Соединения деталей машин

Лекция 2 Соединения деталей машин Детали, составляющие машину, связаны между собой тем или иным способом. Эти связи можно разделить на подвижные, к которым относятся различного рода шарниры, подшипники, зацепления, и неподвижные – резьбовые, сварные, шпоночные и др. Наличие подвижных связей в машине обусловлено ее кинематической схемой. Неподвижные связи (жесткие или упругие) вызываются потребностью расчленения машины на узлы и детали. Это делают для того, чтобы упростить производство машины, облегчить ее сборку, ремонт, транспортировку и т.д. Неподвижные связи в технике называют соединениями. По признаку разъемности все виды соединений можно разделить на разъемные и неразъемные. Разъемные соединения позволяют разбирать узлы без повреждения деталей. К ним относятся резьбовые, штифтовые, клиновые, клеммовые, шпоночные, шлицевые и профильные соединения. Неразъемные соединения не позволяют разбирать узлы без разрушения или повреждения деталей. Применение неразъемных соединений обусловлено в основном технологическими и экономическими требованиями. К этой группе соединений относятся: заклепочные, сварные и прессовые. По типу соединяемых деталей можно выделить: а) соединения деталей типа вал и ступица: шпоночные, шлицевые, профильные и прессовые; б) соединения всех других деталей (корпусных, листовых, трубчатых и т.д.): резьбовые, сварные, заклепочные. Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность – статическая и усталостная. Необходимо стремиться к тому, чтобы соединение было равнопрочным с соединяемыми элементами. Желательно, чтобы соединение не искажало форму изделия, не вносило дополнительных элементов в его конструкцию и т.п. Резьбовые соединения Соединения деталей с помощью резьбы являются одним из старейших и наиболее распространенных видов разъемного соединения. К ним относятся соединения с помощью болтов, винтов, винтовых стяжек и т.д. РЕЗЬБА Основные определения и классификация по геометрической форме Цилиндрическая резьба (рис.2.1) – поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура (например, abc) по цилиндру. Профиль резьбы – контур Рис.2.1 сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось цилиндра. По форме профиля резьбы разделяют на треугольные, прямоугольные, трапецеидальные, круглые и др. По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбы. У правой резьбы винтовая линия идет слева направо и вверх, у левой – справа налево и вверх. Наиболее распространенной является правая резьба. Левую резьбу применяют только в специальных случаях. Если по параллельным винтовым линиям перемещают два или несколько рядом расположенных профилей, они образуют многозаходную резьбу. По числу заходов резьбы делят на однозаходную, двухзаходную и т.д. наиболее распространенной является однозаходная резьба. Все крепежные резьбы однозоходные. Многозаходные резьбы применяют преимущественно в винтовых механизмах. Число заходов больше трех применяется редко. Кроме цилиндрической, изготавливают коническую резьбу, основной поверхностью для которой служит конус. Наиболее распространена цилиндрическая резьба. Коническую резьбу применяют для плотных соединений труб, масленок, пробок и т.п. Методы изготовления резьбы Резьбу можно изготовлять следующими способами: 1. Нарезкой вручную метчиками (плашками). Способ малопроизводительный. Его применяют в индивидуальном производстве и ремонтных работах. 2. Нарезкой на токарно-винторезных или специальных станках. 3. методом фрезерования 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. Методом накатки на специальных резьбонакатных станках-автоматах. Этим высокопроизводительным и дешевым методом изготовляют большинство резьб стандартных крепежных деталей (болты, винты и т.д.). 5. Методом отливки. Этим методом изготовляют резьбы на литых деталях из чугуна, стекла, пластмассы, металлокерамики и др. 6. Методом выдавливания. С помощью этого метода изготовляют резьбу на тонкостенных давленых и штампованных изделиях из жести, пластмассы и т.