5.9. Матеріал різьбових виробів і допустима напруга
Для виготовлення різьбових виробів використовують сталі марок Ст3, сталь 10, 20, 35, 45, 30Х, 30ХГСА, ВТ16 тощо. Ці сталі в умовах масового виробництва дозволяють виготовляти різьбові деталі методами холодного штампування з наступним накатуванням різьби. Леговані сталі 35Х, 40Х, 38ХА, 30ХГСА, ВТ16 та ін. використовують для особливо відповідальних кріпильних виробів, наприклад, для з’єднання швидкообертаючих частин і важконавантажених відповідальних з’єднань. Використовують також сплави кольорових металів (латунь, бронзу та інші).
При виборі матеріалу враховують умови роботи (температуру, корозію і т. п.), значення і характер навантаження (статичне, змінне), спосіб виготовлення та обсяг виробництва. Наприклад, стандартні кріпильні вироби загального призначення виготовляють із низько, - і середньовуглецевих сталей типу сталь 10...35.
Леговані сталі 30Х, 30ХГСА використовують для високонавантажених деталей при змінному та ударному навантаженні, при високих температурах, в агресивному середовищі та ін.
Для підвищення міцності, корозійної стійкості, жароміцності використовують спеціальні види термічної та хімікотермічної обробки, нанесення гальванічних й інших покрить (цинкових, кадмієвих, хромових, мідних і ін.).
Допустиму напругу і запаси міцності для різьбових деталей наведено у табл. 5.6, а також у таблицях I.2 [9], II.4[14], 15 [18]. При неконтрольованій затяжці запаси міцності значно зменшують. Для болтів допустима напруга на розтяг [σp] визначається за формулою:
(5.34)
де [ST] – допустимий коефіцієнт запасу міцності.
Таблиця 5.6
Допустима напруга на розтяг [σp] для болтів
Клас міцності |
Границя міцності σВ, Н/мм2 |
Границя текучості σТ, Н/мм2 |
Марки сталі |
||
min |
max |
болта |
гайки |
||
3.6 4.6 5.6 |
340; 300 400 500 |
490 550 700 |
200 240 300 |
Ст3; 10 20 30; 35 |
Ст3 Ст3 10 |
Коефіцієнт [ST] залежить від характеру навантаження, матеріалу, діаметра болта, наявності контролю сили затяжки. Значення коефіцієнту запасу міцності [Sт] при статичному навантаженні і неконтрольованій затяжці приведено в табл. 5.7.
Таблиця 5.7
Значення коефіцієнту запасу міцності [Sт] при статичному навантаженні і неконтрольованій затяжці
Марка болта |
Діаметр різьби d, мм |
||
6...16 |
16...30 |
30...60 |
|
Вуглецева сталь Легована сталь |
5...4 6,5...5 |
4...2,5 5...3,3 |
2,5...1,5 3,3 |
При неконтрольованій затяжці запаси міцності значно зменшують, а допустима напруга залежить від діаметру болта. Тому розрахунок ведуть методом послідовного наближення. Спочатку задаються діаметром болта d і за таблицею 5.6 приймають значення допустимого коефіцієнта запасу міцності [ST]. Якщо за результатами розрахунку одержиться номінальний діаметр різьби d, який виходить за межі прийнятого інтервалу діаметрів, то задаються іншими значеннями d і [ST] і повторюють розрахунок.
При контрольованій затяжці величина допустимого коефіцієнта запасу [ST] не залежить від діаметра болта d. Для будь-якого болта із вуглецевої сталі при статичному навантаженні [ST] = 1,3...2,5 – більші значення для конструкцій підвищеної відповідальності або при низький точності визначення діючого навантаження.
Затяжка різьбових з’єднань контролюється спеціальними динамометричними ключами граничного моменту, які обмежують моменти, що прикладається при затяжці гайки.
Допустима напруга зрізу болтів:
(5.35)
де σт – напруга текучості матеріалу болта.
Допустима напруга зминання болтів, що з’єднують стальні деталі;
.
(5.36)