72207

Виды соединений. Резьбовые соединения. Геометрические параметры резьбы. Материалы резьбовых деталей, допускаемые напряжения

Лекция

Производство и промышленные технологии

Детали, составляющие машину, связаны между собой. Связи могут быть подвижными (шарниры, подшипники, зацепления и др.) и неподвижными. Неподвижные связи называют соединениями. Соединения подразделяются на разъемные и неразъемные. Разъемные соединения позволяют разъединять детали без их повреждения.

Русский

2014-11-19

2.32 MB

8 чел.

PAGE  15

Лекция 14

Краткое содержание.

Виды соединений. Резьбовые соединения. Геометрические параметры резьбы. Материалы резьбовых деталей, допускаемые напряжения. Способы стопорения резьбовых соединений. Силовые соотношения в резьбовых соединениях. Расчет прочности стержня винта при различных случаях нагружения

Соединения деталей машин

Детали, составляющие машину, связаны между собой. Связи могут быть подвижными (шарниры, подшипники, зацепления и др.) и неподвижными. Неподвижные связи называют соединениями. Соединения подразделяются на разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения позволяют разъединять детали без их повреждения. К ним относятся резьбовые, шпоночные, шлицевые, клеммовые и др. соединения.

Неразъемные соединения  не позволяют разъединять детали без  их повреждения (заклепочные, сварные).

Основной критерий  работоспособности соединений – прочность. Желательно, чтобы соединение было равнопрочным с соединяемыми деталями, а также не искажало форму изделия, не вносило дополнительных элементов в его конструкцию.

Резьбовые соединения

Резьбовыми соединениями называют соединения деталей с помощью резьбы. В качестве резьбовых элементов используют болты (винт с гайкой),

винты и шпильки (рис. 1).                                                       

                                                     

                                                                 

Рис.1

Широкое применение резьбовых соединений в технике определяется: 1) возможностью создания больших осевых сил сжатия деталей при небольшой силе, приложенной к ключу (выигрыш в силе для крепежных резьб составляет 70…100 раз); 2) удобными формами и малыми габаритами резьбовых деталей; 3) взаимозаменяемостью резьбовых деталей в связи со стандартизацией резьб; 4) технологичностью и возможностью точного изготовления.

Резьба (рис.2) представляет собой чередующиеся выступы и впадины на поверхности тела вращения, расположенные по винтовой линии. Резьба может выполняться на цилиндрической (цилиндрическая резьба) и конической (коническая резьба) поверхностях.

Рис.2

Профиль резьбы – контур (например,abc ) сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось основной поверхности. По форме профиля различают треугольные (рис.3,а), прямоугольные (рис.3,б), трапецеидальные (рис. 3,в), упорные (рис.3,г), круглые резьбы. Виды резьб представлены на рис 3.  

 

а)                                    б)                                   в)                   г)

Рис. 3

По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбы. Наиболее распространена правая резьба.

По числу заходов различают однозаходную и многозаходную резьбы. Многозаходная резьба применяется в основном в винтовых механизмах.

По назначению резьбы подразделяются на крепежные и ходовые. В качестве крепежной резьбы в основном применяется метрическая резьба. Стандарт предусматривает метрические резьбы с крупным и мелким шагом. Мелкие резьбы находят применение для динамически нагруженных соединений, а также полых тонкостенных  и мелких деталей. К крепежным резьбам относится также трубная резьба.  

Ходовые резьбы (резьбы винтовых механизмов): прямоугольная, трапецеидальная симметричная и трапецеидальная несимметричная (упорная).

Геометрические параметры резьбы  (рис.3,а): - наружный диаметр; - внутренний диаметр; - средний диаметр; - рабочая высота профиля; - шаг резьбы; - ход резьбы; - угол профиля; - угол подъема винтовой линии (рис.4)

                                           

Рис.4

Угол подъема винтовой линии определяют по формуле

.                                 (1)

Все геометрические параметры резьб и допуски на их размеры стандартизованы.