д.. Геометрические параметры, характеризующие резьбу Резьба характеризуется следующими основными геометрическими параметрами, которые рассмотрим на примере метрической резьбы (рис.2.2): d – наружный диаметр резьбы; d1 – внутренний диаметр резьбы; d2 – средний диаметр резьбы (диаметр воображаемого Рис.2.2 цилиндра, поверхность которого пересекает резьбу в таком месте, где ширина витка равна ширине впадины*); h – рабочая высота профиля, по которой соприкасаются витки винта и гайки; S – шаг резьбы (расстояние между одноименными сторонами двух соседних витков, измеренное в направлении оси винта); S1 – ход резьбы (величина поступательного перемещения образующего профиля за один оборот, или Рис.2.3 величина поступательного перемещения гайки или винта за один оборот. Для однозоходной резьбы S1 = S; для многозаходных резьб S1 = nS, где n – число заходов);  - угол профиля;  - угол подъема резьбы (угол, образованный касательной к винтовой линии в точке на среднем диаметре резьбы и плоскостью, перпендикулярной к оси резьбы – рис.2.3). (2.1) Все геометрические параметры большинства резьб и допуски на их размеры стандартизированы. Основные типы резьб, их классификация и обоснование выбора профиля резьбы Резьбы разделяют по назначению и форме профиля. 1. Резьбы крепежные: метрическая с треугольным профилем (см.рис.2.2) – является основной крепежной резьбой; трубная (рис.2.4,а) треугольная со скругленными вершинами и впадинами; круглая (рис.2.4,б); резьба винтов для дерева (рис.2.4,в). Рис.2.4 2. Резьбы винтовых механизмов (ходовые резьбы): прямоугольная (рис.2.5,а); трапецеидальная симметричная (рис.2.5,б); трапецеидальная несимметричная или упорная (рис.2.5,в). Рис.2.5 Приведенная классификация не является строгой, так как в практике встречаются случаи применения метрической резьбы с мелким шагом в точных измерительных винтовых механизмах и, наоборот, трапецеидальных резьб как крепежных. Выбор профиля резьбы в зависимости от ее назначения определяется многими факторами. Важнейшими из них являются прочность, технологичность и величина трения в резьбе (величина потерь). Так, например, крепежная резьба должна обладать высокой прочностью и большим трением, предохраняющим крепежные детали от самоотвинчивания. Резьбы винтовых механизмов должны быть с малым трением, чтобы повысить к.п.д. и уменьшить износ. Прочность во многих случаях не является здесь основным фактором, определяющим размеры винтовой пары. Рассмотрим некоторые дополнительные характеристики отдельных типов резьб. Резьба метрическая (см.рис.2.2) получила свое название потому, что все ее размеры измеряются в мм (в отличие от дюймовой резьбы, размеры которой измеряются в дюймах). Вершины витков и впадин притуплены по прямой или по дуге окружности, по вершинам и впадинам образован зазор. Такая конструкция облегчает обработку, уменьшает концентрацию напряжений и предохраняет резьбу от повреждений (забоин) в эксплуатации. Стандарт предусматривает метрические резьбы с крупным и мелким шагом. Уменьшение глубины резьбы или увеличение диаметра d1 повышает прочность стержня винта, а уменьшение угла подъема увеличивает самоторможение в резьбе (см. ниже), т.е. уменьшает возможность самоотвинчивания. По этим причинам мелкие резьбы находят применение для динамически нагруженных деталей, полых тонкостенных и мелких деталей (авиация, точная механика, радиотехника и т.п.). В общем машиностроении основное применение имеют крупные резьбы как менее чувствительные к ошибкам изготовления и износу. Резьбы трубные (см. рис.2.4,а) применяются для герметичного соединения труб и арматуры (масленки, штуцера и т.п.). На тонкой стенке трубы невозможно нарезать крупную метрическую резьбу без резкого уменьшения прочности трубы. Поэтому трубная резьба имеет мелкий шаг. В международном стандарте для трубной резьбы до настоящего времени еще сохранено дюймовое измерение. За номинальный диаметр трубной резьбы принят внутренний диаметр трубы dтр. Наружный диаметр резьбы в действительности больше номинального на две толщины стенки. Для лучшего уплотнения трубную резьбу выполняют с закруглениями профиля и без зазоров по выступам и впадинам. Высокую плотность соединения дает коническая трубная резьба. Плотность здесь достигается за счет пластических деформаций вершин резьбы при затяжке соединения. Коническая резьба в изготовлении сложнее цилиндрической. В настоящее время вместо трубных резьб часто применяют мелкие метрические резьбы. Резьба круглая (см. рис.2.4,б) удобна для изготовления отливкой