Порядок проведения работы

Рассчитать резьбовое соединение при установке резьбовой детали (болт, винт или шпилька) в отверстие соединяемых деталей с зазором (рис. 1.1, б)

1. Изучить задание и записать исходные данные согласно вашему варианту в таб.1.;

Таблица 1. Исходные данные

Номер варианта	Внешняя нагрузка	Материал соединяемых деталей	Способ контроля затяжки	Задание №1 (внешняя нагрузка сдвигает соединяемые детали)
Величина F, Н	Характер изменения	Количество соединяемых деталей	Резьбовая деталь
Тип	Установка

2. Выбрать класс прочности и материал болта (винта, шпильки) и гайки (приложение 1).

Класс прочности резьбовых деталей выбирают в зависимости от степени ответственности соединения, назначения, требований к габаритам, массе и условий работы соединения.

При возможных перекосах опорных поверхностей головки и гайки следует выбирать болты из сталей повышенной пластичности.

При жестких требованиях к массе и габаритам изделия выбирают резьбовые детали высоких классов прочности.

Для работы при высоких температурах, в коррозионных и агрессивных средах резьбовые детали изготовляют из жаропрочных и коррозионно-стойких сталей с высоким содержанием хрома или хрома и никеля.

В данной работе, при выборе класса прочности резьбовой детали, опираться на величину нагрузки и характер ее изменения.

Результаты оформить в таблицу 2.

Таблица 2. Механические характеристики деталей

Болт (Винт, шпилька)	Гайка	Твердость, HB
Класс прочности	Марка стали	Класс прочности	Марка стали

3. Определить расчетную нагрузку на болт:

где - требуемое усилие затяжки:

,

где - коэффициент запаса сцепления при постоянной нагрузке: = 1,3 – 1,5; при переменной нагрузке: = 1,8 – 2,0;

- коэффициент трения в стыке деталей (для стальных деталей = 0,18 – 0,20; для чугунных деталей и деталей из легких сплавов = 0,15 – 0,20);

- число стыков соединяемых деталей;

- величина внешней нагрузки, Н (данные варианта).

Для исключения смещения деталей под действием внешней поперечной силы необходимо проверить выполнение условия:

,

где - сила трения на поверхностях стыка деталей,

.

4. Определить допускаемые напряжения для болта (винта, шпильки):

,

где - предел текучести материала болта. Определяется из соотношения (см. примечание к приложению 1). Например: класс прочности болта 3.6, второе число класса, т.е. 6 делим на 10, получим = 0,6, отсюда выразим и получим, что = 0,6× . согласно этому же примечанию: первое число класса, т.е. 3 умножаем на 100 и получаем = 300 – значение временного сопротивления. Таким образом = 0,6×300 = 180 МПа.

- допускаемый коэффициент запаса прочности: при затяжке, контролируемой динамометрическим ключом = 1,6 – 2,0; при затяжке, контролируемой замером деформации болта = 1,3 – 1,5; при неконтролируемой затяжке

,

где для болтов из углеродистых сталей;

для болтов из легированных сталей;

- расчетная нагрузка на болт, Н (если Н, то принять Н).

5. Определить диаметр стержня болта из условия прочности:

, отсюда

, мм,

где - внутренний диметр резьбы.

По ГОСТ 24705-81 (приложение 2) подобрать ближайший больший и выписать , , , для выбранной резьбы.

6. По ГОСТ 5915-70 и ГОСТ 6402-70 (приложения 5, 6) выбрать гайку и шайбу и записать их основные размеры.

7. Назначить толщины соединяемых деталей и прокладки, определить длину крепежной детали:

Толщина соединяемых деталей

,

где - наружный диаметр резьбы.

Толщина прокладки

мм.

а) длина стержня болта

;

где - суммарная толщина соединяемых деталей;

- толщина шайбы;

- высота гайки;

а – запасы резьбы болта на выходе из гайки, ;

С – высота фаски резьбового конца стержня, ;

- толщина прокладки.

