Порядок проведения работы

Рассчитать резьбовое соединение при установке резьбовой детали (болт, винт или шпилька) в отверстие соединяемых деталей с зазором (рис. 1.1, б)

1. Изучить задание и записать исходные данные согласно вашему варианту в таб.1.;

Таблица 1. Исходные данные

Номер варианта	Внешняя нагрузка		Материал соединяемых деталей	Способ контроля затяжки	Задание №1 (внешняя нагрузка сдвигает соединяемые детали)
	Величина F, Н	Характер изменения			Количество соединяемых деталей	Резьбовая деталь
						Тип	Установка

2. Выбрать класс прочности и материал болта (винта, шпильки) и гайки (приложение 1).

Класс прочности резьбовых деталей выбирают в зависимости от степени ответственности соединения, назначения, требований к габаритам, массе и условий работы соединения.

При возможных перекосах опорных поверхностей головки и гайки следует выбирать болты из сталей повышенной пластичности.

При жестких требованиях к массе и габаритам изделия выбирают резьбовые детали высоких классов прочности.

Для работы при высоких температурах, в коррозионных и агрессивных средах резьбовые детали изготовляют из жаропрочных и коррозионно-стойких сталей с высоким содержанием хрома или хрома и никеля.

В данной работе, при выборе класса прочности резьбовой детали, опираться на величину нагрузки и характер ее изменения.

Результаты оформить в таблицу 2.

Таблица 2. Механические характеристики деталей

Болт (Винт, шпилька)		Гайка		Твердость, HB
Класс прочности	Марка стали	Класс прочности	Марка стали

3. Определить расчетную нагрузку на болт:

где - требуемое усилие затяжки:

,

где - коэффициент запаса сцепления при постоянной нагрузке: = 1,3 – 1,5; при переменной нагрузке: = 1,8 – 2,0;

- коэффициент трения в стыке деталей (для стальных деталей = 0,18 – 0,20; для чугунных деталей и деталей из легких сплавов = 0,15 – 0,20);

- число стыков соединяемых деталей;

- величина внешней нагрузки, Н (данные варианта).

Для исключения смещения деталей под действием внешней поперечной силы необходимо проверить выполнение условия:

,

где - сила трения на поверхностях стыка деталей,

.

4. Определить допускаемые напряжения для болта (винта, шпильки):

,

где - предел текучести материала болта. Определяется из соотношения (см. примечание к приложению 1). Например: класс прочности болта 3.6, второе число класса, т.е. 6 делим на 10, получим = 0,6, отсюда выразим и получим, что = 0,6×. согласно этому же примечанию: первое число класса, т.е. 3 умножаем на 100 и получаем = 300 – значение временного сопротивления. Таким образом = 0,6×300 = 180 МПа.

- допускаемый коэффициент запаса прочности: при затяжке, контролируемой динамометрическим ключом = 1,6 – 2,0; при затяжке, контролируемой замером деформации болта = 1,3 – 1,5; при неконтролируемой затяжке

,

где для болтов из углеродистых сталей;

для болтов из легированных сталей;

- расчетная нагрузка на болт, Н (если Н, то принять Н).

5. Определить диаметр стержня болта из условия прочности:

, отсюда

, мм,

где - внутренний диметр резьбы.

По ГОСТ 24705-81 (приложение 2) подобрать ближайший больший и выписать , , , для выбранной резьбы.

6. По ГОСТ 5915-70 и ГОСТ 6402-70 (приложения 5, 6) выбрать гайку и шайбу и записать их основные размеры.

7. Назначить толщины соединяемых деталей и прокладки, определить длину крепежной детали:

Толщина соединяемых деталей

,

где - наружный диаметр резьбы.

Толщина прокладки

мм.

а) длина стержня болта

;

где - суммарная толщина соединяемых деталей;

- толщина шайбы;

- высота гайки;

а – запасы резьбы болта на выходе из гайки, ;

С – высота фаски резьбового конца стержня, ;

- толщина прокладки.

