Резьбовые соединения

Формы резьбы.

Соединения осуществляются болтами, шпильками, винтами.

Существуют подвижные и неподвижные резьбовые соединения. 1-е обеспечивают высокую точность перемещений, равномерность, плавность, бесшумность хода, реверсивность; 2-е – высокую прочность, герметичность и т.п.

Подвижные резьбовые соединения применяются в виде ходовых винтов станков, прессов.

Неподвижные- при креплении фланцев, труб и т.п.

В подвижных соединениях используются резьбы трапецеидальные, упорные, имеющие высокие к.п.д. и износостойкость. В них должно быть как можно меньшее трение.

Крепежные резьбы (метрические, конические, трубные и др.) должны иметь самоторможение. Кроме того, конические, трубные резьбы должны обеспечивать герметичность соединения.

Для точных ненагруженных винтов измерительных и делительных механизмов часто применяют треугольную резьбу с углом профиля 30° и 60°.

На рис.7.24 показаны некоторые профили резьб.

На рис. 7.24,а изображен профиль метрической резьбы. Такая резьба болта, винта наружным диаметром 20 мм обозначается следующим образом М2О; М20х1,25. Цифры 20 соответствуют диаметру d, а 1,25 – шагу- s резьбы. Отсутствие указания о шаге резьбы, свидетельствует, что применен крупный (нормальный) шаг. Резьба на гайке имеет такое же обозначение.

Рис. 7.24 Формы резьб:

а) метрическая резьба (М20…); б) трапецеидальная одноходовая резьба (Трап. 90х12) в) трубная цилиндрическая резьба (Труб. 2” кл.2; G1/2); г) подъем резьбы.

Резьбы могут быть одноходовые или многоходовые (многозаходные). Ход резьбы h= zs, где z- число заходов.

Установлено 3 класса точности резьб: точный (4H/4h; 5H/ 4h) , средний (6G/6h, Gh/6g) и грубый (7H/8g, 7G/8h). Здесь в обозначении посадок числитель- гайка, знаменатель- винт.

Трапецеидальная резьба (рис. 7.23,б) применяется для передачи движения, например, в ходовых винтах.

Трубная цилиндрическая резьба (рис.7.24,в) применяется для соединения труб. Ее профиль предполагает герметичность соединения. Однако на практике такая резьба требует дополнительного уплотнения, например, льняными волокнами. Номинальный диаметр измеряется в дюймах 1/8”….6”.

Угол подъема резьбы tgy= s/(pd_срz) (Рис. 7.24,г).

Конические резьбы (рис. 7.25) хорошо обеспечивают герметичность. Для их изготовления нужны калибры: кольца и пробки. При проверке резьбы определяется крутящий момент во время свинчивания механическим ключом или натяг в процессе свинчивания от руки.

Рис. 7.25

Детали конического резьбового соединения.

муфта ниппель

Соединения осуществляются болтами, шпильками, винтами. У болта чаще всего головка имеет шестигранную форму, а винт может иметь головку с шестигранником, с прорезъю, крестообразным углублением и т.п.

На рис.7.26 показаны виды резьбовых соединений.

Рис. 7.26

Виды резьбовых соединений:

а) болтовое соединение (1- болт, 2- гайка, 3- соединяемые детали, 4 шайба);

б, г) соединение на шпильках (5);

в) винтовое соединение (6- винт ).

Способы стопорения резьбовых соединений.

Самоотвинчивание разрушает соединение и может проивести к аварии. Предохранение от самоотвинчивания очень важно для повышения надежности резьбовых соединений и совершенно необходимо при вибрациях, переменных и ударных нагрузках.

Рис.7.27 Стпорение с помощью:

а) контргайки (1); б) пружинной шайбы (гровер-шайба).

Существует много способов стопорения. Часто они дают хороший результат, но иногда стандартные методы не действуют, и тогда возникает необходимость в разработке иного способа стопорения. На рис.7.27- 7.30 показаны некоторые способы стопорения.

Рис. 7.28. Стопорение с помощью шплинта.

Рис. 7.29. Стопорение с помощью прошивки проволокой.

Рис. 7.30. Стопорение с помощью специальной шайбы (а) или планки (б).

Условие правильной сборки заключается в обеспечении такой затяжки, чтобы стык не раскрылся. При этом усилие затяжки должно быть

Q_з= nF(1-z),

где F - внешняя нагрузка, приходящаяся на один болт; z= 0,2- 0,4 коэффициент внешней нагрузки; n- запас по плотности, обеспечивающий нераскрытие стыка при увеличении нагрузки в n- раз (n= 1,25- 2- для постоянной нагрузки; n= 2,5- 4- для переменной нагрузки; n= 1,25...2,5- для мягкой прокладки, по герметичности; n= 2,5... 3,5 - для металлических прокладок).

Интенсивность напряжения от затяжки в болте (шпильке) определяется из выражения

s_i=(s_p²+3t²)^1/2£ (0,5...0,7)s_т, (7-12)

где s_p - напряжения растяжения; t - касательные напряжения от крутящего момента; s_т - предел текучести.

В ответственных соединениях затяжку фиксируют по крутящему моменту (для этого используют гайковерты моментные); по удлинению болта; по углу поворота гайки.

В групповых соединениях затяжку осуществляют в определенной последовательности:

Фланцы - крест на крест по диаметру или сначала средние гайки, затем пару соседних справа и слева и т.д., постепенно приближаясь к краям. Затяжку надо производить постепенно в 2-3 приема.

