Элементы крепежных соединений
Рис. 13
Болт (рис. 13 a) требует для размещения гайки много места что увеличивает габариты и вес конструкции. Зато, при обрыве он легко заменяется.
Винт (рис.13 6) может иметь головку разной формы, в частности и шестигранную. Винт ввертывается в корпус и поэтому требует мало места для размещения, что сокращает размеры и вес конструкции. Однако, при сборке, резьба в корпусе (в особенности чугунном или алюминиевом) может быть повреждена. При обрыве трудно извлечь оставшуюся в резьбе часть винта.
Шпилька также ввертывается в корпус, для чего имеет с этой стороны тугую нарезку. При разборке свинчивается только гайка и тугая резьба в корпусе не повреждается. Шпильки рекомендуется применять при чугунных или алюминиевых корпусах.
Силовые зависимости в резьбовом соединении
Рис. 14
А) зависимость между осевой силой и крутящим моментом на оси винта иди гайки при завинчивании
Dc - средний диаметр трения по торцу головки или гайки;
dc - средний диаметр резьбы;
Mk - крутящий момент на оси ;
P - осевое усилие;
Т - окружное усилие по среднему диаметру резьбы;
N - нормальное усилие взаимодействия между винтом и гайкой, вектор которого смещен на угол трения ;
f - коэффициент трения в торце;
f1 - коэффициент трения в резьбе.
tg = f1
При завинчивании возникают моменты трения в резьбе и на торце:
Mk = Mрез + Mгор
Mрез
=
T
=
P
tg(+)
Mгор
=
Pf
Mk
=
P
tg(+)
+
Pf
Mk
=
P
[tg(+)
+
f
]
Б) определение кпд резьбы
КПД резьбы определяется отношением идеального момента (без учета сил трения) к реальному моменту (с учетом трения).
КПД -
=
=
;
=
.
В частном случае, когда трение в опорах по торцам очень мало (например, если опорой являются подшипники качения):
=
.
Средства против самоотвинчивания винтов и гаек
Рис. 15
В машинах, где действуют циклические нагрузки, для всех винтов и гаек должны предусматриваться средства против самоотвинчивания. В порядке убывающей надежности применяются для этой цели: корончатые гайки со шплинтом (рис.15а), отгибные шайбы (рис. 156), завязывание проволокой (рис. 15в), пружинные шайбы (Гровера) (рис. 15г), контргайки (рис.15в) и другие способы.
Материал винтовых соединений
Стандартные винты и гайки изготавливаются из Ст.3, иногда Ст.4 и Ст.5, а также сталей: А-12 (автоматная), Ст.20, Ст.35, Ст.45 и других.
Для более ответственных напряженных соединений применяются: СТ.40Х, СТ.40ХН и другие. Шайбы пружинные изготавливаются из Ст.65Г с термообработкой, отгибные пластины и проволока для завязывания из Ст.1.
Распределение нагрузки по виткам резьбы
Рис. 16
Распределение нагрузки по виткам резьбы вследствие большой жесткости гайки неравномерно, на рис.16 показана эпюра по Н.Е.Жуковскому.
Применив гайку переменной жесткости (показано пунктиром), можно получить более благоприятную эпюру.
Расчет винтовых соединений
Опасными напряженными состояниями для болта или винта могут быть следующие:
а) стержень болта - на разрыв по внутреннему сечению резьбы;
б) резьба гайки - на смятие, срез или изгиб;
в) головка болта - на срез.
В стандартных болтах пункты (б) и (в) равнопрочны с пунктом (а), поэтому рассчитывается только стержень на разрыв. Из этих соображений высота головки h=0,7d, гайки - H=0,8d.
Различают следующие виды резьбовых соединений:
- ненапряженные, воспринимающие только нагрузку;
- напряженные, которые, кроме действующей нагрузки, воспринимают также усилиe дополнительной затяжки.