21.2.4 Кпд резьбовой пары

(183)

. (184)

Влияние угла профиля

.(185)

Так как большинство винтовых механизмов самотормозящие, то их КПД меньше 0,5. возрастает с увеличением и уменьшением . Для увеличения угла подъема резьбы в винтовых механизмах применяют многозаходные винты. В практике редко используют винты, у которых больше 20...25°, так как дальнейший прирост КПД незначителен, а изготовление резьбы затруднено. Кроме того, при большем значении становится малым выигрыш в силе или передаточное отношение винтовой пары. Для повышения КПД винтовых механизмов используют также различные средства, понижающие трение в резьбе: антифрикционные металлы, тщательную обработку и смазку трущихся поверхностей, установку подшипников под гайку или упорный торец винта, применение шариковых винтовых пар и пр.

21.3 Расчеты резьб

Критерии работоспособности: крепежных резьб – срез, смятие; ходовых резьб – износ. Расчетные схемы приведены на рис. 81, алгоритм расчета - в табл. 55. При расчете резьбы на прочность принимают следующее допущение: все витки резьбы нагружаются равномерно (хотя теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что для гайки с шестью витками первый виток резьбы воспринимает 52% всей осевой нагрузки, второй -25%, третий -12 %, шестой - только 2 %).

а б

а – к расчету крепежных резьб; б – к расчету ходовых резьб

Рисунок 81 – Расчетная схема

Таблица 55 - Алгоритм расчета крепежных и ходовых резьб

РН
РУ

Практические рекомендации:

• Если материалы винта и гайки одинаковы, то по напряжениям среза рассчитывают только резьбу винта.

• Равнопрочностъ резьбы и стержня винта является одним из условий назначения высоты стандартных гаек. Стандартные высоты гаек (за исключением низких) и глубины завинчивания исключают необходимость расчета на прочность резьбы стандартных крепежных деталей.

• График распределения нагрузки по виткам резьбы свидетельствует о значительной перегрузке нижних витков и нецелесообразности увеличения числа витков гайки, так как последние витки мало нагружены. По этому условию нецелесообразно применение мелких резьб (при высоте гайки ). Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструкции специальных гаек, выравнивающих распределение нагрузки в резьбе. Специальные гайки особенно желательно применять для соединений, подвергающихся действию переменных нагрузок. Разрушение таких соединений носит усталостный характер и происходит в зоне наибольшей концентрации напряжений у нижнего (наиболее нагруженного) витка резьбы. Опытом установлено, что применение специальных гаек позволяет повысить динамическую прочность резьбовых соединений на 20...30%.

21.4 Расчет на прочность стержня винта (болта) при различных случаях нагружения

1 Болтовое соединение бывает: «затянутое», «незатянутое».

В современном авиастроении получила распространение постановка болтов с высоким упругопластическим натягом – "затянутое соединение" (рис. 82). Таким способом соединяют, например, листы из дюралевого сплава Д16Т болтами из титанового сплава ВТ-16. Материал болтов существенно прочнее материала деталей. При сдвигающих переменных нагрузках наблюдается усталостное разрушение не болтов, а деталей в сечении, ослабленном отверстиями под болты. При установке болтов с высоким натягом в зоне отверстия деталей происходят упругопластические деформации. Высокая пластичность материала деталей позволяет осуществить натяги до 2% и более от диаметра болта. Это значительно превышает все натяги стандартных посадок. Затяжка болтов должна обеспечить герметичность соединения или нераскрытие стыка под нагрузкой. Задача о распределении нагрузки между элементами такого соединения статически неопределима и решается с учетом деформаций этих элементов. Долговечность таких соединений в несколько раз превышает долговечность соединений без натяга.

Рисунок 82 - Затянутое болтовое соединение

2 Болты ставят с зазором и без зазора. Сравнивая варианты установки болтов без зазора и с зазором (рис.83), следует отметить, что второй вариант дешевле первого, так как не требует точных размеров болта и отверстия. Однако условия работы болта, поставленного с зазором, хуже, чем без зазора, так как расчетная нагрузка болта с зазором в 7,5 раза превышает внешнюю нагрузку. Кроме того, вследствие нестабильности коэффициента трения и трудности контроля затяжки работа таких соединений при сдвигающей нагрузке недостаточно надежна.

а б

а – без зазора; б – с зазором

Рисунок 83 - Варианты установки резьбовых соединений