б) длина винта (см. рис. 3.2, б)

,

где - толщина детали;

- длина ввинчиваемого конца винта;

при ввинчивании в деталь из стали, титановых сплавов, бронзы, латуни;

- при ввинчивании в чугун;

- при ввинчивании в деталь из алюминиевых, магниевых и других легких сплавов.

в) длина шпильки (см.рис.3.2, а)

.

8. По полученному значению длины резьбовой детали выбрать ближайшую длину (см. приложения 4,5).

9. Провести проверочные расчеты.

9.1. Определить запас статической прочности

,

где - эквивалентные напряжения в стержне болта от растяжения и кручения,

,

где - осевая растягивающая сила;

- момент сил сопротивления в резьбе;

,

где - угол подъема резьбы,

,

где - угол трения, .

Допустимое значение коэффициента f в п.3.

9.2. Определить допускаемую осевую нагрузку из условия среза резьбы болта и гайки и сравнить ее с расчетной

,

,

где - высота гайки для соединений болтом и шпилькой (гаечный конец). Для резьбы винта и ввинчиваемого конца шпильки в формулы вместо подставляется длина ввинчиваемого конца - ;

- коэффициент полноты резьбы; для метрической резьбы ;

- коэффициент неравномерности распределения нагрузки между витками гайки; для крупной резьбы (большие значения при более податливых гайках);

, - допускаемые напряжения на срез витков болта (винта, шпильки) и гайки (соединяемой детали, корпуса).

Для резьбы

- для сталей и титановых сплавов;

- для алюминиевых и магниевых сплавов (приложение 8).

10. Разработать конструкцию соединения, выполнить чертеж соединения по правилам сборочного чертежа (приложение 7), размеры резьбовой детали (приложения 3,4).

Приложение 1

Классы прочности и механические характеристики сталей,

применяемых для изготовления болтов, винтов и гаек

Болты (винты, шпильки)	Гайки	Твердость, НВ
Класс прочности	Марки сталей	Класс прочности	Марки сталей
3.6	Ст3кп, Ст3сп, 10, 10кп		Ст3кп, Ст3сп	90-150
4.6			10, 10кп, 20	110-170
4.8	10, 10кп
5.6	30, 35		Ст5, 15кп, 35	140-215
5.8	10**, 10кп**, 20, 20кп, Ст3сп, Ст3кп
6.6	35, 45, 40Г		20, 20кп, 35, 45	179-245
6.8	20, 20кп
6.9
8.8	35***, 35Х, 38ХА, 45Г		35Х, 39ХА	225-300
10.9	40Г2, 40Х, 30ХГСА		40Х, 30ХГСА	280-365
12.9	30ХГСА		30ХГСА	330-425
14.9	40ХН2МА	40ХН2МА	Св.390

Примечания:

1. Класс прочности болтов обозначен двумя цифрами. Первое число, умноженное на 100, означает минимальное значение временного сопротивления , МПа; второе число, деленное на 10, означает отношение .

2. Стали, обозначенные ** и ***, применяют d < 12 и 16 мм соответственно.

3. Класс прочности гаек обозначен числом, при умножении которого на 100 получают значение напряжений от испытательной нагрузки, МПа.

Приложение 2

Основные параметры резьбы по ГОСТ 24705-81, мм

Наруж-ный диаметр резьбы, d	Шаг круп-ный, р	Диаметры	Наруж-ный диаметр резьбы, d	Шаг круп-ный, р	Диаметры
Сред-ний, d2	Внут-рен-ний, d1	Сред-ний, d2	Внут-рен-ний, d1
		5,350	4,918	(18)	2,5	16,376	15,294
	1,25	7,188	6,617		2,5	18,376	17,294
	1,5	9,026	8,376	(22)	2,5	20,376	19,294
	1,75	10,869	10,106			22,051	20,752
(14)		12,701	11,835	(27)		25,051	23,752
		14,701	13,835		3,5	27,727	26,211

Приложение 3

Болты с шестигранной головкой (повышенной точности)

