Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Резьбовые соединения / Лекция 14_Резьбовые соединения_

.pdf
Скачиваний:
112
Добавлен:
01.05.2014
Размер:
3.79 Mб
Скачать

Резьбовые соединения

Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные (различного рода шарниры, подшипники, зацепления и пр.) и неподвижные (резьбовые, сварные, шпоночные и др.). Наличие подвижных связей в машине обусловлено ее кинематической схемой. Неподвижные связи обусловлены целесообразностью расчленения машины на узлы и детали для того, чтобы упростить производство, облегчить сборку, ремонт, транспортировку и т.п.

Неподвижные связи в технике называют соединениями.

По признаку разъемности все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения позволяют разъединять детали без их повреждения. К ним относятся резьбовые, штифтовые, клеммовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения.

Неразъемные соединения не позволяют разъединять детали без их повреждения. Применение неразъемных соединений обусловлено в основном технологическими и экономическими требованиями. К этой группе соединений относятся заклепочные, сварные и соединения с натягом (прессовые).

Соединения являются важными элементами конструкций. Многие аварии и прочие неполадки в работе машин и сооружений обусловлены неудовлетворительным

качеством соединений.

Общие сведения о соединениях

Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность.

Необходимо стремиться к тому, чтобы соединение было равнопрочным с соединяемыми элементами. Наличие соединения, которое обладает прочностью, составляющей, например, 0,8 от прочности самих деталей, свидетельствует о том, что 20% нагрузочной способности этих деталей или соответствующая часть металла конструкции не используется.

Соединения элементов сосудов и трубопроводов, содержащим газы или жидкости, должны удовлетворять условиям плотности (герметичности). Для этого контактирующие поверхности должны быть сжаты давлением, существенно превышающим давление среды.

В связи с необходимостью сохранения точности под нагрузкой соединения должны удовлетворять условию жесткости.

Желательно, чтобы соединение не искажало форму изделия, не вносило дополни тельных элементов в его конструкцию и т. п. Например, соединение труб болтами требует образования фланцев, сверления отверстий под болты, установку самих болтов с гайками и шайбами. Соединение труб сваркой встык не требует никаких дополнительных элементов. Оно в наибольшей степени приближает составное изделие

к целому. С этих позиций соединение болтами может быть оправдано только

2

разъемностью.

 

Общие сведения о соединениях

Соединения позволяют собирать изделие из отдельных деталей, т.е. взаимно фиксировать их в требуемом направлении. Применение сборных конструкций удешевляет изготовление деталей: упрощаются их формы, облегчается обработка, рационально используются материалы. Но при этом увеличивается число деталей, усложняется монтаж из-за возрастания числа сборочных операций, появляется потребность в дополнительных стыках и сопряженных поверхностях, которые требуют повышенной точности обработки, возникает неблагоприятное распределение напряжений и ряд других факторов. Разбиение конструкции на детали, выбор их числа и форм определяется технологическими возможностями и минимизацией затрат на изготовление, сборку и последующее техническое обслуживание всей системы.

В конструкции соединяемые детали могут либо соприкасаться, либо отстоять друг от друга на некотором расстоянии. Наиболее часто контактирующие поверхности соединяемых деталей имеют цилиндрическую (как, например, в сопряжении вал-втулка) или плоскую (или слабо искривленную) формы.

3

Классификация соединений

Соединения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функционально-

 

 

 

Соединение

 

 

Контакт по

 

 

Фиксация в окружном

остранст-венный

 

 

 

контактиру-ющих

 

 

цилиндри-ческой

 

 

 

направлении

признак

 

 

 

деталей

 

 

поверхности

 

 

 

(шпоночное,

задается:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шлицевое,

направление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

профильное, осевое

 

 

 

 

 

 

 

 

 

иксации, форма и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

штифтовое и др.

расположение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

соединения)

верхностей стыка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фиксация в осевом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

направлении

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(резьбовые, кольцами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и др. соединения)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фиксация полная

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(радиальное

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

штифтовое, клиновое,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

резьбовое

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(фланцевое), сварное,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

клеевое, прессовое и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

др. соединения)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контакт по

 

 

 

Фиксация полная

 

 

 

 

 

 

 

плоскости

 

 

 

(сварное, клеевое,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

клепаное, резьбовое,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

гвоздями, шурупами,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шипами и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

соединения)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соединение

 

 

Соединение

 

 

 

муфты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

разнесенных

 

 

вращающихся

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

деталей

 

 

деталей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соединение

 

 

 

