- •Детали машин и основы конструирования
- •Часть II
- •Содержание
- •Резьбовые соединения
- •Общие сведения
- •Основные параметры резьбы. Типы резьб и их применение Параметры резьбы
- •Типы резьб и их применение
- •Основные типы крепежных деталей
- •Конструкции винтов
- •Конструкции шпилек
- •Конструкции гаек и шайб
- •Основные способы стопорения резьб
- •Точность резьбовых деталей, обозначение допусков и посадок резьбовых соединений
- •Классы прочности и материалы резьбовых деталей
- •Система условных обозначений Обозначение деталей
- •Обозначение стандартизированной резьбы
- •Обозначение шайб
- •Конструктивные и технологичные пути повышения прочности и выносливости резьбовых соединений. Правила конструирования резьбовых соединений
- •Затяжка резьбовых соединений
- •Способы снижения концентрации нагрузки и напряжений
- •Способы уменьшения напряжений изгиба
- •Способы увеличения сопротивления усталости
- •Разгрузочные устройства
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Расчет и конструирование резьбовых соединений
- •Критерии работоспособности и расчет резьбовых соединений [1, 2, 3]
- •Порядок проведения работы
- •Библиографический список
- •Конструкция и расчет сварных соединений
- •Сварные соединения Общие сведения
- •Виды сварных соединений и типы сварных швов
- •Расчет сварных швов
- •Контрольные вопросы
- •Определение моментов трения в подшипниках качения в зависимости от режимов смазки
- •Цель работы
- •Краткие теоретические сведения
- •Устройство и работа лабораторной установки
- •Необходимое оборудование и инструмент
- •Рекомендуемая последовательность выполнения работы
- •Анализ результатов и содержание отчета
- •Вопросы для самоконтроля
- •Детали машин и основы конструирования
- •Часть II
Библиографический список
Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. М.: Машиностроение, 1973. 256 с.
Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-метод.пособие: В 2-х кн. Кн. 2. М.: Машиностроение, 1988. 544 с.
Решетов Д.Н. Детали машин. М.: Машиностроение, 1989. 496 с.
ГОСТ 24705- 2004. Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Основные размеры.
ГОСТ 9150-2002 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Профиль.
ГОСТ 16093-2004 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором.
ГОСТ 4608-81. Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Посадки с натягом.
ГОСТ 9484-81 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная. Профили.
ГОСТ 24737-81 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Основные размеры.
ГОСТ 24739-81 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная многозаходная.
ГОСТ 6357-81 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая.
ГОСТ 6211-81 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная коническая.
ГОСТ 6042-83 Резьба Эдисона круглая. Профили, размеры и предельные размеры.
ГОСТ 10177-82 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба упорная. Профиль и основные размеры.
ГОСТ 25096-82 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба упорная. Допуски
ГОСТ Р 52627-2006 Болты, винты и шпильки. Механические свойства и методы испытаний.
ГОСТ 1759.0-87 Болты, винты, шпильки и гайки. Технические условия.
ГОСТ 7798-70 Болты с шестигранной головкой класса точности В. Конструкция и размеры.
ГОСТ 7805-70 Болты с шестигранной головкой класса точности А. Конструкция и размеры.
ГОСТ 24379.1-80 Болты фундаментные. Конструкция и размеры.
ГОСТ 5927-70 Гайки шестигранные класса точности А. Конструкция и размеры.
ГОСТ 5915-70 Гайки шестигранные класса точности В. Конструкция и размеры.
ГОСТ 11371-78 Шайбы. Технические условия.
ГОСТ 11872-89 Шайбы стопорные многолапчатые. Технические условия.
ГОСТ 6402-70 Шайбы пружинные. Технические условия.
ГОСТ 22034-76 Шпильки с ввинчиваемым концом длиной 1,25d. Класс точности В. Конструкция и размеры.
Расчет и конструирование резьбовых соединений
Цель работы - изучение конструкций и методов расчета на прочность резьбовых соединений.
Технические средства: натурные образцы соединений или чертежи резьбовых соединений; мерительный инструмент.
Исходные данные: задание.
Критерии работоспособности и расчет резьбовых соединений [1, 2, 3]
Опыт эксплуатации машин, аппаратов и приборов показал, что отказы соединений обычно происходят из-за разрушения резьбовых деталей и разгерметизации (раскрытия) стыков.
Разрушение соединений, выполненных стандартными резьбовыми деталями происходит, как правило, из-за поломок болтов и шпилек по резьбовой части. Реже встречаются поломки болтов под головкой и срез емкое резьбы в гайке (корпусе) и на болте (винте, шпильке).
Потеря плотности стыков происходит, как правило, из-за недостаточной силы предварительной затяжки резьбовых деталей.
Таким образом, прочность резьбовых деталей и плотность соединения являются основными критериями работоспособности резьбовых соединений.
При всем многообразии конструкций резьбовых соединений и действующих на них внешних нагрузок (силы, моменты) в подавляющем большинстве расчет ведут по одной из трех расчетных схем одиночного соединения.
