9.2. Основные типы крепежных деталей

Р ассмотрим только принципиальные вопросы, относящиеся к при­менению того или иного типа крепежных деталей. Геометрические фор­мы и размеры крепежных деталей не рассматриваются, так как они весьма разнообразны и с исчерпывающей пол­нотой описаны в справочниках нестан­дартах крепежных изделий.

Для соединения деталей применя­ют болты (винты с гайками рис. 9.8, а), винты (рис. 9.8, б), шпильки с гайками (рис.9.8, в).

Рис. 9.8

Основным преимуществом бол­тового соединения является то, что при нем не требуется нарезать резьбу в соединяемых деталях. Это особенно важно в тех случаях, когда материал детали не может обес­печить достаточную прочность и долговечность резьбы. К недостаткам болтового соединения можно отнести следующее: обе детали должны иметь места для расположения гайки или головки винта;

при завинчи­вании и отвинчивании гайки необходимо удерживать головку винта от проворачивания; по сравнению с винтовым болтовое соединение несколько увеличивает массу изделия и больше искажает его внешние очертания.

Винты и шпильки применяют в тех случаях, когда постановка болта невозможна или нерациональна. Например, нет места для раз­мещения гайки (головки), нет доступа к гайке (головке), при большой толщине детали необходимо глубокое сверление и длинный болт и т. п.

Если при эксплуатации деталь часто снимают и затем снова ставят на место, то ее следует закреплять болтами или шпильками, так как винты при многократном завинчивании могут повредить резьбу в де­тали. Повреждение резьбы более вероятно при малопрочных хрупких материалах, например из чугуна, дюралюминия и т. п.

Подкладную шайбу ставят под гайку или головку винта для умень­шения смятия детали гайкой, если деталь изготовлена из менее проч­ного материала (пластмассы, алюминия, дерева и т. п.); предохране­ния чистых поверхностей деталей от царапин при завинчивании гайки (винта); перекрытия большого зазора отверстия. В других случаях подкладную шайбу ставить нецелесообразно. Кроме подкладных шайб применяют стопорные или предохранительные шайбы, которые пре­дохраняют соединение от самоотвинчивания.

Теория винтовой пары

Зависимость между моментом, приложенным к гайке, и осевой силой винта. Если винт нагружен осевой силой F (рис. 9.10), то для завинчивания гайки к ключу необходимо приложить момент Т_эав, а к стержню винта реактивный момент Т_р ,_| который удерживает стер­жень от вращения. При этом можно записать

Т _зав = Т_Т + Т_р , (9.3)

где Т_Т— момент сил трения на опорном торце гайки; T_р — момент сил в резьбе. Равенство (9.3), так же как и последующие зависимости, справедливо для любых винтовых пар болтов, винтов, шпилек и вин­товых механизмов.

Н е допуская существенной погрешности, принимают приведенный радиус сил трения на опорном торце гайки равным среднему радиусу

этого торца или D/_ср/2. При этом (9.4)

где D_cp= ; D₁ — наружный диаметр опорного торца гайки; d_отв — диаметр отверстия под винт; f— коэффициент трения на торце гайки.

Рис. 9.10.

Момент сил в резьбе определим, рассматривая гайку как ползун, поднимающийся по виткам резьбы, как по наклонной плоскости — рис. 9.11, а. По известной теореме механики, учитывающей силы тре­ния, ползун находится в равновесии, если равнодействующая F_n системы внешних сил отклонена от нормали п—п на угол трения . В нашем случае внешними являются осевая сила F и окружная сила . Далее (см. рис.9.11),

F_t=Ftg( ), или , (9.5)

где — угол подъема резьбы [по формуле (9.1)]; , — угол трения в резьбе; f_пр — приведенный коэффициент трения в резьбе, учитывающий влияние угла профиля [формула (9.2)].

Подставляя значения моментов в формулу (9.3), найдем искомую зависимость

Т_зав = 0,5Fd₂ (9.6)

Рис. 9.11.

При отвинчивании гайки окружная сила F_t и силы трения меняют направление по рис. 9.14, 6. При этом получим (9.7)

Момент отвинчивания с учетом трения на торце гайки, по аналогии с формулой (9.6), . ( 9.8)

Полученные выражения позволяют сделать следующие выводы:

1. По формуле (9.6) можно подсчитать отношение осевой силы винта F к силе F_K, приложенной на ручке ключа, F/F_K, которое дает выиг­рыш в силе. Для стандартных метрических резьб при стандартной длине ключа l 15 d и 0,15 F/F_K=70. . .80.

2. Стержень винта не только растягивается силой F, но и закручи­вается моментом Т_р.