по ГОСТ 7805-70

d	Головка болта, мм	Общие размеры, мм	Резьба по всей длине стержня при l
S	H	D	r	l	l0
		4,0	11,0	0,25-0,40	8-90
		5,5	14,4	0,40-0,60	8-100
		7,0	18,9	0,40-0,60	10-150
		8,0	21,1	0,60-1,10	14-150
(14)		9,0	24,5	0,6-1,1	16-150
		10,0	26,8	0,6-1,1	18-150
(18)		12,0	30,2	0,6-1,1	20-150
		13,0	33,6	0,8-1,2	25-150
(22)		14,0	35,8	0,8-1,2	35-150
		15,0	40,3	0,8-1,2	32-150
(27)		17,0	45,9	1,0-1,7	35-150
		19,0	51,6	1,0-1,7	40-150

Ряд длин болтов: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, (18), 20, (22), 25, (28), 30, (32), 35, (38), 40, 45, 50, 55, 60, 70, 75, 80, (85), 90, (95), 100 мм.

Пример условного обозначения болта по ГОСТ 7805-70 диаметром резьбы d = 12 мм, длиной l = 60 мм, класса прочности 5.8, поля допуска 8g без покрытия: Болт М12 – 8g×60.58 ГОСТ 7805-70.

Приложение 4

Шпильки нормальной точности (класс точности В)

Исполнение 1 Исполнение 2

d, мм	Минимальная длина шпильки l, мм	Длина резьбы гаечного конца, мм	d, мм	Минимальная длина шпильки l, мм	Длина резьбы гаечного конца, мм
b	при l>*	b	при l>*
				(18)
			(28)
				(22)
			(38)
(14)			(42)	(27)
			(43)

* При меньшей длине шпильки b = l – 0,5d – 2Р.

Ряд длин шпилек: 16, (18), 2020, (22), 25, (28), 30, (32), 35, (38), 40, (42), 45, (48), 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, (85), 90, (95), 100, 105, 110, 115, 120 мм.

Пример обозначения шпильки с диаметром d = 16 мм, шагом Р = 1,5 мм, длиной l = 70 мм, класса прочности 10.9, поля допуска без покрытия: Шпилька М16×1,5 – 6g×70.109.40Х ГОСТ 22032-76.

Приложение 5

Гайки нормальной точности по ГОСТ 5915-70

d	S	H	D
		4,5	11,0
		6,5	14,4
			18,9
			21,1
			24,5
			26,8
			30,2
			33,6
			35,8
			40,3
			45,9
			51,6

Размеры даны в мм.

Пример обозначения гайки с крупной резьбой М20. Поле допуска 6Н, класс прочности 4, без покрытия: Гайка М20-6Н.04 ГОСТ 5915-70.

Приложение 6

Шайбы пружинные нормальные по ГОСТ 6402-70

d	d0	S = b
	6,1	1,6
	8,1	2,0
	10,1	2,5
	12,1	3,0
	14,2	3,5
	16,3	4,0
	18,3	4,5
	20,5	5,0
	22,5	5,5
	24,5	6,0
	27,5	7,0
	30,5	8,0

Пример обозначения шайбы для диаметра резьбы крепежной детали d = 24 мм без покрытия: Шайба 24 65Г ГОСТ 6402-70.

Приложение 7

Контрольные вопросы

1. Указать основные критерии работоспособности резьбовых соединений?

2. Назвать и охарактеризовать методы изготовления резьбы?

3. Назвать основные типы резьб, привести их классификацию?

4. Основные параметры резьбы?

5. Преимущества и недостатки болтового соединения по сравнению с винтовым и шпилечным? Случаи применения болтового, винтового и шпилечного соединения?

6. Охарактеризовать способы стопорения резьбовых соединений.

7. Записать условие прочности резьбового соединения?

8. Как выбрать материал резьбового изделия?

Список использованной литературы

1. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. 366 с.

2. Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1989. 469 с.

3. Курсовое проектирование деталей машин/ В.Н.Кудрявцев и др., под общей редакцией В.Н. Кудрявцева. Л.: Машиностроение, 1984. 400 с.