на чугунных, стеклянных, пластмассовых и других изделиях, а также накаткой и выдавливанием на тонкостенных металлических и пластмассовых деталях. Резьбы винтов, предназначенных для дерева или других малопрочных материалов (см. рис.2.4,в). Конструкция этих резьб обеспечивает равнопрочность резьбы в деталях из разнородных материалов. Например, для резьбы деревянной детали расчетным размером на срез является S, а для резьбы металлического винта S’. При этом SS’. Резьба прямоугольная (см. рис.2.5,а) широко применявшаяся ранее в винтовых механизмах, в настоящее время не стандартизована и почти вытеснена трапецеидальной. При износе прямоугольной резьбы образуются осевые зазоры (осевая «игра»), которые трудно устранить. Изготовить эту резьбу на резьбофрезерных станках невозможно, так как для образования чистой и точной резьбы у фрезы должны быть режущими не только передние, но и боковые грани (сравни профили рис. 2.5,а и 2.5,б). Прямоугольную резьбу изготовляют резцами на токарно-винторезных станках. Этот способ имеет низкую производительность и невысокую точность. Резьба трапецеидальная изготовляется с симметричным (см. рис.2.5,б) и несимметричным (см. рис.2.5,в) профилем. Симметричную резьбу используют для передачи двухстороннего (реверсивного) движения под нагрузкой. Несимметричная резьба предназначается для одностороннего рабочего движения при больших нагрузках и называется упорной резьбой. Она применяется для винтов-домкратов, прессов и т.д. Закругление впадин (см. рис.2.5,в) повышает динамическую прочность винта. Малый угол наклона (30) упорной стороны профиля резьбы понижает потери на трение в сравнении с симметричным профилем и в то же время позволяет изготовлять винты на резьбофрезерных станках. Основные типы крепежных деталей. Для соединения деталей можно применять болты (винты с гайками, рис.2.6,а), винты (рис.2.6,б) или шпильки (рис.2.6,в). Основным преимуществом болтового соединения является то, что оно не требует нарезания резьбы в соединяемых деталях. Это особенно важно в тех случаях, когда материал детали не может обеспечить достаточную прочность и долговечность Рис.2.6 резьбы. К недостаткам болтового соединения можно отнести следующее: обе детали должны иметь место для расположения гайки или головки винта; при завинчивании и отвинчивании гайки необходимо удерживать головку винта от проворачивания; по сравнении с винтовым, болтовое соединение несколько увеличивает все изделия и больше искажает его внешние очертания. Винты и шпильки применяют в тех случаях, когда по конструкции соединения постановка болта не рациональна. Если при эксплуатации деталь часто снимают и затем снова ставят на место, ее следует закреплять болтами или шпильками, так как винты при многократном завинчивании могут повредить резьбу в детали. Простую шайбы ставят под гайку или головку винта для уменьшения смятия детали гайкой, если деталь изготовлена из менее прочного материала (пластмассы, алюминия, дерева и т.п.); для предохранения чистых поверхностей деталей от царапин при завинчивании гайки (винта); для перекрытия зазора отверстия при большой его величине. В других случаях простую шайбы ставить нецелесообразно. Кроме простых шайб, применяют стопорные, или предохранительные шайбы. Эти шайбы предохраняют соединения от самоотвинчивания. Способы стопорения резьбовых соединений. Предохранение от самоотвинчивания является весьма важным для повышения надежности резьбовых соединений и совершенно необходимым для соединений, воспринимающих переменные и ударные нагрузки. Самоотвинчивание разрушает соединения и может привести к аварии. Практика показывает, что самоотвинчивание наблюдается преимущественно в резьбовых соединениях, воспринимающих переменные и ударные нагрузки или подверженных вибрации. Вибрации понижают трение и нарушают условие самоторможения в резьбе. Существует очень много способов стопорения или предохранения от самоотвинчивания. На практике применяют следующие три основных принципа стопорения: Рис.2.7 Рис.2.9 Рис.2.8 Рис.2.10 1. Повышают и стабилизируют трение в резьбе путем постановки контргайки (рис.2.7,а), пружинной шайбы (рис.2.7,б), применения резьбовых пар с натягом в резьбе и т.