муфты, рукава,

 

 

 

 

 

 

 

стационарных

 

 

 

нипели, фланцы,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

деталей

 

 

 

бугели и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При контакте по цилиндрической поверхност фиксация деталей в радиальном направлени уже обеспечивается характером сопряжения. В остальных направлениям возможна:

фиксация в окружном направлении при допустимой подвижности в осевом направлении: шпоночное, шлицевое, профильное, штифтовое (осевая установка) другие виды соединений;

фиксация в осевом направлении при допустимой подвижности в окружном направлении: резьбовые, кольцами и другие виды соединений;

полная фиксация (во всех направлениях): штифтовое (радиальная установка), клиново резьбовое (фланцевое), сварное, клеевое, прессовое и другие виды соединений.

При соединении деталей по плоской поверхности наиболее распространены соединения, обеспечивающие полную фиксацию, т.е. препятствующие сдвигу деталей и отрыву их друг от друга. Это – сварное, клеевое, клепаное и резьбовое соединения, а также соединения гвоздями, шурупами, шипами и еще многими другими способами. Для улучшения восприятия сдвигающих нагрузок используют комбинированные соединения, когда дополнительно вводят элементы, хорошо работающие на сдвиг, как, например, 4шпонк и штифты.

Классификация соединений

Монтажный признак

 

 

Разъемные

 

шпоночное, шлицевое, штифтовое,

(способ сборки)

 

 

 

 

профильное, резьбовое и т.д.

 

 

 

 

выбирается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Неразъемные

 

сварное, клепаное, клеевое, прессовое

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Способ замыкания

 

 

Геометрическое

 

шпоночное, шлицевое, штифтовое,

 

 

(выбирается)

 

 

 

 

профильное, резьбовое и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Силовое

 

шпоночное (клиновое), прессовое,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

резьбовое (с зазором) и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Не всегда детали, подлежащие соединению, непосредственно соприкасаются. В таких случаях вводят промежуточные элементы, связывающие соединяемые детали воедино:

для соединения вращающихся деталей (валов) служат муфты. При этом часто они выполняют и ряд других вспомогательных функций;

для соединения стационарных деталей типа труб, шлангов и т.п. применяют муфты, рукава, нипели, бугельное, фланцевое и ряд других соединений.

В зависимости от условий монтажа соединения подразделяются на разъемные и неразъемные. В отличие от неразъемных соединений разъемные позволяют многократно собирать и разбирать узлы без повреждения поверхностей деталей, однако существует вероятность непроизвольной их саморазборки в процессе эксплуатации. Поэтому в ответственных случаях разъемные соединения нуждаются в дополнительном стопорении.

По характеру взаимодействия соединяемых деталей выделяют геометрическое и силовое замыкания. Силовое замыкание, как правило, фиксирует детали посредством силы трения и конструктивно проще, но габариты такого узла получаются больше.

В каждой проектной ситуации существует много вариантов соединения деталей. Выбор же конкретного способа зависит от геометрии этих деталей, а также от технологических возможностей, связанных с возможностью изготовления деталей и соединительных элементов и сложностью

последующего монтажа. Ниже приводится характеристика основных видов соединений.

5

Резьбы.

Общая характеристика

Резьбовые соединения относятся к разъемным и осуществляются с помощью резьбовых деталей – винтов, болтов, шпилек, гаек и иных деталей с нарезанной на них резьбой. Они удобны при сборке и разборке, технологичны, стандартизированы и взаимозаменяемы, доступны, позволяют легко регулировать плотность соединения. К их недостаткам относят необходимость увеличения размеров соединяемых деталей для размещения резьбовых деталей (например, выполнение фланцев), необходимость разработки конструкции с учето свободного доступа инструмента (рожковых или торцевых ключей), возможность самоотвинчивания (опасность наступления которого возрастает при вибрациях, циклическо силовом и температурном нагружении).

Устройство и принцип работы резьбового соединения те же, что и у передачи винт-гайка. При затяжке соединения происходит преобразование вращательного движения в поступательное. Рабочей нагрузкой является усилие затяжки, т.е. осевая сила, появляющаяся при заворачивании резьбовой детали при приложении к ней внешнего крутящего момента (“момента на ключе”).

Особенности конструкции резьбового соединения состоят в следующем:

реализуются максимально возможное передаточное число (для получения наибольшего выигрыша в силе затяжки); наличие самоторможения, т.е. после затяжки соединения и снятия внешнего крутящего

момента резьбовые детали не должны сами выворачиваться, а затяжка – ослабляться. По условию самоторможения предпочтительны резьбы с треугольным профилем, однозаходны и, по возможности, не составляющие антифрикционную пару.

