Резьбовые соединения

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Резьбовые соединения — разъёмные соединения деталей машин при помощи винтовой или спиральной поверхности. Резьбовые соединения составляют примерно 60% всех соединений. ДМиОК Резьбы. Общая характеристика Резьбовые соединения – разъемные. «+» удобны при сборке и разборке, технологичны, стандартизированы и взаимозаменяемы, доступны, позволяют легко регулировать плотность соединения. «−» необходимость увеличения размеров соединяемых деталей для размещения резьбовых деталей (например, выполнение фланцев), необходимость разработки конструкции с учетом свободного доступа инструмента (рожковых или торцевых ключей), возможность самоотвинчивания (опасность наступления которого возрастает при вибрациях, циклическом силовом и температурном нагружении). Принцип работы: 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 реализации максимально возможного передаточного числа (для получения наибольшего выигрыша в силе затяжки); • в наличии самоторможения. 2 ДМиОК 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. 3 ДМиОК Основные сведения о резьбах 4 ДМиОК 1. Нарезкой вручную метчиками или плашками. Способ малопроизводительный. Его применяют в индивидуальном производстве и при ремонтных работах. Методы изготовления резьбы Резьбонакатной станок 2. Нарезкой на токарно-винторезных или специальных станках. 3. Фрезерованием на специальных резьбофрезерных станках. Применяют для нарезки винтов больших диаметров с повышенными требованиями к точности резьбы (ходовые и грузовые винты, резьбы на валах и т. д.). 4. Накаткой на специальных резьбонакатных станкахавтоматах. Этим высокопроизводительным и дешевым способом изготовляют большинство резьб стандартных крепежных деталей (болты, винты и т. д.). Накатка существенно упрочняет резьбовые детали. Плашка Метчик 5. Литьем на деталях из стекла, пластмассы, металлокерамики и др. 6. Выдавливанием на тонкостенных давленных и штампованных изделиях из жести, пластмассы и т.д. 5 ДМиОК Виды резьбы Треугольный профиль наиболее распространен, поскольку технологичен и стандартизован. Ему свойственно повышенное трение между витками и, как следствие, – склонность к самоторможению. Различают два основных вида треугольных резьб – метрическая и дюймовая. Метрическая резьба характеризуется углом профиля  =60. Дюймовая резьба характеризуется углом профиля  =55 и числом витков резьбы на один дюйм. Трапецеидальный профиль стандартизован, технологичен, обладает улучшенными кинематическими и прочностными характеристиками. Является основной резьбой для передач винт-гайка. Упорный профиль стандартизован, но по сравнению с трапецеидальным профилем несколько сложнее в изготовлении. Позволяет сочетать повышенную прочность витков и невысокие потери на трение. Прямоугольный профиль не стандартизован, сложен в изготовлении, форма профиля по высоте не является равнопрочной, но способен обеспечить наивысший из всех профилей КПД резьбы. Круглый профиль не стандартизован, сложен в изготовлении, но позволяет существенно снизить концентрацию напряжений в резьбе и резьбовых деталях. Трубный профиль применяется для соединения труб и арматуры трубопроводов. Конические резьбы обеспечивают непроницаемость без специальных уплотнений; их применяют для соединения труб, установки пробок, масленок и т.п. 6 ДМиОК Виды резьбы 7 ДМиОК Основные типы крепежных деталей 8 ДМиОК Основные типы крепежных деталей 9 ДМиОК Основные типы крепежных деталей 10 ДМиОК Основные типы крепежных деталей 11 ДМиОК Способы стопорения резьбовых соединений 12 ДМиОК Способы стопорения резьбовых соединений 13 ДМиОК Способы стопорения резьбовых соединений 14 ДМиОК Способы стопорения резьбовых соединений 15 ДМиОК Критерии работоспособности резьбовых деталей 16 ДМиОК Теория винтовой пары Момент сил в резьбе Тр. Гайка рассматривается как ползун, поднимающийся по виткам резьбы, как по наклонной плоскости. Ползун находится в равновесии, если равнодействующая Fn системы внешних сил отклонена от нормали n-n на угол трения φ. В данном случае внешними являются осевая сила F и окружная сила Ft=2Tр/d2, где Тр=Тз-Тт. Из условия равновесия сил Тогда Ft  F  tg(   ). Тр  F d2  tg (   ) 2 где ψ – угол подъема резьбы tg  pn ; d 2   arctgf пр ; φ – угол трения в резьбе fпр – приведенный коэффициент трения. Тогда момент завинчивания Dср   d2 Т з  F   tg (   )  f . 2  2 17 ДМиОК Теория винтовой пары Высота гайки и глубина завинчивания. Равнопрочность резьбы и стержня винта является одним из условий назначения высоты стандартных гаек. Т.е. для крепежных резьб напряжения среза по виткам резьбы должны равняться напряжениям растяжения. Так, например, приняв в качестве предельных напряжений пределы текучести материала на растяжение и сдвиг и учитывая, что τТ=0.6σТ, запишем условия равнопрочности резьбы на срез и стержня винта на растяжение в виде   F / d1HKK m    4 F / d12    F / d1 HKK m   0.6 F / d12 при K  0.87 и K m  0.6 H  0.8d1. В соответствии с этим высоту нормальных стандартных гаек принимают H≈0.8d. Кроме нормальных стандартом предусмотрены высокие H≈1.2d и низкие гайки H≈0.5d. Так как d>d1 (например, для крепежной резьбы d≈1.2d1), то прочность резьбы при нормальных и высоких гайках превышает прочность стержня винта. По тем же соображениям устанавливают глубину завинчивания винтов и шпилек в детали: в стальные H1≈d; в чугунные и силуминовые H1≈1.5d. 18 ДМиОК Распределение осевой нагрузки винта по виткам резьбы Осевая нагрузка винта передается через резьбу гайке и уравновешивается реакцией ее опоры. Каждый виток резьбы нагружается соответственно силами F1, F2,….Fz, где z – число витков гайки. То есть выполняется z условие  Fi  F . 1 В общем случае Fi не равны между собой. Задача о распределении нагрузки по виткам статически неопределима. Для ее решения уравнения равновесия дополняют уравнениями деформаций. Впервые она была решена Н. Е. Жуковским в 1902 г. 19 ДМиОК Распределение осевой нагрузки винта по виткам резьбы Специальные гайки особенно желательно применять для соединений, подвергающихся действию переменных нагрузок. Разрушение таких соединений носит усталостный характер и происходит в зоне наибольшей концентрации напряжений у нижнего (наиболее нагруженного) витка резьбы. Опытом установлено, что применение специальных гаек позволяет повысить динамическую прочность резьбовых соединений за счёт снижения концентрации напряжений. Так, висячая гайка снижает концентрацию напряжений в резьбе на 30%, гайка со скосом резьбы в 1,4 раза, а гайка Жуковского в 1,8 раза. 20 ДМиОК Типовые практические задачи 21 ДМиОК Типовые практические задачи 22 ДМиОК Типовые практические задачи 23 ДМиОК Типовые практические задачи 24 ДМиОК Типовые практические задачи 25 ДМиОК Типовые практические задачи 26