Лекция 11. Резьбовые соединения.

В материал лекции входит: расчет одноболтового соединения при различных случаях нагружения: ненапряженное болтовое соединение; болтовое соединение нагружено силами, сдвигающими детали в стыке; болт с эксцентричной головкой; болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей.

Классы прочности и материалы резьбовых соединений.

Стальные винты, болты и шпильки изготовляют 12 классов прочности, которые обозначают двумя числами, разделенными точкой: 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 100, указывает минимальное значение временного сопротивления в Н/мм; произведение чисел, умноженное на 10, определяет предел текучести в Н/мм (для класса прочности 3.6 значения приблизительные).

При выборе класса прочности (см. таб. 11.1.) для резьбовых деталей учитывают значение и характер нагрузки: например, класс прочности 4.6 рекомендуют для деталей общего назначения; 5.6 – для деталей малой нагруженности; 6.6 – для деталей средней нагруженности; 12.9 – для деталей высокой нагруженности.

Таблица 11.1.

Классы прочности и механические характеристики болтов, винтов и шпилек (выборка)

Класс прочности	Временное сопротивление , Н/мм	Предел текучести , Н/мм	Марка стали
			болта	гайки
4.6 5.6 6.8	400 500 600	240 300 360	20 30, 35 20, 20кп	20, Ст3кп3 10, 10кп 15, 15кп

Материалы резьбовых деталей. Стандартные крепежные резьбовые детали общего назначения изготовляют из низко- и среднеуглеродистых сталей Ст3кп3, 10, 20, 35 и др. Резьбовые детали из этих сталей получают методом холодной штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 40Х, 30ХГСА применяют для весьма ответственных винтов, болтов, шпилек и гаек.

Для повышения коррозионной стойкости резьбовые изделия, подверженные действию воды или других окислительных сред, оксидируют, омедняют или оцинковывают. В некоторых случаях резьбовые детали изготавливают из неметаллических материалов (нейлон, полиамид и др.).

Допускаемые напряжения в болтах при постоянной нагрузке.

Допускаемое напряжение растяжения определяют в зависимости от предела текучести материала и коэффициента безопасности S:

.

Для контролируемой силы затяжки коэффициент безопасности S принимают по таблице 11.2 в зависимости от диаметра d болта.

Расчет резьбы на прочность.

Под действие осевой силы (силы затяжки) в стержне винта возникают напряжения растяжения, в теле гайки – сжатия, в витках резьбы – смятия, среза.

Чаще всего разрушение винта происходит по первому или второму витку, считая от опорного торца гайки; реже – в области сбега резьбы и в подголовочном сечении; для мелких резьб возможен срез витков.

Рис. 11.1.

Определим напряженное состояние элементов резьбы (см. рис. 11.1.):

1). Смятие кольцевой поверхности АВ.

,

где - нагрузка на первый виток; q – интенсивность нагрузки;

- площадь до смятия.

;

.

2). Изгиб витка, как консольной балки.

;

;

;

.

3). Срез по цилиндрической поверхности АС.

.

4). Разрыв стержня винта по внутреннему диаметру.

,

где - напряжение разрыва;

А – плошадь поперечного сечения.

Резьба должна быть спроектирована таким образом, чтобы все виды разрушения были равновероятны, при этом обеспечивается равнопрочность резьбы по всем параметрам. Равнопрочность резьбы и стержня болта является одним из условий назначения высоты стандартной детали.

Стандартные высоты гаек и глубины завинчивания исключают необходимость расчета на прочность резьбы стандартных крепежных деталей.

Высота гаек:

- стандартных: ;

- высоких: ;

- низких: ,

где d – номинальный диаметр резьбы.