Материалы резьбовых деталей, допускаемые напряжения

Основной материал резьбовых деталей – конструкционные и легированные стали. Например, крепежные детали общего назначения изготовляют из углеродистых сталей типа сталь10…сталь35. Легированные стали (например, 35Х, 30ХГСА) применяют для изготовления высоконагруженных деталей, работающих при переменных и ударных нагрузках.

Стальные винты и шпильки в соответствии с ГОСТ 1759-82 изготовляют 12-ти классов прочности. Класс прочности обозначают двумя числами, например 5.6. Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение предела прочности (МПа), а их произведение, умноженное на 10, соответствует приблизительно пределу текучести.

Допускаемые напряжения при действии на резьбовое соединение постоянной нагрузки выбирают в зависимости от предела текучести материала винта (болта):

,                                            (2)

где коэффициент запаса.

Способы стопорения резьбовых соединений

Самоотвинчивание разрушает соединения и может привести к аварии. Вибрации понижают трение и нарушают условие самоторможения в резьбе. На практике применяют следующие три принципа стопорения.

  1.  Повышают и стабилизируют трение в резьбе  путем постановки

контргайки 1 (рис.5,а), пружинной шайбы 2 (рис. 5,б) и т.п.

  1.  Гайку жестко соединяют со стержнем винта  с помощью шплинта

(рис.6) или прошивки группы винтов проволокой (рис.7).

  1.  Гайку жестко соединяют с деталью с помощью специальной шайбы

(рис.8,а) или планки (рис. 8,б).

     

            

                   а)               б)                         Рис.6

                Рис. 5                            а)                  б)       

                           

                       Рис.7                                            Рис.8

Силовые соотношения в резьбовых соединениях

            Затяжку резьбовых соединений осуществляют с помощью гаечных

ключей.

  Момент завинчивания , который создается гаечным ключом,

используется на преодоление момента в резьбе  и момента сил трения  на торце гайки  (головки винта) о неподвижную поверхность детали (рис.9)

          (                            (999(3)

Принимают приведенный радиус трения на опорном торце гайки равным среднему радиусу этого торца или  . При этом

                                                     (4)

где - осевая сила в винте; - коэффициент трения на торце гайки; - наружный диаметр опорного торца гайки;  -диаметр отверстия под винт.

Момент сил трения в резьбе определим, рассматривая гайку как ползун, поднимающийся по виткам резьбы, как по наклонной плоскости (рис. 10).    

           

            

                  Рис. 9                           Р                            аа)а                   

                                                                      б)

                                                                                  Рис.10

рррРР0114юьтти0000оррпппп     Р

Ползун будет находится в равновесии при условии, что равнодействующая  внешних сил отклонена от нормали n-n на угол трения . В нашем случае внешними силами являются осевая сила и окружная сила .

Из рис. 10 следует, или

                                    (5)

где - угол подъема резьбы; - угол трения в резьбе.

Подставляя значения моментов в формулу  (3), найдем

                   (6)

При отвинчивании гайки окружная сила  и силы трения меняют направление (рис. 10,б). При этом

                                    (7)

Самоторможение  и КПД винтовой пары. Условие самоторможения можно представить в виде . Рассматривая самоторможение только в резьбе, получим  или

                                                   (8)

Для крепежных деталей значение угла подъема находится в пределах 20301…30301, а угол трения изменяется от 60 до 160. Таким образом, все крепежные резьбы – самотормозящие.

КПД винтовой пары определяется по формуле

                               (9)

В самотормозящей паре, Так как большинство винтовых механизмов самотормозящие, то их КПД меньше 0,5.

Распределение осевой нагрузки по виткам резьбы

При действии осевой силы (рис.11) на винт  витки резьбы передают силу с винта на гайку. Как показывают расчеты и эксперимент, распределение осевой силы по виткам происходит неравномерно, причем сила, действующая на отдельные витки, прогрессивно снижается по мере удаления от опорной части.

