Определение усилия затяжки.

План.

1. Инструмент для сборки резьбовых соединений.

2. Усилие затяжки.

3. Способы разгрузки резьбовых соединений.

1. После ремонта для сборки резьбовых соединений используется ручной и механизированный инструмент. Основным инструментом являются гаечные ключи. Надежность и долговечность эксплуатации резьбовых соединений во многом зависит от их правильной затяжки. Для каждого резьбового соединения моменты затяжки регламентированы. Требуемое усилие затяжки наиболее просто выдержать при использовании специальных крепежных деталей со встроенными индикаторами усилия затяжки. При затяжке выступы индикаторной шайбы 1 (рис. 5.18) упираются в обычную шайбу 2 и, расплющиваясь, заполняют зазор между шайбами. Это обеспечивает требуемое усилие затяжки при за­полнении зазора.

При затяжке резьбовых соединений следует использовать ключи с регулируемым крутящим моментом (рис. 5.19). Такой ключ состоит из кулачка 1 и сменного торцевого ключа 5. При предельном усилии шарик 4 отжимается кулачком, давит на тарелку 3 и сжимает пружину 2. В этот момент сцепление кулачка с рукояткой прекращается. Величина крутящего момента регулируется изменением усилия пружины 2.

При ремонте и последующей сборке неподвижных разъемных соединений важно обеспечить жесткость соединения. Это обеспечивается тем, что поверхности стыков сопрягаемых деталей после ремонта резьбовых элементов подгоняются механической обработкой, используя строгание, фрезерование, шлифование, шабрение и притирку.

Когда при ремонте нужно обеспечить полную герметичность (шпиндельные узлы, коробки скоростей, подач и другие детали, содержащие смазку), стыки сопрягаемых деталей уплотняются соответствующими прокладками, изготовленными из картона, бумаги, свинца, резины и др. Чем точнее выполнены поверхности соединяемых деталей, тем выше жесткость соединения. При неточной пригонке в стыках пар сопрягаемых деталей появляются неравномерные зазоры, а при стягивании деталей болтами возникают напряжения, которые вызывают нежелательные их упругие деформации.

2. Надежность и долговечность послеремонтной эксплуатации резьбовых соединений во многом определяется правильностью их затяжки. Регламентируемые моменты затяжки устанавливаются обычно в зависимости от диаметра резьбы и материала деталей резьбового соединения.

Усилие затяжки определяется:

Коэффициент затяжки К₃ выбирают в пределах 1,5...4 для внешней переменной нагрузки.

α — коэффициент пропорциональности. Обычно α = 0,2...0,3.

Р - внешняя сила

В затянутом резьбовом соединении усилия по виткам резьбы распределены неравномерно, кроме того, из-за небольших радиусов закруглений на дне впадин резьбы высока концентрация напряжений. В соединении болта с гайкой стандартной формы последняя работает на сжатие. На первый виток резьбы, который находится у торца гайки, приходится максимальная нагрузка, составляющая более 30% полной нагрузки. При этом витки резьбы у свободного торца гайки мало нагружены. Например, если по высоте гайки имеется 10 витков резьбы, то при равномерном распре­делении нагрузки на каждый из них должно было бы приходиться 0,1Р_б, где Р_б — осевая нагрузка на болт. Из-за неравномерности на первый виток приходится примерно 0,ЗР_б, т.е. коэффициент концентрации нагрузки равен 0,3, что приводит к значительному снижению сопротивления усталости соединения. Помимо того, у дна впадин резьбы образуется высокая концентрация напряжений. Это вызывает дополнительное значительное снижение сопротивления усталости соединения.

Резьбовые соединения стандартной конструкции из-за неравномерности распределения усилий по виткам характеризуются очень значительной концентрацией напряжений во впадине первого рабочего витка ( = 4... 10), но ее можно уменьшить, изменяя конструкцию гайки. Так, при использовании гайки, работающей на растяжение, нагрузка по виткам распределяется более равномерно. Конструктивные варианты реализации этой схемы, а также повышение пределов выносливости благодаря конструктивному упрочнению, характеризуемое эффективным коэффициентом , даны на рис. 5.23. Варианты а и б обеспечивают повышение пределов выносливости затянутого болтового соединения на 60...65 %.

Предельные амплитуды напряжений затянутых резьбовых соединений зависят от многих конструктивных и технологических факторов: радиуса закругления во впадине резьбы; утла профиля резьбы; величины зазора; высоты, конструкции и материала гайки; способа изготовления и упрочнения резьбы и др. Так, увеличение отношения r/S в пределах 0...0.4 приводит к росту предельной амплитуды от 45 до 90 МПа (резьба М 10x0,75, сталь 38ХА). Значительное влияние оказывает угол профиля резьбы.

3. Для уменьшения концентрации напряжений около головки болта можно использовать их улучшенные конструкции (рис. 5.25).

Если в процессе выполнения ремонта узлов и агрегатов необходимо внесение конструктивных изменений, требующих использования болтов и шпилек уменьшенных диаметров, могут быть применены устройства с равноосным контуром (РК-3, где 3 — число граней профиля).

При уменьшенных диаметрах болта (шпильки) необходимо освобождать его стержень от действия крутящего момента М_кр, так как напряжение затяжки может превысить временное сопротивление болтов (шпилек). Во избежание этого применяются различные конструктивные способы разгрузки резьбовых соединений.

Рациональным является использование РК-профильных устройств.

В резьбовом соединении деталей 1 и 2 (рис. 5.26, а) посред­ством шпильки 3 и гайки 4 на конце шпильки выполнена РК-3- профильная ступень (D_pк — диаметр профиля), диаметр описанной окружности которой d₁ = d_в- (0,1...0,2) мм. Эта ступень используется для удержания шпильки ключом с РК-З-профильным отверстием при закручивании гайки, компенсируя таким образом действие М_кр.

Устройство, предохраняющее шпильку от скручивания (рис. 5.26, б), состоит из шайбы, сопрягаемой по РК-З-профильному отверстию с РК-З-профильной ступенью, которая выполнена на шпильке 3, а также штифта 5, фиксирующего шайбу от проворота. В этом случае диаметр вписанной окружности РК-З-профиля d₁ = d_в + (0,1...0,2) мм.

Шайба 6 может быть круглой, профильной, с мысками или другого конструктивного исполнения.

Аналогичное устройство (рис. 5.26, в) включает в себя втулку 7 с круглой наружной поверхностью и с РК-З-профильным отверстием, которое сопрягается с двумя РК-З-профильными ступенями шпильки 3. Диаметр РК-З-профиля d₁ = d_в + (0,1...0,2) мм. Втулка 7 зафиксирована относительно детали 2 штифтом 8. Скручивание шпильки 3 может быть предотвращено благодаря непосредственному сопряжению, выполненному на конце шпильки 3 РК-З-профильной ступени с РК-З-профильным отверстием детали 2 (рис. 5.26, г).

В рассмотренных конструкциях после снятия ключа с гайки 4 стержень шпильки (болта) 3 будет закручен вследствие воздействия сил трения на торце гайки. При воздействии в процессе работы резьбового соединения циклических нагрузок касательные напряжения постепенно исчезают.