Приближенно М_з= 0,2Q_зd. Точное значение момента затяжки зависит от коэффициентов трения в резьбе и по торцу гайки, которые могут иметь значения m= 0,05- 0,5.

Для достижения стабильных значений коэффициента трения и предотвращения от заедания применяют металлические покрытия (кадмирование, меднение, латунирование, серебрение...) и смазку (графитовая смазка, НК-50, дисульфит молибдена и др.)

Затяжка по углу поворота гайки производится после ее контакта со стягиваемой деталью. При этом

j_р= 360°Q_з(l_б+ l_д)/s, (7-13 )

где s- толщина гайки; l_б= l_б/(Е_бf_б)- податливость болта (l_б ,Е_{б ,}f_б- длина, модуль упругости и площадь сечения болта); l_д- коэффициент податливости детали, например для дух соединяемых деталей

l_д= 9,2 (E_дpd₀)^-1lg[2,2(0,2d₀+ 0,5l₁)[0,2(2,2d₀+ 0,5d₀)]^-1,

d₀- диаметр отверстия.

Перед затяжкой по формуле надо 2-3 раза затянуть на угол меньший расчетного. При этом сминаются неровности, устраняются перекосы.

Затяжка на удлинение болта (шпильки) производится по выражению

Dl_б= Q_зl_б. (7-14 )

Удлинение измеряют микрометром, индикаторами часового типа. Такая затяжка наиболее точная. Однако применяется при l_б / d³ 10.

Могут применять полые тензометрические болты (шпильки), т.е. здесь по оси выполнено отверстие и закреплен стержень, длина которого такова, что при затяжке торец стержня становится заподлицо с торцем болта (шпильки). Может использоваться специальная мерная шайба.

Распространен способ вытягивания стержня болта гидродомкратом и последующим свободным до упора навинчиванием гайки. Этот способ исключает скручивание болта или шпильки.

Используется также предварительный нагрев больших стяжных болтов

DT°= Dl_t/ k, (7-15)

где k- коэффициент линейного температурного расширения металла.

При использовании шпилек ее надо сначала надежно закрепить в корпусе. Здесь момент крепления должен быть больше момента при затяжке и откручивании гайки М_кр»0,2[t]d₁^3..

Шпильки ввертываются как вручную, так и с помощью специального инструмента. Их можно ставить на клей (обычно для магниевых и алюминиевых корпусов). При этом они ввертываются при минимальном крутящем моменте, т.е. в резьбе должен быть зазор. Выполняется следующая последовательность операций:

1. Обезжиривание резьбы шпильки и отверстия (бензин, ацетон).

2. Нанесение на резьбу клея с последующей выдержкой по времени (клей ВС- 50, Л-4).

3. Ввертывание шпильки в корпус на заданную глубину.

4. Создание давления на витках резьбы через гайку и распорную втулку.

5. Отверждение клея.

В процессе работы резьбовые соединения могут из-за релаксации, вибрации ослабляться. Гайки могут откручиваться. Для предотвращения этого сокращают число стыков, увеличивают крутящий момент, стопорят (см. рис.7.27…7.30).

Существуют подвижные и неподвижные резьбовые соединения. 1-е обеспечивают высокую точность перемещений, равномерность, плавность, бесшумность хода, реверсивность; 2-е – высокую прочность, герметичность и т.п.

Подвижные резьбовые соединения применяются в виде ходовых винтов станков, прессов.

Неподвижные соединения- при креплении фланцев, труб и т.п.

В подвижных соединениях используются резьбы трапецеидальные, упорные, имеющие высокие к.п.д. и износостойкость. В них должно быть как можно меньшее трение.

Крепежные резьбы (метрические, конические, трубные и др.) должны иметь самоторможение. Кроме того, конические, трубные резьбы должны обеспечивать герметичность соединения.

В конструкции соединения возможно сочетание изгиба с растяжением. В таком случае соотношение геометрических размеров и напряжений должно соответствующим образом определяться..

Исследованиями установлено, что нагрузка по виткам распределяется в соответствии с уравнением (см. рис. 7.31)

Q(z)= Pm ch(mz)/sh(mH), (7-16) где m» 2,7/d+ 0,003d/s²; H- высота гайки; s- шаг резьбы.

Рис.7.31

Распределение нагрузки q(z) по виткам.

Так, для М=16 при Н= 1- получается, что три первые витка воспринима-ют 81% от всей нагрузки.

При внешней нагрузке P= P_asin (wt) напряжение равно

s_a= 0,5P_a/(0,786d²₁).

Амплитуду колебаний можно снизить, если ввести специальные упругие элементы в систему соединения или увеличить жесткость соединяемых деталей.

Оценивают прочность в этом случае по величине s_-1б= s_-1/к_б, где

к_б,= 3…4,5 – для углеродистых сталей;

к_б,= 3…4,5 – для легированных сталей.

Если у резьбы обкатать впадины роликом или изготовить ее холодной высадкой, то резьба станет прочней, чем после точения или шлифования.

Прочность резьбовых соединений при высоких температурах.

При высоких температурах (Т°> 300°) в резьбовых соединениях из углеродистых сталей следует учитывать ползучесть и длительную прочность материала.

При Т°> 500° применяют специальные жаропрочные стали, например, ЭИ- 69.

Во время учета статической прочности принимают во внимание запасы по пределу ползучести k= 1,4- 2,5 и по длительной прочности k= 1,6- 4.

При высоких температурах в резьбовых соединениях наблюдается заедание. Предупреждают это использованием резьб с увеличенными зазорами по среднему диаметру и применением крупного шага.