                                       

Рис.11

Задача о распределении нагрузки по виткам резьбы является статически неопределимой и для ее решения рассматривают условие совместности деформаций тела винта и гайки. На рис. 11 представлен результат решения этой задачи проф. Н. Е. Жуковским для случая шестивитковой гайки. График показывает значительную перегрузку нижних витков и нецелесообразность увеличение числа витков гайки. Стандартом предусмотрена высота гайки  для нормальных гаек.

Для повышения динамической прочности применяют специальные гайки (рис.12)

                           

Рис.12

Расчет резьбы на прочность

Основные виды разрушения резьб: крепежных – срез витков, ходовых – износ витков. Поэтому, крепежные резьбы рассчитывают по напряженим среза, а ходовые – напряжениям смятия (рис.13)

                                             

Рис.13

Условия прочности резьбы по напряжениям среза

для винта,

для гайки,                       (10)

где - высота гайки или глубина завинчивания винта в деталь;

или - коэффициент полноты резьбы;  - коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы.

Условие износостойкости ходовой резьбы по напряжениям смятия

,                                    (11)

где - число рабочих витков.

Расчет прочности стержня винта при различных случаях нагружения

Стержень винта нагружен только внешней растягивающей силой

Примером является резьбовой участок крюка для подвешивания груза (рис.14).

                                                   

Рис.14

Условие прочности выглядит так:

                                 (12)

Болт затянут, внешняя нагрузка отсутствует

Это имеет место во всех затянутых резьбовых соединениях, например, крепление герметичных крышек (рис.15). Стержень болта в данном случае растягивается осевой силой  , возникающей от затяжки болта, и закручивается моментом сил трения в резьбе .

Напряжение растяжения

.                                (13)

Напряжения кручения

             (14)

В этом случае эквивалентное напряжение по энергетической теории прочности равно

                                   (15)

Для стандартных метрических резьб

Таким образом, условие прочности винта можно представить в виде

                           (16)

                                       

Рис.15

Болтовое соединение нагружено силами, сдвигающими детали в стыке

Болты в таком соединении могут быть установлены либо с зазором (рис.16) либо без зазора (рис. 17)

                       

Рис. 16

                 

Рис.17

При постановке болта с зазором внешняя нагрузка уравновешивается силами трения в стыке, которые образуются от затяжки болта. Условие отсутствия сдвига деталей

или

                                          (17)

где - число плоскостей стыка деталей; - коэффициент трения в стыке;  - коэффициент запаса (=при статической нагрузке; при переменной нагрузке).

Прочность болта оценивают по эквивалентному напряжению [формула (16)].

Во втором варианте (рис.17) болт повышенной точности ставят в развернутые отверстия соединяемых деталей без зазора и он работает на срез и смятие. Условие прочности такого болта по напряжениям среза

,                             (18)

где - число плоскостей среза.

Условие прочности для средней детали по напряжениям смятия

                                  (19)

для крайней детали

                                     (20)

Болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей

Примером служат болты для крепления крышек резервуаров, нагруженных давлением жидкости или газа (рис. 18)

                                             

рис.18

Затяжка болтов должна обеспечить герметичность соединения. Задача о распределении нагрузки между элементами данного соединения статически неопределима и решается с учетом деформаций этих элементов. Обозначим: - сила затяжки болта; - внешняя нагрузка соединения, приходящаяся на один болт (-число болтов).

Для упрощения принимаем, что только часть внешней нагрузки дополнительно нагружает болт, а другая часть идет на разгрузку стыка.

Дополнительная нагрузка болта равна , где - коэффициент внешней нагрузки, а уменьшение стыка - Величину коэффициента определяют по условию равенства деформаций болта и деталей, возникающих после приложения внешней нагрузки.

                                  (21)

где - податливость болта, равная его удлинению при единичной нагрузке;  - суммарная податливость соединяемых деталей.

Из равенства (21) имеем

                              (22)

Приращение нагрузки на болт

,                                       (23)

расчетная нагрузка болта

                                     (24)

а остаточную затяжку стыка от одного болта

                                   (25)

Достаточная предварительная затяжка  обеспечивающая нераскрытие стыка деталей, является необходимым условием надежности и герметичности соединения. Рекомендуется применять высокую затяжку соединений, особенно при переменных нагрузках. Рекомендуется принимать

=,

где  - коэффициент затяжки.  По условию нераскрытия стыка: при постоянной нагрузке =при переменной нагрузке =

Для приближенных расчетов соединений без мягких прокладок можно принять

                            (26)

Расчетная нагрузка болта определится по формуле

                                  (27)

При статических нагрузках прочность болта в соединении типа рис.18 определяют по формуле

.                               (28)

ТЬИИИ

ВААДЛЛОРППП22ТИИИИ

т

45452310000

р00оггнждорьжжжооо01боо10,14445612-*//44


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16940. Электрон-транспортная цепь митохондрий 71 KB
  Электронтранспортная цепь митохондрий. Переносчики электронов. NADP/NADPH: N в окисленной форме в восстановленной форме приходят 2е и один протон. FAD FMN – флавиновая система рибофлавин – основа этих переносчиков – три колечка работа на двух азотах. В воссатновле...
16941. Фотосинтез 90.5 KB
  Фотосинтез. Хлорофилл. Красный свет. Если перевести это в моль квантов то будет порядка 17 моль т.е. если поставить равенство между окислительновосстановительным потенциалом то вы видите что энергия одного моля квантов Эйнштейна достаточно высока – 17 эВ. Синий с
16942. Фотосинтез. Фотосистема 99.5 KB
  Фотосинтез. Фотосистема I. Пара Р700 оказалась ключевым моментом почему работает димер. Остальные цепочки – одна оказалась ненужной работает только одна из цепочек но в дальнейшем оказалось что и вторую цепочку можно приспособить для какихто полезных вещей. Об этом...
16943. Цикл Кальвина 86 KB
  Цикл Кальвина. К шести пятиуглеродным сахарам присоединяются 6 молекул СО2 получается шесть нестабильных С6 соединений которые распадаются на 12 С3 соединений. Эта фаза – одна из основных в темновой фазе фотосинтеза т.е. фазе фиксации СО2 и здесь фактически происходит ка...
16944. Биотест веществ ауксиновой природы 89 KB
  Биотест веществ ауксиновой природы. Объект: Капуста краснокочанная Brassica okvacea сорт Мехневская. Цель: Сравнить физиологическое действие искусственных аналогов ауксина 24D и aНУК и естественного ауксина ИУК на прорастающие семена капусты. Выполнение работы. Рабо
16945. Выделение протопластов 30 KB
  Выделение протопластов. Цель: выделить протопласты нескольких видов растений и оценить для этих видов изоосмотическую точку. Введение. Протопласты представляют собой растительные клетки без клеточной стенки. Для их получения необходимо разрушить клеточную стенку...
16946. Социология: Полный курс 1.23 MB
  Т.П. Ритерман Социология: Полный курс За неделю до экзамена Предмет и функции социологии Социология – наука о закономерностях становления функционирования и развития социальных систем. Социальная система –целостное образование основными элементами которог...
16947. Социализм как явление мировой истории 3.39 MB
  Игорь Шафаревич Социализм как явление мировой истории Предисловие Эта книга написана под влиянием убеждения что пережитые уже человечеством в XX веке катаклизмы представляют собой лишь начальную фазу несравненно более глубокого кризиса крутого перелома в те
16948. Политология. Хрестоматия 4.4 MB
  политология В хрестоматии приводятся фрагменты из произведений мыслителей разных эпох. стран и народов позволяющие понять их политические воззрения. Изучение мировой политической классики даст возможность глубже познать проблемы власти государства политической к