1. Решетов д.Н. Детали машин. – м.: Машиностроение, 1989.

2. Леликов о.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. – м.: Машиностроение, 2004.

Раздел 2 Соединения деталей машин

Тема 5 Резьбовые соединения (1 час)

План лекции:

1. Общие сведения

2. Метрическая резьба

3. Соотношение между силами и моментами, действующими на резьбовые детали в процессе затяжки

Соединение деталей с помощью резьбы является одним из старейших и наиболее распространенных видов разъемного соединения. Легко и просто обеспечивает сборку и разборку. Резьбовое соединение образуют две детали. У одной из них на наружной, а у другой на внутренней поверхности выполнены расположенные по винтовой поверхности выступы – соответственно наружная и внутренняя резьбы.

Резьбы формируют на цилиндрических или конических поверхностях. Наибольшее распространение имеют цилиндрические резьбы.

Достоинства резьбовых соединений.

1. Обеспечивают возможность многократной сборки – разборки.

2. При небольшой силе на ключе создают значительные силы затяжки вследствие клинового действия резьбы и большого отношения длины L гаечного ключа к радиусу r резьбы (L/r  28). Так, сила затяжки винта М12 может составлять 20000 Н.

3. Позволяют производить сборку деталей при различном взаимном их расположении. Тем самым с помощью резьбовых деталей можно выполнять регулирование, в том числе и регулирование осевого положения деталей на валу или осевого положения самого вала в корпусе.

Недостаток – сравнительно большие размеры и масса фланцев для размещения гаек или головок винтов.

Применение. Резьбовые детали в виде винтов, болтов и шпилек с гайками применяют для крепежа – соединения нескольких деталей в одно целое. Роль гайки может выполнять корпусная деталь.

Примеры соединений с помощью резьбовых деталей:

– соединение в одно целое отдельных секций мостов, подъемных кранов;

– соединение нескольких сборочных единиц (редуктора и фланцевого электродвигателя; картера, блока цилиндров и головки блока в двигателе внутреннего сгорания; колеса с полуосью автомобиля);

• соединение деталей (крышки и основания корпуса редуктора; крышек подшипников с корпусом коробки передач);

• крепление узлов и деталей на основании (редуктора на плите; плиты к полу цеха; резца в суппорте токарного станка).

Конические резьбы обеспечивают требуемую плотность (непроницаемость) соединения без каких–либо уплотнений – за счет радиального натяга. Их применяют для соединительной трубной арматуры, пробок, заглушек, штуцеров гидравлических систем, пресс–масленок.

Наряду с соединениями резьбовые детали применяют:

• в передачах винт – гайка, служащих для преобразования вращательного движения в поступательное;

• для регулирования осевых зазоров в подшипниках качения, регулирования конического зубчатого и червячного зацепления и др.

Рисунок 3 – Основные геометрические параметры метрической резьбы

На рис. 3 приведены основные геометрические параметры метрической резьбы – основной для крепежных изделий:

d – наружный диаметр наружной резьбы (номинальный диаметр резьбы);

d₁ – внутренний диаметр наружной резьбы;

d₂ – средний диаметр (ширина впадины равна ширине выступа);

d₃ – внутренний диаметр наружной резьбы по впадине;

 – угол профиля;

Р – шаг;

Н– высота исходного треугольника:

, (11)

Н₁ – рабочая высота профиля:

, (12)

D, D₁ и D₂ – соответственно наружный, внутренний и средний диаметры внутренней резьбы.

Поскольку угол подъема винтовой линии зависит от диаметра цилиндра (причем угол подъема больше на меньшем диаметре), то принято угол  подъема резьбы определять на среднем диаметре d₂:

, (13)

Резьба одного номинального диаметра может иметь разные шаги. Так, для резьбы М64 крупный шаг – 6мм, мелкие шаги – 4; 3; 2; 1,5; 1мм. Меньшему шагу соответствует больший внутренний диаметр d₃ (рис. 4). Для крепежных деталей желательно применять резьбы с крупным шагом.

Резьбы с мелким шагом меньше ослабляют деталь, их отличает повышенное самоторможение, так как при малом шаге угол подъема винтовой линии мал. Мелкие резьбы применяют в резьбовых соединениях, подверженных действию переменных нагрузок (крепление колеса автомобиля, свечи зажигания ДВС), а также в тонкостенных и мелких деталях, регулировочных устройствах (точная механика, приборы).

Обычно применяют предварительно затянутые резьбовые соединения. Первоначальной затяжкой создают давление на стыке соединяемых деталей, что обеспечивает необходимую жесткость соединения и плотность стыка.

Рисунок 4 – Шаг метрической резьбы

Момент сопротивления в резьбе. Выявим соотношение между силой T_зат затяжки и моментом T_р сопротивления в резьбе:

, (14)

Из полученной зависимости следует, что момент сопротивления в резьбе тем больше, чем больше приведенный угол трения ₁= /cos_n т.е. Т_р зависит от материала резьбовой пары и от угла  наклона рабочей стороны профиля. В метрической резьбе угол наклона профиля наибольший ( = 30°), поэтому и момент сопротивления в резьбе – наибольший. Для крепежных резьб это не является недостатком, поскольку момент сопротивления в резьбе препятствует самоотвинчиванию.

Момент Т_р сопротивления в резьбе скручивает стержень винта (создает касательные напряжения).

Момент трения на торце гайки. Контакт гайки с плоской опорной поверхностью корпуса ограничен кольцом с внутренним диаметром, равным диаметру d₀ отверстия в корпусе под стержень винта, и наружным диаметром D, соответствующим границе фаски на опорной поверхности гайки. Приближенно момент T_т трения на торце гайки определяют как произведение силы трения F_тр=F_затf_т на средний радиус R_cp=(d₀+D)/4 кольцевой поверхности:

, (15)

Здесь f_т– коэффициент трения на поверхности контакта.

В большинстве резьбовых соединений должна быть обеспечена стабильная работа без самоотвинчивания.

Условие самоторможения резьбы без учета трения на торце гайки по аналогии с наклонной плоскостью можно записать в виде

, (16)

где  – угол подъема резьбы (1,5...3°);

₁ – приведенный угол трения (при f=0,1...0,3 ₁=6...16°).

Отсюда следует, что все крепежные резьбы — самотормозящие. Но это только при статическом действии нагрузок. При вибрациях ₁ уменьшается вследствие микроперемещений поверхностей трения, сминания микронеровностей на рабочих поверхностях резьбы, и резьбовая пара отвинчивается. Поэтому на практике широко применяют различные способы стопорения, в которых используют:

• дополнительное трение в резьбе или на торце гайки (пружинные шайбы, контргайки, фрикционные вставки в винты или гайки);

• фиксирующие детали (шплинты, проволоку, стопорные шайбы с лапками);

• приварку или пластическое деформирование (расклепывание, кернение);

• пасты, лаки, краски, герметики и клеи.