Лекция_Резьбовые соединения

Тема. СоединениЯ

ЛЕКЦИЯ Резьбовые соединения

1. Классификация резьбовых соединений. Типы резьб

2. Основные геометрические параметры резьбы

3. Расчёт резьбовых соединений

Учебные вопросы

1. Классификация резьбовых соединений. Типы резьб

Общие сведения

Резьбовое соединение – соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу.
Резьбовые соединения – это разборные соединения с применением резьбовых крепёжных деталей (винтов, болтов, шпилек, гаек) или резьбовых элементов, выполненных непосредственно на соединяемых деталях.

Резьба – совокупность чередующихся выступов и впадин определённого профиля, расположенных по винтовой линии на поверхности тела вращения (обычно цилиндра или конуса).

Общие сведения

Резьбовое соединение – соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу.

Резьбовые соединения – это разборные соединения с применением резьбовых крепёжных деталей (винтов, болтов, шпилек, гаек) или резьбовых элементов, выполненных непосредственно на соединяемых деталях.

Общие сведения

ψ – угол подъёма винтовой линии
pb – ход винтовой линии

Достоинства резьбовых соединений

– возможность создания больших осевых нагрузок при относительно низких усилиях на инструменте (ключе);
– возможность фиксации в затянутом состоянии вследствие эффекта самоторможения;
– удобство сборки и разборки с применением стандартного набора инструментов (ключи, отвёртки);
– простота конструкции и возможность точного изготовления;
– наличие широкой номенклатуры стандартных изделий (винты, бол­ты гайки);
– низкая стоимость крепёжных изделий благодаря массовости и вы­сокой степени автоматизации производства;
– малые габариты в сравнении с соединяемыми деталями.

Недостатки резьбовых соединений

– высокая концентрация напряжения в дне резьбовой канавки вследствие малых радиусов скругления;
– значительные энергопотери в подвижных резьбовых соединениях (низкий коэффициент полезного действия);
– большая неравномерность распределения нагрузки по виткам резьбы (первый виток воспринимает, как правило, до 55% приложенной к соединению осевой нагрузки);
– склонность к самоотвинчнванию при воздействии знакопеременных осевых нагрузок;
– ослабление соединения и быстрый износ резьбы при частых разборках и сборках.

Недостатки резьбовых соединений

– высокая концентрация напряжения в дне резьбовой канавки вследствие малых радиусов скругления;
– значительные энергопотери в подвижных резьбовых соединениях (низкий коэффициент полезного действия);
– большая неравномерность распределения нагрузки по виткам резьбы (первый виток воспринимает, как правило, до 55% приложенной к соединению осевой нагрузки);
– склонность к самоотвинчнванию при воздействии знакопеременных осевых нагрузок;
– ослабление соединения и быстрый износ резьбы при частых разборках и сборках.

резко снижает усталостную
прочность винта

Классификация резьб

1. По эксплуатационному назначению: крепёжная, крепёжно-уплотняющая, ходовая (для преобразования движения), специальная (например, ниппельная).

Классификация резьб

2. По форме поверхности, несущей резьбу: цилиндрическая и коническая.

Классификация резьб

3. По форме профиля резьбы в поперечном сечении нарезки: треугольная, трапецеидальная, упорная, прямоугольная, круглая.

Классификация резьб

Классификация резьб

4. По расположению: наружная и внутренняя.

Классификация резьб

5. По величине шага нарезки: нормальная (с крупным шагом нарезки) и мелкая (с уменьшенным шагом нарезки).
6. По направлению нарезки: правая (применяется чаще) и левая.

Классификация резьб

7. По числу заходов (по количеству параллельных гребешков, движущихся вдоль одной и той же винтовой линии): одно-, двух-, трёх- и многозаходная.

Классификация резьб

7. По числу заходов (по количеству параллельных гребешков, движущихся вдоль одной и той же винтовой линии): одно-, двух-, трёх- и многозаходная.

