Порядок назначения размера болта аналогичен

Реферат на тему: «Сборка резьбовых соединений»

 

Выполнил студент гр. 16 МН1

Рвянин А.А.

Проверила к.т.н. доцент

Сорокина Н.В.

 

Пенза 2020

Сборка и разборка резьбовых соединений

Резьбовые соединения – наиболее распространённый вид разъёмных соединений. Трудоёмкость сборки (разборки) этих соединений при ремонте, монтаже, техническом обслуживании достигает 20% от общей трудоёмкости работ. В зависимости от трудоёмкости резьбовые соединения делят на две группы:

-резьбовые соединения до М24;

-резьбовые соединения свыше М24.

Сборка (разборка) соединений первой группы проводится без специальных приспособлений. Трудоёмкость сборки (разборки) соединений второй группы в 10…15 раз выше [15].

Резьбы крепёжные предназначены для фиксации деталей (метрическая с треугольным профилем 60°, трубная – треугольная со скруглёнными вершинами и впадинами 55°, круглая), должны обладать самоторможением для надёжной фиксации. Резьбы ходовые для винтовых механизмов (прямоугольная, трапецеидальная 30°: симметричная, несимметричная упорная) должны обладать малым трением для снижения потерь. Основные детали соединения:

-болт;

-гайка;

-шайба;

-винт;

-шпилька.

Надёжность крепежных резьбовых соединений зависит от:

-материала деталей – обеспечение работы соединения в упругой области;

-условия сборки должны соответствовать условиям проектирования;

-сила предварительной затяжки должна обеспечивать нераскрытие стыка или герметичность на стадии эксплуатации.

Компоновка резьбовых соединений сводится к трём схемам:

Болт в отверстие вставлен с зазором. Соединение нагружено продольной силой Q. Болт растянут. Из условия прочности на растяжение – внутренний диаметр резьбы болта:

d_внутр = (4 × Q / (π × [σ]_раст))^{1 / 2}.

Найденный внутренний диаметр резьбы округляют до ближайшего большего.

Болт в отверстие вставлен без зазора. Соединение нагружено поперечной силой Р. При этом болт работает на срез (чистый болт). Внутренний диаметр резьбы:

d_внутр = (4 × P / (π × [τ]_срез))^{1 / 2}.

Порядок назначения размера болта аналогичен.

Болт вставлен с зазором. Соединение нагружено поперечной силой F. Сила затяжки болта V должна дать такую силу трения между деталями, которая была бы больше поперечной сдвигающей силы F. Болт работает на растяжение, от момента затяжки испытывает кручение, которое учитывается повышением нормальных напряжений на 20% (в 1,2 раза). Величина требуемой растягивающей силы V в зависимости от сдвигающей поперечной силы F:

V = 1,2 × F / f,

где f – коэффициент трения.
Тогда внутренний диаметр резьбы болта:

d_внутр = (4,8 × F / (π × f × [σ]_раст))^{1 / 2}.

В расчёте находится внутренний диаметр резьбы, а обозначается резьба по наружному диаметру. Часто ошибка состоит в том, что, рассчитав внутренний диаметр резьбы болта 8 мм, назначают болт М8, а следует назначить болт М10, имеющий наружный диаметр резьбы 10 мм, а внутренний 8 мм. Концентрация напряжений во впадинах витков резьбы учитывается занижением допускаемых напряжений материала на 40%.

Достоинства резьбовых соединений:

-высокая надёжность;

-удобство сборки-разборки;

-простота конструкции;

-дешевизна (вследствие стандартизации);

-технологичность;

-возможность регулировки силы сжатия.

Недостатки резьбовых соединений:

-концентрация напряжений во впадинах резьбы;

-отвинчивание при вибрации, переменных температурах, переменных силах.

Для предотвращения отвинчивания применяют стопорение:

-контргайками;

-посадкой на клей;

-пружинными шайбами;

-шплинтами;

-шайбами с лапками;

-обвязкой проволокой через отверстия в головках болтов с натяжением проволоки в сторону затяжки резьбы.