п. Контргайка создает дополнительное натяжение и дополнительное трение в резьбе. Пружинная шайба поддерживает натяг и трение в резьбе на большом участке самоотвинчивания (до 1 – 2 оборотов гайки). Кроме того, упругость шайбы значительно уменьшает влияние вибраций на трение в резьбе. 2. Гайку жестко соединяют со стержнем винта. Например, с помощью шплинта (рис.2.8) или прошивают группу винтов проволокой (рис. 2.9,а,б). Способы стопорения этой группы позволяют производить только ступенчатую регулировку затяжки соединения. 3. Гайку жестко соединяют с деталью. Например, с помощью специальной шайбы (рис.2.10,а), планки (рис.2.10,б) или приваривают (рис.2.10,в). Конструктор должен уделять большое внимание предохранению резьбовых соединений от самоотвинчивания. Теория винтовой пары Зависимость между моментом, приложенным к гайке, и осевой силой винта. Если винт нагружен осевой силой Р (рис.2.11), то для завинчивания гайки к ключу необходимо приложить момент Тк, а к стержню винта реактивный момент Тр, который удерживает стержень от вращения. Зависимость между Тк и Р можно получить из уравнения работы: Ак=Ат+Ар+Аp, (2.2) где Ак - работа момента, приложенного к ключу; Ат – работа силы трения на опорном торце гайки; АР – работа силы трения в резьбе; Аp – работа силы Р на осевом перемещении. Рис.2.11 Реактивный момент ТР в уравнении работы не участвует, так как стержень не вращается и работа этого момента равна нулю. Рассматривая один оборот гайки, получаем: Ак= Тк2 (2.3) Ат= Тт2 Здесь Тт – момент сил трения на опорном торце гайки (рис. 2.12,а). Не допуская существенной погрешности, можно принять, что приведенный радиус сил трения на опорном торце гайки равен среднему радиусу этого торца или Dср/2. При этом Тт = Pf(Dср/2), (2.4) где Dср = (D1 + dотв)/2; D1 – наружный диаметр опорного торца гайки; dотв – диаметр отверстия под винт; f – коэффициент трения. Сумму работ (Ар+Аp) за один оборот гайки можно определить, рассматривая движение груза Р по наклонной плоскости, угол которой равен углу подъема резьбы  (рис.2.12,б), а высота – ходу S1. Работа, затраченная на подъем груза по наклонной плоскости с учетом трения, равна работе подъема того же груза по некоторой фиктивной наклонной плоскости Рис.2.12 без учета трения. При этом угол подъема фиктивной плоскости больше угла подъема действительной на угол трения. где f’ - приведенный коэффициент трения в резьбе – см. формулу (1.2) Таким образом, получаем (2.5) Подставив выражения (2.3), (2.4) и (2.5) в формулу (2.2), после сокращения на 2 найдем искомую зависимость между Р и Тк: (2.6) Здесь первый член правой части есть момент сил трения на торце гайки Тт - см. формулу (2.4), а второй член является моментом сил в резьбе (2.7) Анализируя полученные зависимости, отметим: 1. По формуле (2.4) можно подсчитать отношение осевой силы винта Р к силе R, приложенной на ручке ключа. 2. Реактивный момент, необходимый для удержания стержня винта от проворачивания при завинчивании гайки, равен моменту сил в резьбе Тр. 3. Стержень винта будет не только растягиваться силой Р, но и закручиваться моментом ТР (момент ключа Тк не полностью передается стержню, так как часть его, равная Тт, затрачивается на преодоление трения на торце гайки). Рис.2.13 4. Формула (2.4) для момента трения на торце гайки остается приближенно справедливой и для других подобных случаев. Например, величину момента трения на торце винта для зажима резца (рис.2.13) получим, приняв D1=dт и dотв = 0. При этом Самоторможение и к.п.д. винтовой пары. На рис. 2.12,б изображен случай подъема груза. Нетрудно понять, что для случая опускания груза угол трения  надо вычитать из . До тех пор, пока угол фиктивной плоскости ( - ) положительный, груз опускается сам под действием силы тяжести – самоторможения нет. При отрицательном значении ( - ) груз находится в покое – самоторможение. Условие самоторможения: (  ) При этом статистическая нагрузка винта не вызывает самоотвинчивания гайки. Для крепежных резьб величина угла подъема  лежит в пределах от 1,5 до 4о, а угол трения  изменяется в зависимости от величины коэффициента трения в пределах от 6о (f’  0,1) до 16о (f’  0,3). Таким образом, все крепежные резьбы – самотормозящие. Ходовые резьбы выполняют как самотормозящие, так и несамотормозящие. К.п.