2. Основные геометрические параметры резьбы

Основные геометрические параметры метрической цилиндрической резьбы

d – номинальный диаметр резьбы (наружный диаметр болта или винта);
d1 – внутренний диаметр резьбы гайки – диаметр цилиндра, касающегося вершин гребней резьбы в гайке;
d3 – внутренний диаметр резьбы винта – диаметр цилиндра, касающегося дна впадин между гребнями резьбы;
d2 – средний диаметр резьбы – диаметр цилиндра, на котором толщина выступов резьбы равна ширине впадин между ними;
p – шаг резьбы – расстояние между одноимёнными точками двух соседних гребней резьбы;
ph – ход резьбы – расстояние между одноимёнными точками двух соседних гребней резьбы, принадлежащих одному гребню нарезки;
a – угол профиля резьбы;
y – угол подъёма резьбы - угол подъёма винтовой линии, по которой нарезается резьба.

Типы резьбовых соединений

Типы резьбовых соединений

Условные обозначения болтов, винтов, шпилек и гаек

Согласно ГОСТ 1759-70 на болты, винты и шпильки установлены 12 классов прочности, каждый с которых обозначается двумя числами. При этом первое число, умноженное на 100, означает предел прочности необходимого материала (МПа), а второе, умноженное на 10 (в процентах), – отношение предела текучести к пределу прочности.
На гайки установлены 7 классов прочности при обозначении каждого одним числом, которое умноженное на 100, дает значение механических напряжений от исследуемой нагрузки.

3. Расчет резьбовых соединений

Силовые взаимодействия

Две детали, сопрягаемые резьбой (болт и гайка, винт и гайка и т.д.), называют винтовой парой.

КПД

1. Ведущее вращательное движение



2. Ведущее поступательное движение




крепёжные резьбы с точки зрения стопорения от самоотвинчивания предпочтительно выполнять с мелкими шагами, обеспечивая тем самым наименьший угол подъёма резьбы

Способы стопорения резьбового соединения

1. Создание повышенных сил трения в резьбе между винтом и гайкой (пружинные шайбы, гайки с контргайками, предварительно обжатые гайки, гайки с пластмассовой вставкой, свинчивание на краску или клей и т.п.);

2. Жёсткая взаимная фиксация свинченных деталей друг относительно друга (шплинты и корончатые гайки, обвязка проволокой, отгибные шайбы с усиками, пружинные кольца с усом, кернение в резьбу, обварка в резьбу и т.п.);

3. Фиксация резьбовых деталей относительно скрепляемых деталей (отгибные шайбы на корпус, закрепление головки болта в канавке корпуса или фланца, прихватка к корпусу или фланцу сваркой и т.п.).

Основные критерии работоспособности и расчета

все витки резьбы нагружаются равномерно

Условие прочности резьбы на срез

где F – осевая сила; А ср – площадь среза витков нарезки

Условие прочности резьбы на срез

Условие прочности резьбы на смятие

πd2 – длина одного витка по сред­нему диаметру;
h - рабочая высота профиля резь­бы

σсм = F/Асм ≤ [σсм]

где Асм - условная площадь смятия (проекция площади контакта резьбы винта и гайки на плос­кость, перпендикулярную оси)

Расчет незатянутых болтов (шпилек) на прочность

Болт поставлен в отверстие без зазора

Условие прочности болта на срез




Условие прочности болта на смятие

h - высота участка смятия; dс – диаметр стержня болта

h - высота участка смятия

Расчет незатянутых болтов (шпилек) на прочность

Болт (шпилька) нагружен продольной (осевой) силой

Под действием силы тяжести груза стержень крюка работа­ет на растяжение, а опасным будет сечение, ослабленное нарезкой. Статическая прочность стержня с резьбой (которая испытывает объемное напряженное состояние) приблизительно на 10% выше, чем гладкого стержня без резьбы.

Расчет затянутых болтов

Болт поставлен в отверстие без зазора Стрежень болта растягивается осевой силой , возникающей от затяжки болта Fзат, и закручивается моментом сил в резьбе Tр

Напряжение растяжения

Максимальное напряжение кручения

Fз. расч.= 1,3Fз