б) длина винта (см. рис. 3.2, б)

,

где - толщина детали;

- длина ввинчиваемого конца винта;

при ввинчивании в деталь из стали, титановых сплавов, бронзы, латуни;

- при ввинчивании в чугун;

- при ввинчивании в деталь из алюминиевых, магниевых и других легких сплавов.

в) длина шпильки (см.рис.3.2, а)

.

8. По полученному значению длины резьбовой детали выбрать ближайшую длину (см. приложения 4,5).

9. Провести проверочные расчеты.

1. Определить запас статической прочности

,

где - эквивалентные напряжения в стержне болта от растяжения и кручения,

,

где - осевая растягивающая сила;

- момент сил сопротивления в резьбе;

,

где - угол подъема резьбы,

,

где - угол трения, .

Допустимое значение коэффициента f в п.3.

9.2. Определить допускаемую осевую нагрузку из условия среза резьбы болта и гайки и сравнить ее с расчетной

,

,

где - высота гайки для соединений болтом и шпилькой (гаечный конец). Для резьбы винта и ввинчиваемого конца шпильки в формулы вместо подставляется длина ввинчиваемого конца - ;

- коэффициент полноты резьбы; для метрической резьбы ;

- коэффициент неравномерности распределения нагрузки между витками гайки; для крупной резьбы (большие значения при более податливых гайках);

, - допускаемые напряжения на срез витков болта (винта, шпильки) и гайки (соединяемой детали, корпуса).

Для резьбы

- для сталей и титановых сплавов;

- для алюминиевых и магниевых сплавов (приложение 8).

10. Разработать конструкцию соединения, выполнить чертеж соединения по правилам сборочного чертежа (приложение 7), размеры резьбовой детали (приложения 3,4).

Приложение 1

Классы прочности и механические характеристики сталей,

применяемых для изготовления болтов, винтов и гаек

Болты (винты, шпильки)		Гайки		Твердость, НВ
Класс прочности	Марки сталей	Класс прочности	Марки сталей
3.6	Ст3кп, Ст3сп, 10, 10кп	4	Ст3кп, Ст3сп	90-150
4.6	20	5	10, 10кп, 20	110-170
4.8	10, 10кп
5.6	30, 35	6	Ст5, 15кп, 35	140-215
5.8	10, 10кп, 20, 20кп, Ст3сп, Ст3кп
6.6	35, 45, 40Г	8	20, 20кп, 35, 45	179-245
6.8	20, 20кп
6.9
8.8	35, 35Х, 38ХА, 45Г	10	35Х, 39ХА	225-300
10.9	40Г2, 40Х, 30ХГСА	12	40Х, 30ХГСА	280-365
12.9	30ХГСА	14	30ХГСА	330-425
14.9	40ХН2МА		40ХН2МА	Св.390

Примечания:

1. Класс прочности болтов обозначен двумя цифрами. Первое число, умноженное на 100, означает минимальное значение временного сопротивления , МПа; второе число, деленное на 10, означает отношение .

2. Стали, обозначенные ** и ***, применяют d < 12 и 16 мм соответственно.

3. Класс прочности гаек обозначен числом, при умножении которого на 100 получают значение напряжений от испытательной нагрузки, МПа.

Приложение 2

Основные параметры резьбы по ГОСТ 24705-81, мм

Наруж-ный диаметр резьбы, d	Шаг круп-ный, р	Диаметры		Наруж-ный диаметр резьбы, d	Шаг круп-ный, р	Диаметры
		Сред-ний, d2	Внут-рен-ний, d1			Сред-ний, d2	Внут-рен-ний, d1
6	1	5,350	4,918	(18)	2,5	16,376	15,294
8	1,25	7,188	6,617	20	2,5	18,376	17,294
10	1,5	9,026	8,376	(22)	2,5	20,376	19,294
12	1,75	10,869	10,106	24	3	22,051	20,752
(14)	2	12,701	11,835	(27)	3	25,051	23,752
16	2	14,701	13,835	30	3,5	27,727	26,211

