умноженное на 100 – минимальное значение предела прочности σ_В в МПа; произведение чисел умноженное на 10 определяет предел текучести σ_Т в МПа.

При выборе класса прочности учитываем значение и характер нагрузки, условия работы, способ изготовления. (Таблицы- классы прочности, механические свойства, коэффициент запаса прочности)

4. Расчет резьбовых соединений.

Прочность – основной критерий работоспособности соединения. При действии осевой силы в стержне винта возникают напряжения растяжения, в теле гайки – сжатия, а в витках резьбы – смятия , среза и изгиба.

Все стандартные болты, винты, шпильки изготавливают равнопрочными на разрыв стержня по резьбе, на срез резьбы и отрыв головки. Расчет проводим по основному критерию- прочности нарезанной части стержня на растяжение. Расчетный диаметр:

d_p = d – 0,9p

Длину выбираем в зависимости от толщины соединяемых деталей. Остальные размеры по ГОСТу.

Вариант 1. Болт затянут силой F , внешняя нагрузка отсутствует (крепление крышек корпусов механизмов, машин). Увеличенная с учетом кручения растягивающая сила:

Для метрической резьбы F_расч = 1,3 F_зат

Для трапециидальной резьбы F_расч = 1,25F_зат

Для упорной резьбы F_расч = 1,2F_зат

Из условия прочности расчетный диаметр резьбы:

где [σ]_р - допускаемое напряжение, МПа.: [σ]_р =

Вариант 2. Соединение нагружено поперечной силой F. Болт может быть установлен с зазором – при затяжке на стыке деталей возникают силы трения, припятствующие их относительному сдвигу; и без зазора. Внешняя сила F на болт не передается , поэтому расчет ведем по силе затяжки F_зат: F_зат =

где - k = 1,4…2,0 коэффициент запаса по сдвигу;

f = 0,15…0,2( для стальных, чугунных дет) – коэффициент трения;

i- число стыков; Z– число болтов.

Расчетный диаметр:

Если болты установлены без зазора, они работают на срез. Диаметр стержня болта, определяем из условия прочности на срез:

где [τ]_cp = (0,2…0,3)σ_T – допускаемое напряжение на срез

Вариант 3.Болтовое соединение предварительно затянуто при сборке и нагружено внешней осевой растягивающей силой F (крепление крышек цилиндров, подшипниковых узлов). Условимся, что часть силы → xF- воспринимается болтом, а остальная часть →

(1-x)F - сжатыми деталями. Суммарная сила равна: F_∑= F_зат + хF

Принимаем значения для расчета:

х = 0,2…0,3- для соединения стальных и чугунных деталей без упругих прокладок;

х = 0,4…0,5 для соединения стальных и чугунных деталей с упругими прокладками (асбест, паронит, резина).

Из условия сохранения плотности стыка принимаем: F_зат = k_зат(1-x)F

где k_зат - коэффициент запаса предварительной затяжки (при постоянной нагрузке k_зат = 1,25…2,0; при переменной k_зат = 2,4)

Расчетная сила болта: F_расч =1,3F_зат + xF

Расчетный диаметр резьбы: