Усилие предварительной затяжки

Это создание растягивающих напряжений в болте и сжимающих напряжений в сопрягаемых деталях при отсутствии внешних нагрузок. Величина усилия предварительной затяжки рассчитывается по следующей формуле, известной из курса «Детали машин»:

	P0 – остаточная сила затяжки P – рабочая нагрузка Сд и Сб – коэффициенты жесткости детали и болта Δlб – удлинение болта Δlд – сжатие детали

Р₀ – это то усилие, которое остаётся в стыке после приложения рабочей нагрузки, т.е. стык расслабляется силой P и необходима сила Р₀ для создания герметичности или прочности.

Коэффициент жёсткости – отношение нагрузки к вызываемой ею деформации.

Р₀ = K∙P K = 0,8 ÷ 1,8 (1,1 ÷ 1,8 – по Никитину)

P_з играет важную роль в определении работоспособности резьбовых соединений. Правильный выбор P_з увеличивает надёжность и долговечность работы двигателя.

Из графика видно, что при малых P_з продолжительность работы небольшая. При дальнейшем увеличении P_з

(до P_{з опт}) время работы соединения равно бесконечности, т.е. резьбовое соединение может работать бесконечно долго.

Правильный выбор усилия P_з обеспечивает уменьшение количества дефектов в резьбовом соединении.

Влияние различных факторов на работу резьбового соединения:

Преобладающая масса дефектов резьбового соединения падает на неправильный выбор P_з. При сборке резьбового соединения необходимо проводить тщательный контроль усилия P_з. Существуют косвенные методы контроля P_з. Сейчас наиболее распространены следующие методы:

1. Контроль усилия затяжки по моменту на ключе

2. Контроль усилия затяжки по углу поворота гайки или болта.

3. Контроль усилия затяжки по удлинению болта или шпильки.

1. Контроль P_з по моменту на ключе

Контроль P_з осуществляется с помощью предельных или динамометрических ключей, обеспечивающих заданный момент затяжки.

; М_кл = f(P_з, d_ср, α, β, f_р, f_т);

d_ср – средний диаметр резьбы,

α – угол подъёма винтовой линии,

β – половина угла профиля резьбы,

f_р, f_т – коэффициенты трения в резьбе и по торцу сопрягаемых деталей,

D и d₀ – диаметры окружностей, ограничивающие площадь опорной поверхности гайки.

Основную долю погрешности этого метода составляют коэффициенты трения f_р и f_т. Они могут колебаться в пределах от 0,05 до 0,5; зависят от рода материала, смазки, рода покрытия, шероховатости. Как влияет состояние резьбы на P_з, показывает следующий график:

1 – сухая обезжиренная резьба

2 – омеднённая резьба

3 – резьба, смазанная машинным маслом

В области контроля резьбовых соединений большую работу провели Старостин И.Г. и Захаров Д.А.

В производственных условиях точность метода можно увеличить экспериментально определяя коэффициент трения и вводя их в формулу.

Достоинства: метод контроля производителен, прост в применении, легко поддаётся механизации.

2. Метод затяжки по углу поворота

Состоит в том, что гайку завертывают от руки до упора во фланец, затем затягивают ключом с целью обмятия шероховатостей и неровностей на сопрягаемых поверхностях.

После этого гайку отвертывают и вновь завёртывают от руки до упора в торец детали, после чего ключом завёртывают на заданный угол. Для контроля угла ключ снабжают указательной стрелкой, а в плоскости детали устанавливают лимб с делениями в градусах.

Преимущество – метод не требует специальной оснастки.

; S – шаг резьбы.

и - податливость болта и детали.

E₁, E₂ – модули упругости материала болта и детали в кг/мм².

F₁, F₂ – площади сечения болта и стягиваемых деталей.

Определение площади F₂ (площадь детали) составляет известную трудность.

При стягивании фланцев принято считать, что деформация от усилия затяжки захватывает конус давления, образующие которого составляют с основанием угол 45°.

Для упрощения конус условно заменяют цилиндром D_ц=D+l, где l – толщина фланца (l_д/2), и площадь сечения цилиндра принимается в качестве расчетной площади стыка:

.

При увеличении толщины сопрягаемых деталей погрешность расчёта получается очень большая, поэтому рекомендуется считать (податливость) исходя из теории упругости:

На точность метода влияют следующие погрешности:

1. Субъективные ошибки рабочего в определении начального угла отсчёта (в зависимости от приложенной силы)

2. В начальный момент затяжки происходит нелинейная зависимость усилия затяжки от угла поворота.

В начале затяжки происходит деформация отдельных микронеровностей, что приводит к зависимости в начальный момент.

К расчётному углу необходимо добавлять φ₀.

3. Трудность расчёта податливости сопрягаемых деталей (ввиду наличия конуса давления)