1. Болт (винт) установлен в отверстиях соединяемых деталей без зазора по посадке в отверстие (рис. 1, а), калиброванное разверткой. Рекомендуется посадка Н9/h8, H7/js6, Н7/k6, H7/m6, а при переменных нагрузках Н8/р6. Шероховатость поверхностей Ra ≤ 1,6 мкм.
Соединение нагружено поперечной силой F, сдвигающей соединяемые детали. Разрушение может произойти в результате среза стержня болта в сечениях, лежащих в плоскости стыка деталей, а также смятия стенок отверстия или болта.
а б
Рис.4 64
Рис.5 64
Рис.7. 65
Рис.8. 88лллл8. 67
Рис.9. 88лллл8. 68
Рис.10. 88лллл8. 68
Рис.9 68
Рис.10 68
Рис.11. 88лллл8. 68
Рис.12. 88лллл8. 69
Рис.13. 88лллл8. 69
Рис.15. 69
Рис.14. 69
Рис.16. 69
где - меньшая из длин поверхностей болта, работающих на смятие. Для конструкции, изображенной на рис. 1, а,
- допускаемые напряжения смятия, МПа.
Область применения таких соединений ограничена в основном соединениями тонкостенных деталей по технологическим соображениям. Сложность изготовления беззазорного соединения в условиях производства вынуждает устанавливать болты (винты) с небольшими натягами (до 0,015), что существенно удорожает сборку соединения.
2. Болт (винт) установлен в отверстия соединяемых деталей с зазором (рис. 1, б).
Для исключения смещения деталей под действием внешней поперечной силы F должно быть выполнено условие
(3) где - сила трения на поверхностях стыка деталей,
(4)
где - коэффициент трения в стыке деталей (для стальных деталей f = 0,18-0,20; для чугунных деталей и деталей из легких сплавов f = 0,15-0,20);
- усилие затяжки болта (винта);
n - число стыков соединяемых деталей. Из решения (3) и (4) требуемое усилие затяжки
где - коэффициент запаса сцепления при статической нагрузке = 1,3 - 1,5; при переменной нагрузке = 1,6 - 2,0. Стержень болта (винта, шпильки) рассчитывают на растяжение с учетом скручивания при затяжке.
Расчетная нагрузка
Условие прочности болта
|
(5) |
где - внутренний диаметр резьбы.
3. При действии внешней нагрузки, перпендикулярной стыку (рис. 2), расчетное усилие из условия нераскрытия стыка
, (6)
a б
Рис. 2. Резьбовое соединение при действии внешней нагрузки,
раскрывающей стык, выполненное шпилькой (а) и винтом (б)
где F - внешняя нагрузка на резьбовую деталь;
V - коэффициент запаса по плотности стыка (V = 1,25-2 при F = const, V = 2,5-4 при F ≠ const );
χ - коэффициент внешней нагрузки,
, (7)
где , - осевые податливости соединяемых деталей и деталей системы болта соответственно.
Для болтов (винтов) переменного сечения податливость деталей системы болта [I]
, (8)
где - длина i-го участка болта;
- модуль упругости материала болта ( = 2,1*105 МПа для стали);
- площадь поперечного сечения i-го участка болта. Для участка с резьбой площадь поперечного сечения определяется по среднему диаметру - ;
- податливость резьбы,
, (9
где Р - шаг резьбы;
d, - номинальный и средний диаметр резьбы;
Е - приведенный модуль упругости материалов болта и гайки (корпуса для соединения винтом),
где - модуль упругости материале гайки (корпуса); - податливость головки болта (винта),
,
где h - высота головки.
Податливость шайбы
|
(10) |
где и - соответственно наружный и внутренний диаметры шайбы; - толщина шайбы.
Для шпилек (рис. 2, а) податливость определяют по формуле (8), в которой вместо подставляют податливость резьбового соединения шпилька-корпус, которую подсчитывают по формуле (9).
Податливость соединяемых деталей определяют в предположении, что они деформируются в пределах так называемого конуса давления (рис. 3). На основании данных экспериментальных исследований tgα = 0,4 - 0,5.
Податливость детали в пределах одного конуса [1]
|
(11) |
где S - размер под ключ для шестигранной гайки (головки), диаметр опорной поверхности круглой гайки (головки) или наружный диаметр шайбы;
- диаметр отверстия под болт;
- толщина детали;
С - числовой коэффициент, С = 1 для одной детали. Для случая, когда болт соединяет две детали с одинаковым модулем упругости, С = 2, а = l/2 (где l - суммарная толщина соединяемых деталей) (рис. 3, а).
а б
Рис. 3. Конусы давления в соединениях болтом (а) и шпилькой (б)
При наличии прокладки между соединяемыми деталями податливость деталей
|
(12) |
где - податливость деталей (фланцев) по формуле (11);
- податливость прокладки,
-
(13)
где - толщина прокладки;
- модуль упругости материала прокладки;
- площадь прокладки;
l - толщина детали, l = min{l1, l2}.
При мягкой прокладке (например, резиновой) , причем податливость прокладки определяют по всей площади прокладки, приходящейся на один болт (винт, шпильку). По расчетной нагрузке, подсчитанной по (б), стержень болта (винта, шпильки) рассчитывают на растяжение с учетом скручивания по условию прочности (5).