ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. Резьбовые соединения, т

Резьбовые соединения, т. е. соединения с помощью резьбы, являются наиболее распространенным видом разъем­ных соединений. Резьбу имеют свыше 60 % деталей, применя­емых в конструкциях.

Резьба иее параметры. Две детали, образующие сое­динение, имеют соответственно на наружной и внутренней поверхности винтовые (по винтовой линии) выступы — наруж­ную и внутреннюю резьбу (рис. 32.1). Резьба может из­готовляться на цилиндрической поверхности заготовки (ци­линдрическая резьба) или на конической (коническая резьба). Если на поверхности детали выполняется один винтовой выступ, резьбу называют однозаходной. Применяют также двух-, трех- и многозаходные резьбы.

Резьбу получают (формируют) методом резания, накаты­ванием (обработкой давлением), литьем и прессованием (ком­позиционных материалов, порошков).

По форме профиля различают треугольную (метрическую, трубную), прямоугольную, круглую, трапецеидальную и упор­ную резьбу. Наиболее распространенные типы резьб пока­заны на рис. 32.2, а — д. Основные параметры цилиндрических резьб: наружный диаметр d, средний d₂ и внутренний d₁

диаметры, шаг резьбы Р, угол профиля а и число заходов п.

Рис. 32.1. Резьбовое соединение

Рис. 32.2. Основные типы резьб:

а — треугольная метрическая; б — упорная; в — прямоугольная; г — трубная; д — трапецеидальная

По направлению винтовой линии различают правую резьбу (используется в абсолютном большинстве конструкций) и ле­вую.

Наибольшее распространение в машино- и приборостро­ении имеет метрическая резьба по ГОСТ 8724 — 81 с круп­ным и мелким шагом (см. рис. 32.2, а). Она обозначается буквой М и числом, показывающим ее наружный диаметр (например, М10 для d = 10 мм). В обозначении резьбы с мел­ким шагом помимо диаметра указывается также в виде сомножителя значение Р (например, М10 х 1 для d = 10 мм и Р = 1 мм).

Область применения резьб других типов ограничена пре­имущественно специальными конструкциями.

Рис. 32.3. Основные типы соединений

В СССР и других странах разработаны стандарты на основные определения и обозначения элементов резьб, а также типы резьб (ГОСТ 9150-81 и др.).

Крепежные детали и типы соединений. Наиболее распро­странены следующие детали: болты (рис. 32.3, а), винты (рис. 32.3, б), шпильки (рис. 32.3, в), гайки и вставки (рис. 32.3, г). Болт (или винт) представляет собой стержень с головкой и резьбовым концом. Шпилька имеет два резьбовых конца. Вставка представляет собой винтовую пружину из проволоки ромбического сечения, завинчиваемую с натягом в резьбовое отверстие, или втулку с наружной и внутренней резьбой.

Использование тех или иных крепежных деталей опреде­ляется прочностью материала соединяемых деталей, частотой сборки и разборки соединения в эксплуатации, а также осо­бенностями конструкции и технологии изготовления соединяе­мых деталей. Соединение болтом применяют для деталей малой толщины (например, при наличии

специальных по­ясков или фланцев), а также при многократной разборке и сборке соединений. При большой толщине соединяемых деталей предпочтительны соединения с помощью шпилек и вставок (см. рис. 32.3, в и г).

Чтобы исключить повреждение поверхностей соединяемых деталей, при завинчивании гаек под них подкладывают шай­бы (см. рис. 32.3).

Конструктивные формы головок болтов (рис. 32.4) и гаек (рис. 32.5) разнообразны, выбор их для практического ис­пользования определяется преимущественно условиями работы соединений, технологией изготовления крепежных деталей и их сборкой. В нашей стране и за рубежом существуют стан­дарты на шайбы, болты, винты и гайки наиболее распро­страненных форм.

Рис. 32.4. Типы головок бол тов (винтов) Рис. 32.5. Типы гаек

Материалы крепежных деталей. Основные механические характеристики (предел прочности , предел текучести , относительное удлинение и др.) материалов шпилек, бол­тов, (винтов) и гаек нормированы ГОСТ 1759 — 82. Для бол­тов, винтов и шпилек из углеродистых и легированных сталей установлены 12 классов прочности и соответствующие им рекомендуемые марки сталей. В зависимости от проч­ности материалов установлены 7 классов прочности для гаек, изготовляемых из тех же сталей (табл. 32.1).

Выбор материала определяется преимущественно условиями работы (часто прочностью деталей) и технологией изготовле­ния. Крепежные детали в массовом производстве изготовля­ют обработкой давлением из пластичных сталей 10, 15, 15Х и др. В специальных конструкциях, к которым предъявляются жесткие требования по массе, коррозионной стойкости и теп­лостойкости, применяют крепежные детали из пластмасс, ти тановых и бериллиевых сплавов, а также из коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей.

Для защиты крепежных деталей из углеродистых сталей от коррозии на них наносят' окисные пленки или гальваниче­ские покрытия (цинковое, кадмиевое, фосфатное, медное и др.) толщиной 6—12 мкм.

Таблица 32.1.

Механические характеристики материалов болтов, винтов и шпилек из углеродистых и легированных сталей при нормаль­ной температуре (ГОСТ 1759-82)

Класс

проч- , МПа , МПа Марка стали

ности

З.б 300-490 200 СтЗ; 10

4.6 400-550 240 20

5.6 500-700 300 30; 35

6.6 600-800 360 35; 45; 40Г

8.8 800-1000 640 35Х; 38ХА; 45Г

10.9 1000-1200 900 40Г2; 40Х; 30ХГСА, 16ХСН

§ 2. ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Затяжка соединений.Резьбовые соединения обычно затягивают при сборке с помощью гаечных ключей (рис. 32.6). Усилие F_KX, прикладываемое к рукоятке ключа, создает мо­мент затяжки

(32.1)

где — длина ключа (рис. 32.7).

Этот момент расходуется на преодоление трения торца гайки о неподвижную опорную поверхность соединяемых де­талей и сопротивления в резьбе

(32.2)

Если принять, что при усилии затяжки F_o контактные давления равномерно распределены по торцу гайки

а удельные силы трения связаны с этими давлениями соотношением ( — коэффициент трения на торце гайки):

то с учетом этих равенств можно записать

(32.3)

В этих равенствах: D — наружный диаметр опорной по­верхности гайки, равный приблизительно размеру под ключ S;

d₀ — диаметр отверстия в корпусе (рис. 32.8); R_T — приве­денный радиус трения.

Величина R_T зависит от формы торца; для плоского коль­цевого торца

Для определения момента сопротивления в резьбе выде­лим на рабочей поверхности резьбы болта элементарную пло­щадку dA, удаленную от его оси на расстояние d₂/2 (d₂ — средний диаметр резьбы).

На эту площадку действуют (см. рис. 32.8) осевая сила F_0A и реакция от гайки :

где и — соответственно нормальное усилие и сила трения на площадке dA..

Величина этой реакции

здесь - угол трения ; - коэффициент трения в резь­бе (табл. 32.2): - угол подъема винтовой линии; Р — шаг резьбы.

Таблица 32.2. Значения коэффициентов трения в резьбе , (числитель) и на торце гайки (знаменатель)

Покрытие болтов _______________ Значения /_р и /_т________________