Детали машин и основы конструирования

Резьбовые соединения, основные понятия и определения. Типы резьб. Взаимодействие между винтом и гайкой.

Соединения деталей с помощью резьбы являются одним из старейших и наиболее распространенных видов разъемного соединения. К ним относятся соединения с помощью болтов, винтов, винтовых стяжек и т. д.

Резьба — выступы, образованные на основной поверхности винтов или гаек и расположенные по винтовой линии. По форме основной поверхности различают цилиндрические конические резьбы. Наиболее распространена цилиндрическая резьба. Коническую резьбу применяют для плотных соединений.

Профиль резьбы – контур сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось основной поверхности. По форме профили различают треугольные, прямоугольные, трапецеидальные, круглые и др.

По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбы. Если резьбовые выступы расположены по двум или нескольким параллельным винтовым линиям, то они образуют многозаходную резьбу. По числу заходов различают однозаходную, двухзаходную и т. д. резьбы. Наиболее распространена однозаходная резьба.

Геометрические параметры резьбы: d – наружный диаметр; d1 – внутренний диаметр (номинальные значения d и d1 одинаковы для винта и гайки), d2 – средний диаметр (диаметр воображаемого цилиндра, образующая которого пересекает резьбу в таком месте, где ширина выступа равна ширине канавки); h – рабочая высота профиля, по которой соприкасаются боковые стороны резьб винта и гайки, р — шаг (расстояние между одноименными сторонами соседних профилей, измеренное в направлении оси резьбы); р1 – ход (поступательное перемещение образующего профиля за один оборот пли относительное осевое перемещение гайки за один оборот).

α – угол профиля, ψ – угол подъема.

Основные типы резьб. По назначению различают резьбы крепежные и резьбы для винтовых механизмов.

Резьбы крепежные метрическая с треугольным профилем— основная крепежная резьба, трубная— треугольная со скругленными вершинами и впадинами, круглая.

Резьбы винтовых механизмов (ходовые резьбы), прямоугольная, трапецеидальная симметричная, трапецеидальная несимметричная, или упорная.

Взаимодействие между винтом и гайкой: гайку жестко соединяют со стержнем винта.

Расчет винтовых соединений при нагруженном силами в плоскости стыка.

Применяют соединения двух видов:

 а) с винтами, устанавливаемыми в отверстиях с зазором,

 б) с винтами, устанавливаемыми под развертку без зазора.

 Первый вид соединений дешевле, но второй может воспринимать большие нагрузки и обеспечивает центрирование деталей.

В случае установки винтов с зазором они должны создавать силу трения на поверхности стыка, превышающую внешнюю сдвигающую нагрузку.

Потребная сила затяжки винта

, где

Q – расчетная сдвигающая сила, приходящаяся на один наиболее нагруженный винт; i – число стыков, стягиваемых винтом; f – коэффициент трения.

Затяжку назначают с напряжением 0,6ог, а в металлических конструкциях при контроле затяжки до 0,8 σТ. По этой силе затяжки может быть определен потребный диаметр винта. В случае установки винтов под развертку их рассчитывают на срез.

Условие прочности винта:

, где где dC – диаметр стержня винта в опасном сечении; i – число поверхностей среза.

При соединении тонкостенных деталей необходим дополнительный расчет на смятие.

В высоконапряженных соединениях при стесненных габаритах и постоянной нагрузке допустимо вести расчет с учетом того, что часть внешней нагрузки передается силами трения в стыках, а остальная стремится срезать винты.

Расчет групповых резьбовых соединений, работающих на сдвиг.

1) Соединение, нагруженное центральной сдвигающей силой (проходящей через центр тяжести площади стыка). Принимаем, что все z винтов нагружаются одинаково.

Нагрузка, приходящаяся на один винт,

.

2) Соединение, нагруженное моментом от МС от сил в плоскости стыка при установке винтов с зазором.

Предполагаем, что фланцы достаточно жестки и что давление р распределяется по стыку равномерно. Силы трения, учитывая касательную податливость стыков, следует считать пропорциональными относительным смещениям, т. е. пропорциональными расстоянию ρ от полюса поворота — центра массы стыка.

Тогда peaлизуемый коэффициент трения на расстоянии ρ от полюса , а условие прочности сцепления (момент сил трения в стыке больше внешнего момента) записывается так:, где р – давление в стыке, равное ; dA – элемент площади стыка; ρ – расстояние расстояние от этого элемента до центра тяжести площади стыка, R – расстояние от центра тяжести до наиболее удаленной точки стыка, J – полярный момент инерции площади стыка относительно центра массы стыка, S – запас сцепления.

Отсюда:

 .

Обычно пользуются приближенным расчетом, относя силы трения в стыке к окружности осей винтов. Этот расчет особенно часто применяют при податливых фланцах.

Сдвигающая сила, отнесенная к одному винту для простого кольцевого стыка,

.

3) Соединение, нагруженное моментом и силой в плоскости стыка.

Точное решение требует определения полюса поворота, т е точки, относительно которой произойдет поворот соединения при возрастании нагрузки.

Обычно рассчитывают опасный винт по сдвигающей силе, равной геометрической сумме сил при нагружении соединения одной центральной силой и одним моментом

Детали машин и основы конструирования