д. винтовой пары  представляет интерес главным образом для винтовых механизмов. Его можно вычислить по отношению работы, затраченной на завинчивание гайки без учета трения, к той же работе с учетом трения или по отношению Т’к/Тк, в котором Тк определяется по формуле (2.6), а Т’к по той же формуле, но при f = 0 и  = 0 (2.9) Учитывая потери только в резьбе (Тт = 0), найдем к.п.д. собственно витой пары. (2.10) В самотормозящей паре, где   ,   0,5. Так как большинство винтовых механизмов самотормозящие, то их к.п.д. меньше 0,5. Формула (2.10) позволяет отметить, что  возрастает с увеличением  и с уменьшением . График  в зависимости от  при   6о изображен на рис.2.14. Максимальное значение  можно определить из выражения (2.10), приравняв нулю производную d/d. Получим max при  = 45o - /2. Для увеличения угла подъема резьбы  в винтовых механизмах применяют многозаходные винты. В практике редко используют , у которых больше 20  25о, так как дальнейший прирост к.п.д. незначителен, а изготовление резьбы затруднено. Кроме того, при большом значении  становится малым выигрыш в силе или передаточное отношение винтовой пары. Рис.2.14 Для повышения к.п.д. винтовых механизмов используют также различные средства, понижающие трение в резьбе: антифрикционные металлы, тщательную обработку и смазку трущихся поверхностей, установку подшипников под гайку или упорный торец винта, применение шариковых винтовых пар и т.п. Распределение осевой нагрузки винта по виткам резьбы. На рис.2.15 изображена схема винтовой пары. Осевая нагрузка Р винта передается через резьбу гайке и уравновешивается реакцией ее опоры. При этом каждый виток резьбы нагружается соответственно силами Р1, Р2,…, Рz. Сумма Р1 + Р2 + …+ Рz = Р. При равномерном распределении нагрузки в резьбе Р1 = Р2 = …= Рz = Р/z, где z – число витков резьбы гайки. Эпюра осевых сил в различных сечениях стержня винта при равномерном распределении нагрузки в резьбе изображена на рис. 2.15,а. Здесь в каждом последующем сечении нагрузка уменьшается равномерно на величину Р/z. Приближенно – равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы можно получить, только применяя гайки специальной формы (см. ниже). В простых гайках витки резьбы нагружаются неравномерно – рис.2.15, б. Одной из причин неравномерного распределения нагрузки в резьбе является неблагоприятное сочетание деформаций винта и гайки. Например, в рассматриваемом случае (см. рис.2.15) винт растягивается, а гайка сжимается. При этом точки A, B, C и D винта и гайки перемещаются вниз соответственно на A, B, C и D. Рис.2.15 Вследствие растяжения участка АВ винта BA, (а) а вследствие сжатия участка CD гайки D C (б) Все деформации витка резьбы и в том числе прогиб витка пропорциональны его нагрузке. Выражая прогиб через относительное перемещение точек A и D (AD), B и C (ВС) и т.д., где AD = A - D ВС = B - C (в) и учитывая неравенства (а) и (б), находим ADВС (г) Следовательно, нагрузка первого витка больше нагрузки второго, и т.д. Теоретическое решение задачи о распределении нагрузки по виткам резьбы было дано Н.Е. Жуковским в 1902 г. В дальнейшем это решение неоднократно подтверждалось экспериментальными исследованиями на прозрачных моделях. Установлено, например, что при стандартной крепежной гайке с шестью витками первый виток резьбы воспринимает около 52% нагрузки Р, второй – 25%, третий – 12% и последний, шестой виток – только 2% (см. рис.2.15,б). Указанные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструкции специальных гаек, выравнивающих распределение нагрузки в резьбе (рис.2.16,). На рис.2.16,а изображена висячая гайка. Выравнивание нагрузки в резьбе здесь достигают благодаря тому, что винт и гайка имеют однозначные деформации растяжения. При этом неравенство (б) изменится и будет D C, а разность между AD и ВС уменьшится. Кроме того, в наиболее нагруженной нижней зоне висячая гайка обладает повышенной податливостью, что также способствует выравниванию нагрузки а резьбе. При соответствующем подборе формы висячей гайки можно получить равномерное распределение нагрузки в резьбе. На рис.2.16,б показана разновидность висячей гайки – гайка с кольцевой выточкой. Рис.2.16 У гайки, изображенной на рис.2.16,в, срезаны вершины нижних витков резьбы под углом 15-200. При этом увеличена податливость нижних витков винта, так как они соприкасаются