Тема занятия: Резьбовые соединения

Резьбовыми называются соединения, осуществляемые с помощью деталей, снабжённых резьбой: винты, болты, шпильки и гайки (рис. 1). Винт, свинчиваемый с гайкой, называют болтом (рис. 1 б).

Достоинства. Они являются самыми распространённым видом разъёмных соединений. Резьбовые соединения имеют сравнительно простую конструкцию и очень удобны как для сборки, так и разборки соединения. Они полностью взаимозаменяемы, выгодны для массового производства и не очень дороги. С их помощью можно образовывать самотормозящие и несамотормозящие, подвижные и неподвижные компактные соединения. К недостаткам этих соединений следует отнести: неравномерность нагружения сопряжённых витков, значительная концентрация напряжений в резьбовых деталей, низкий КПД.

Параметрами, определяющими резьбу, являются (рис. 14):

d – наружный диаметр резьбы винта, принимаемый за номинальный диаметр резьбы;

d₁ – внутренний диаметр резьбы, определяемый из условия прочности или жёсткости;

d₂ – средний диаметр резьбы;

p – шаг резьбы;

α – угол профиля резьбы;

γ – угол наклона рабочей грани (грани, подвергаемой смятию при действии осевой силы F;

ψ – угол наклона винтовой линии по среднему диаметру резьбы,

Резьбы получают (формируют) резанием (отсюда название «резьба»), накатыванием (обработка давлением), литьём и прессованием композиционных материалов, порошков.

Классификация резьб. По форме профиля резьбы (рис.15) разделяют на: а – метрические (α = 60º; γ = 30º); б – прямоугольные (α = 0º; γ = 0º);

в - трапецеидальные (α = 30º; γ = 15º); и г – упорные (α = 33º; γ = 3º). Резьбы бывают цилиндрические и конические (образованы соответственно на цилиндрической или конической поверхностях); наружные и внутренние.

По назначению резьбы разделяют на три группы: крепёжные, крепёжно-уплотняющие и резьбы, предназначенные для передачи движения.

Конструктивные формы головок болтов и винтов (рис. 16) и гаек (рис. 17) разнообразны, использование их в конструкциях определяется преимущественно условиями работы соединений, технологией изготовления крепёжных деталей и их сборкой. Существуют стандарты на болты, винты, гайки и шайбы наиболее распространённых форм. Для предотвращения повреждений поверхностей соединяемых деталей при завинчивании гаек используют шайбы (рис. 17).

Материалы крепёжных деталей. Основные механические характеристики (предел прочности σ_в, предел текучести σ_Т и относительное остаточное удлинение δ) материалов болтов, шпилек, гаек и шайб нормированы соответствующим ГОСТом. Выбор материала определяется условиями работы, технологией изготовления деталей и др. В массовом производстве крепёжные детали изготовляют из углеродистых сталей обыкновенного качества (Ст3, Ст4, Ст5), качественных конструкционных сталей (сталь 10 сталь 45), автоматных сталей (А12, А20, А30), легированных конструкционных сталей (15Х, 35Х, 45Х), бронз, латуней, пластмасс и др. Для защиты крепёжных деталей из углеродистых сталей от коррозии на них наносят окисные плёнки или гальванические покрытия толщиной 6-12 мкм.

Критерии работоспособности и расчёты резьбовых соединений. Опыт эксплуатации машин и конструкций показал, что отказ соединений обычно происходит из-за разрушения резьбовых деталей и разгерметизации стыков.

Разрушение соединений происходит, как правило, из-за поломок болтов и шпилек по резьбовой части. Иногда встречаются поломки болтов под головкой и срез витков резьбы в гайке (корпусе) и на болте (шпильке).

Для предотвращения разрушения соединений вследствие среза резьбы и отрыва головок болтов стандартные гайки изготовляют высотой Н=0,8d, а высоту головок болтов (винтов) принимают h = (0,5-0,6) d.

Потеря плотности стыков происходит, как правило, из-за чрезмерной внешней нагрузки или недостаточной силы затяжки болтов.

Таким образом, прочность и плотность соединений являются основными критериями их работоспособности.

Расчёт на прочность элементов резьбы. Практически резьбы на прочность рассчитывают по напряжения среза и проверяют на смятие.

В общем случае условие прочности резьбы на срез и смятие имеют вид:

, (18)

, (19)

где F – осевая нагрузка, действующая на резьбовое соединение;

А_ср, А_см – соответственно площадь среза и смятия.

Площадь среза _ср = zs`πd<sub>p</sub>, где z – число витков в гайке; s`= pψ - высота среза; ψ – коэффициент полноты резьбы, зависящий от её типа; d_р – расчётный диаметр, равный d₁ при одинаковом материале,болта и гайки или d – при менее прочном материале гайки. Площадь смятия

.

Высота гайки H определяется из условия равнопрочности стержня винта и резьбыи обычно принимается H≈0,8d. Число витков гайки, как правило, не превышает 10.

Домашнее задание: Напишите конспект по пунктам:

1. Выпишите определение и параметры резьбы, выполните рисунок

2. Запишите классификацию резьбы

3. Запишитекритерии работоспособности и расчёты резьбовых соединений.

4. Ответьте на вопросы:

- Что используют лля предотвращения повреждений поверхностей соединяемых резьбовых деталей?

- Что относится к достоинствам и недостаткам резьбовых соединений.

- Основными деталями резьбового соединения являются…

- Прочность болта, нагруженного растягивающей силой, определяется…

- Резьбу болта обычно рассчитывают на…

Критерии оценки:

«5» - конспект по пунктам +ответы на вопросы;

«4» - конспект + ответы на вопросы(частично);

«3» - конспект