Приложение 3

Болты с шестигранной головкой (повышенной точности)

по ГОСТ 7805-70

d	Головка болта, мм			Общие размеры, мм			Резьба по всей длине стержня при l
	S	H	D	r	l	l0
6	10	4,0	11,0	0,25-0,40	8-90	18	22
8	13	5,5	14,4	0,40-0,60	8-100	22	25
10	17	7,0	18,9	0,40-0,60	10-150	26	30
12	19	8,0	21,1	0,60-1,10	14-150	30	32
(14)	22	9,0	24,5	0,6-1,1	16-150	34	38
16	24	10,0	26,8	0,6-1,1	18-150	38	40
(18)	27	12,0	30,2	0,6-1,1	20-150	42	45
20	30	13,0	33,6	0,8-1,2	25-150	46	50
(22)	32	14,0	35,8	0,8-1,2	35-150	50	55
24	36	15,0	40,3	0,8-1,2	32-150	54	60
(27)	41	17,0	45,9	1,0-1,7	35-150	60	65
30	46	19,0	51,6	1,0-1,7	40-150	66	70

Ряд длин болтов: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, (18), 20, (22), 25, (28), 30, (32), 35, (38), 40, 45, 50, 55, 60, 70, 75, 80, (85), 90, (95), 100 мм.

Пример условного обозначения болта по ГОСТ 7805-70 диаметром резьбы d = 12 мм, длиной l = 60 мм, класса прочности 5.8, поля допуска 8g без покрытия: Болт М12 – 8g×60.58 ГОСТ 7805-70.

Приложение 4

Шпильки нормальной точности (класс точности В)

Исполнение 1 Исполнение 2

d, мм	Минимальная длина шпильки l, мм	Длина резьбы гаечного конца, мм		d, мм	Минимальная длина шпильки l, мм	Длина резьбы гаечного конца, мм
		b	при l>			b	при l>
6	16	18	25	(18)	35	42	55
8	16	22	(28)	20	40	45	60
10	16	26	35	(22)	45	50	63
12	25	30	(38)	24	45	54	70
(14)	25	34	(42)	(27)	55	60	75
16	35	38	(43)	30	60	66	85

 При меньшей длине шпильки b = l – 0,5d – 2Р.

Ряд длин шпилек: 16, (18), 2020, (22), 25, (28), 30, (32), 35, (38), 40, (42), 45, (48), 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, (85), 90, (95), 100, 105, 110, 115, 120 мм.

Пример обозначения шпильки с диаметром d = 16 мм, шагом Р = 1,5 мм, длиной l = 70 мм, класса прочности 10.9, поля допуска без покрытия: Шпилька М16×1,5 – 6g×70.109.40Х ГОСТ 22032-76.

Приложение 5

Гайки нормальной точности по ГОСТ 5915-70

d	S	H	D
6	10	4,5	11,0
8	13	6,5	14,4
10	17	8	18,9
12	19	10	21,1
14	22	11	24,5
16	24	13	26,8
18	27	15	30,2
20	30	16	33,6
22	32	18	35,8
24	36	19	40,3
27	41	22	45,9
30	46	24	51,6

Размеры даны в мм.

Пример обозначения гайки с крупной резьбой М20. Поле допуска 6Н, класс прочности 4, без покрытия: Гайка М20-6Н.04 ГОСТ 5915-70.

Приложение 6

Шайбы пружинные нормальные по ГОСТ 6402-70

d	d0	S = b
6	6,1	1,6
8	8,1	2,0
10	10,1	2,5
12	12,1	3,0
14	14,2	3,5
16	16,3	4,0
18	18,3	4,5
20	20,5	5,0
22	22,5	5,5
24	24,5	6,0
27	27,5	7,0
30	30,5	8,0

Пример обозначения шайбы для диаметра резьбы крепежной детали d = 24 мм без покрытия: Шайба 24 65Г ГОСТ 6402-70.

Приложение 7