с гайкой не всей поверхностью, а только своими вершинами. Увеличение податливости витков в наиболее нагруженной зоне снижает нагрузку этих витков. Специальные гайки особенно желательно применять для соединений, подвергающихся действию динамических нагрузок. Разрушение таких соединений, как правило, имеет усталостный характер и происходит в зоне наибольшей концентрации напряжений у нижнего (наиболее нагруженного) витка резьбы. Уменьшение нагрузки нижних витков повышает прочность соединения. Опытом установлено, что применение специальных гаек позволяет повысить динамическую прочность резьбовых соединений на 20-30%. Расчет резьбы на прочность Действительный характер распределения нагрузки по виткам гайки, кроме указанных выше причин, зависит от ошибок изготовления и степени износа резьбы, что затрудняет определение истинных напряжений. Поэтому в практике расчет резьбы на прочность производится не по истинным, а по условным напряжениям, которые сравнивают с допускаемыми напряжениями, установленными на основе опыта. При определении условных напряжений полагают, что все витки резьбы нагружены равномерно (см. рис.2.15,а). Резьбу принято рассчитывать: 1) по напряжениям смятия на винтовой поверхности (рис.2.17), 2) по напряжениям среза в сечении ab винта или се гайки. Условия прочности резьбы по напряжениям смятия: (2.11) где z=H/S – число витков резьбы в гайке высотой H. Формула (2.11) является общей для винта и гайки. Вывод формулы прост и не требует дополнительных объяснений. Все элементарные преобразования здесь и в других подобных случаях изучающим рекомендуется производить самим. Условия прочности резьбы по напряжениям среза: для винта, для гайки, (2.12) Рис.2.17 где K=ab/S или K=ce/S – коэффициент, учитывающий тип резьбы; для треугольной резьбы К  0,8; для прямоугольной резьбы К=0,5; для трапецеидальной резьбы К=0,65. Если материал винта и гайки одинаков, то по напряжениям среза рассчитывают только винт, так как dd1 Равнопрочность резьбы и стержня винта является одним из условий назначения высоты стандартных гаек. Так, например, приняв в качестве предельных напряжений пределы текучести материала на растяжение и сдвиг и учитывая, что т  0,6т, запишем условия равнопрочности резьбы на срез и стержня винта на растяжение в виде (2.13) откуда при К=0,8 получаем Н  0,5d1 здесь - напряжение растяжения в стержне винта, рассчитанное приближенно по внутреннему диаметру резьбы d1. Учитывая сложность напряженного состояния резьбы, а также предусматривая ослабление резьбы от истирания и возможных повреждений при завинчивании, высоту стандартных гаек крепежных изделий принимают Н  0,8d По тем же соображениям устанавливают нормы на глубину завинчивания винтов и шпилек в детали: В стальные детали Н1  d, в чугунные и силуминовые Н1  1,5d. При этом прочность резьбы превышает прочность стержня. Стандартная высота гайки и глубины завинчивания исключают необходимость расчета на прочность резьбы стандартных крепежных деталей. Расчет на прочность стержня винта (болта) при расчетных случаях нагружения. Болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей. Примером могут служить болты для крепления крышек резервуаров, нагруженных давлением жидкости или газа (рис.2.18). Затяжка болтов должна обеспечить герметичность соединения или нераскрытие стыка под нагрузкой. Задача о распределении нагрузки между элементами такого соединения является статически неопределимой и решается с учетом деформации этих элементов. Обозначим: Рзат – сила затяжки болта; Р = R/z – внешняя нагрузка соединения, приходящаяся на один болт (z – число болтов). Нетрудно понять, что после приложения внешней нагрузки Р к затянутому соединению болт дополнительно растянется на некоторую величину Р, а деформация сжатия деталей уменьшится на ту же величину. Это значит, что только часть внешней нагрузки дополнительно нагружает болт, а другая часть идет на разгрузку стыка. Если обозначим  - коэффициент внешней нагрузки (учитывает ту долю нагрузки Р, которая приходится на болт), то дополнительная нагрузка болта будет равна Р, а уменьшение затяжки стыка – (1 - ) Р. Рис.2.18 Величина коэффициента  определяется по условию равенства дополнительных деформаций болта и деталей (условие совместности деформаций) Р = Рб = (1-)Рд, (2.14) где б – податливость болта, равная его деформации под нагрузкой в 1 кгс; д – суммарная податливость соединяемых деталей. Из равенства (1.23)  = д / (б + д). (2.15) Далее получим: приращение нагрузки на болт Рб = Р; (2.16) расчетную (суммарную) нагрузку болта Рр = Рзат + Р; (2.17) остаточную затяжку стыка от одного болта Рст = Рзат – (1-)Р. (2.18) Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения. Материалы. Для изготовления резьбовых деталей применяют материалы, указанные в табл. 2.1. Таблица 2.1 Марка стали. Предел прочности в, кгс/см2 Предел текучести т, кгс/см2 Предел выносливости -1р, кгс/см2 Ст3 и 10 3400 2000 1600 20 4000 2400 1700 35 5000 3000 1800 45 6000 3600 2400 35Х 8000 6400 2800 30ХГСА 10000 9000 3000 В отдельных случаях применяют сплавы цветных металлов (латунь, бронзу и др.) При выборе материала для резьбовых изделий учитывают в основном условия работы (температуру, коррозию и т.п.), величину и характер нагрузки (статистическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные изделия общего назначения изготовляют из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10 – сталь 35. Эти дешевые стали позволяют изготовлять большие партии болтов, винтов, гаек методом холодной высадки или штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах и пр. Для повышения прочности, коррозийной стойкости и жаропрочности применяют специальные виды термической и химико-термической отработки, а также нанесение гальванических и других покрытий. Например, улучшение, цинковое или кадмиевое хромирование, хромовое или медное покрытие и пр. 1. Что такое деталь? 2. Какое изделие называется сборочной единицей? 3. Что такое комплекс? 4. Что такое комплект? 5. Какие бывают соединения деталей? 6. Что такое виток резьбы? 7. Что такое номинальный диаметр резьбы? 8. Что такое профиль резьбы? 9. Что такое шаг резьбы? 10. Что такое ход резьбы? 11. Что такое рабочая высота профиля? 12. Что такое виток резьбы? 13. Что такое номинальный диаметр резьбы? 14. Что такое профиль резьбы? 15. Что такое шаг резьбы? 16. Что такое ход резьбы? 17. Что такое рабочая высота профиля? 18. Какая бывает резьба? 19. Охарактеризуйте метрическую резьбу и приведите пример условного обозначения. 20. Охарактеризуйте дюймовую резьбу. 21. Охарактеризуйте трубную цилиндрическую резьбу и приведите пример условного обозначения. 22. Охарактеризуйте трапецеидальную резьбу и приведите пример условного обозначения. 23. Охарактеризуйте упорную резьбу и приведите пример условного обозначения. 24. Охарактеризуйте прямоугольную резьбу. 25. Охарактеризуйте круглую резьбу и приведите пример условного обозначения. 26. Что такое сбег резьбы? 27. Что такое недовод резьбы? 28. Что такое недорез резьбы? 29. Что такое фаска? 30. К какому виду соединений относятся резьбовые соединения? 31. В чем разница между шагом и ходом резьбы? 32. Как классифицируют резьбы в зависимости от формы поверхности, на которой образуется резьба? 33. Как классифицируют резьбы в зависимости от формы профиля резьбы? 34. Как классифицируют резьбы в зависимости от назначения? 35. Где применяют резьбы? 36. Назовите достоинства и недостатки резьбовых соединений. 37. Что понимают под профилем резьбы, шагом резьбы, углом профиля и углом подъема резьбы? 38. Где применяется метрическая резьба? Какие различают виды метрической резьбы? 39. Где применяют трубную, дюймовую, трапецеидальную, круглую и упорную резьбы? Какой профиль они имеют?  40. В каких случаях применяют резьбу с мелким шагом? 41. Почему крепежные детали имеют резьбу треугольного профиля? 42. Почему в грузовых винтах применяется упорная однозаходная резьба? 43. С помощью каких деталей осуществляются резьбовые соединения? 44. Какие крепежные детали относятся к деталям общего назначения? 45. Какие виды винтов и гаек вам известны? 46. Какими бывают болты и шпильки в зависимости от их назначения? 47. Что является основным критерием работоспособности резьбовых соединений? 48. Какие напряжения возникают в стержне болта, в теле гайки, в витках резьбы? 49. По какому критерию работоспособности производят расчет на прочность болтов, винтов и шпилек? 50. По какой формуле определяется расчетный диаметр стержня болта?  51. Условное обозначение резьбового соединения на чертежах