В целях достижения равнопрочности витков винта и гайки, выполненных из разных 6 материалов, толщину витков более прочной детали могут уменьшать (например, у шурупов

Резьбы.

Основные понятия и определения

Резьбовыми соединениями называют разъемные соединения деталей с помощью резьбы или резьбовыми крепежными деталями

– винтами, болтами, шпильками, гайками.

Резьба – это выступы, образованные на основной поверхности винтов или гаек и расположенные по винтовой линии.

Резьба образуется путем нанесения на поверхность деталей винтовых канавок с сечением согласно профилю резьбы. Образованные таким образом выступы носят название витков.

Термин винт послужил основой для целого ряда других терминов: винтовое движение, винтовая линия, винтовая поверхность.

Термин резьба произошел от технологического процесса ее изготовления – нарезания.

7

Резьбы.

Основные понятия и определения

Резьбовые соединения получили большое распространение в машиностроении. В современных машинах детали, имеющие резьбу, составляют свыше 60% от общего количества деталей. К ним относятся крепежные детали (болты, винты, гайки), большинство корпусных деталей, так как они свинчиваются винтами и к ним привинчиваются другие детали; валы в связи с креплением и регулированием подшипников и других деталей; шкивы, зубчатые колеса в связи с необходимостью стопорения и т. д.

Широко применяют резьбовые соединения (с сильной затяжкой) в крановых и строительных металлических конструкциях, так как они облегчают изготовление и сборку.

Крепежные винты относятся к числу весьма напряженных деталей; случаются аварии машин, связанные с разрушением ответственных резьбовых деталей. В условиях контроля начальной затяжки и хорошего стопорения резьбовые соединения обеспечивают надлежащую надежность.

Широкое применение резьбовых соединений определяется: 1) возможностью создания больших осевых сил (ввиду клинового действия резьбы, а также большого отношения длины ключа к радиусу резьбы); 2) возможностью фиксирования зажима в любом положении благодаря самоторможению; 3) удобными формами и малыми габаритами; 4) простотой и возможностью точного изготовления.

Помимо крепежных целей винтовые пары в машинах применяют для осуществления поступательного движения и, в частности, для подъема грузов и точных

перемещений.

8

Основные сведения о резьбах

Размерные параметры резьбы.

Диаметры резьбы (винта и гайки): наружный d, D; средний d2, D2; внутренний d1, D1.

Диаметры винта, как охватываемой детали, обозначаются малыми буквами, диаметры гайки, как охватывающей детали, – большими. Номинальные значения одноименных диаметров равны; отличие

– в допустимых отклонениях. На поверхности воображаемого цилиндра диаметром d2 ширины витков и впадин резьбы одинаковы.

Профиль резьбы – это профиль выступа и канавки резьбы в плоскости ее осевого сечения. Профиль резьбы характеризуется:

а) углом профиля λ – угол между смежными боковыми сторонами резьбы осевого сечения;

б) высотой исходного треугольника резьбы H, т.е. треугольника, вершины которого образуются точками пересечения продолженных боковых сторон профиля.

в) рабочей высотой профиля резьбы H1, равной длине проекции участка взаимного перекрытия профилей сопрягаяемых наружной и внутренней резьб на перпендикуляр к оси резьбы.

9

Основные сведения о резьбах

Шаг резьбы P – расстояние по линии, параллельной оси резьбы между средними точками ближайших одноименных боковых сторон профиля резьбы, лежащими в одной осевой плоскости по одну сторону от оси резьбы.

Ход винта Ph (для многозаходных резьб) – произведение шага на число заходов. Угол подъема резьбы ψ – угол, образованный касательной к винтовой линии, описываемой средней точкой боковой стороны резьбы и плоскостью, перпендикулярной к оси резьбы tgψ = Ph .

πd 2

По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбы. У правой резьбы винтовая линия идет слева направо и вверх, у левой – справа налево и вверх. Наиболее распространена правая резьба.

Левую резьбу применяют только в специальных случаях.

Если витки резьбы расположены по двум или нескольким параллельным винтовым линиям, то они образуют

многозаходную резьбу. По числу захода различают однозаходную, двухзаходную и т д. резьбы. Наиболее распространена однозаходная резьба. Все крепежные

резьбы однозаходные. Многозаходные резьбы

 

применяются преимущественно в винтовых механизмах.

10

Число заходов больше трех применяют редко.