Осевая нагрузка винта передаётся через резьбу гайке и уравновешивается реакцией опоры. Каждый из Z витков резьбы нагружается силами F₁, F₂,… F_Z. Нагрузка на витках неодинакова. Задача о распределении нагрузки по виткам статически неопределима, решена Н.Е. Жуковским на основе системы уравнений для стандартной шестигранной гайки. Решение указывает на значительную перегрузку нижних витков и бессмысленность увеличения высоты гайки, так как последние витки практически не нагружены.

Основные виды разрушений у крепёжных резьб – срез витков, у ходовых – износ витков. Основной критерий работоспособности для расчёта крепёжных резьб – прочность по касательным напряжениям среза, а для ходовых резьб – износостойкость по напряжениям смятия. При расчётах неравномерность нагрузки учитывают эмпирическим (опытным) коэффициентом K_m, который равен 0,87 – для треугольной, 0,5 – для прямоугольной, 0,65 – для трапецеидальной резьбы.

 

Условие прочности на срез:

F / (π × d₁ × H × K × K_m) ≤ [τ] для винта;
τ = F / (π × d × H × K × K_m) ≤ [τ] для гайки,

где H – высота гайки или глубина завинчивания винта в деталь; d₁, d – диаметр основания резьбы у винта и у гайки; К = ab / р или К = ce / р – коэффициент полноты резьбы; ab, ce – длина основания контактирующего витка винта и гайки; р – шаг резьбы.

Условие износостойкости на смятие:

σ_см = F / (π × d₂ × h × Z) ≤ [σ]_см,

где d₂ – средний диаметр резьбы; Z – число рабочих витков; h – высота витка.

Отказы резьбовых соединений могут происходить как при чрезмерных, так и при недостаточных силах затяжки. Поэтому контроль силы затяжки – одна из ответственных операций сборки. Различают методы контроля:

-измерение сил в болтах;

-измерение удлинения болтов;

-измерение углов поворота гайки;

-крутящего момента на рукоятке гаечного ключа.

Зависимость между силой предварительной затяжки Q₀ и удлинением болта (шпильки) Δl определяется формулой:

Q₀ = Δl / (λ₀ + λ₁),

где λ₀, λ₁ – податливость болта и соединяемых деталей.

При болтах постоянного сечения и однородных деталях:

λ₀ = l_б / (Е_б × А_б); λ₁ = δ_д / (Е_д × А_д),

где Е_б, Е_д, А_б, А_д – модули упругости и площади сечения болта и деталей; l_б = δ_д — суммарная толщина деталей.

В сложном случае податливость системы определяют как сумму податливостей отдельных участков болта и отдельных деталей. Под площадями сечения A понимают площади тех частей, которые подвержены деформации от затяжки болта. Полагают, что деформации от гайки и головки болта располагаются вглубь деталей по конусам с углом α = 30°.

 

Сила предварительной затяжки при измерении угла поворота гайки:

Q₀ = S × φ / (2 × π × (λ₀ + λ₁)),

где S – шаг резьбы; φ – угол поворота гайки. Точность контроля силы предварительной затяжки по углу поворота гайки составляет ±20%, так как не определён начальный угол, при котором начинается упругая деформация.

Крутящий момент М = Т × L (Т – сила на рукояти, L – длина ключа), прикладываемый к гайке, уравновешивается моментом сопротивления между гайкой и опорной поверхностью промежуточной детали М₁ и моментом сопротивления в резьбе М₂:

M = М₁ + М₂;
М₁ = μ₁ × Q₀ × r; М₂ = Q₀ × d_ср × tg β + ρ / 2,

где μ₁ – коэффициент трения на торце гайки; r – средний радиус опорной поверхности; d_ср – средний диаметр резьбы; β – угол подъёма винтовой линии; ρ – угол трения в резьбе (ρ = arctg μ₂); μ₂ – коэффициент трения в резьбе.