Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Сварные соединения:расчет и правила конструирования.

Сварные соединения стыковыми швами. Расчет сварных соединений в основном является проверочным, при этом размеры основных элементов соединения уже известны. Для выполнения проектных расчетов необходимо знать длину и высоту катета. Прочность стыковых швов определяется нормальными напряжениями в наименьшем сечении соединения. Разрушение при статическом нагружении происходит преимущественно по шву или в зоне термического влияния. Расчет сварных стыковых соединений на статическую прочность: где: нормальные напряжения растяжения; наибольшие нормальные напряжения изгиба в зоне А; наибольшие касательные напряжения кручения; допускаемое напряжение для сварного шва.При сварке плоских деталей стыковым швом условие прочности принимает вид: , где длина шва. Правила конструирования сварных соединенийПри конструировании сварных соединений следует придерживаться следующих правил:обеспечивать удобный подход электродов к сварному шву;применять наиболее простые и производительные способы сварки;избегать совмещения швов, сводить к минимуму количество наплавляемого металла;избегать сварки массивных деталей с тонкими; придавать свариваемым кромкам примерно одинаковое сечение;предусматривать взаимную фиксацию соединяемых деталей с целью устранения сварочных приспособлений;избегать трудоемкой разделки кромок; сварочные ванны образовывать путем смещения свариваемых деталей;унифицировать заготовки;при сварке тонкостенных материалов применять гнутые и штампованные элементы, увеличивающие жесткость конструкции;отдалять обработанные поверхности от сварной зоны; точные поверхности обрабатывать после сварки;при сварке деталей различного сечения предусматривать тепловые буфера, предупреждающие возникновение термических напряжений;при сварке замкнутых полостей предупреждать коробление стенок в результате образования вакуума при остывании;не соединять сваркой детали, закаленные или подвергнутые химико- темической обработке.

37. ЗАКЛЕПОЧНЫЕ И ШТИФТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.

Заклепочные соединения в недалеком прошлом были основным видом неразъемных соединений. Однако в настоящее время они почти полностью вытеснены сварными соединениями и применя­ются только там, где недопустим нагрев деталей, или при соедине­нии несвариваемых деталей. В заклепочных соединениях нагрузка передается за счет сцепления соединяемых деталей с помощью заклепок и сил трения между ними.Заклепочные соединения разделяют на:силовые, используемые преимущественно в металлических конструкциях машин, в строительных сооружениях;плотные, используемые в котлах и трубах, работающих
под давлением.Заклепочное соединение осуществляется с помощью стержней-заклепок, представляющих собой специальные цилиндрические заготовки из пластических материалов (Ст 2, Ст З, сталь 10, сталь 15, латунь, медь, алюминий и др.), имеющие одну заранее изготовлен­ную (закладную) головку, вторая замыкающая головка образуется в процессе клепки. В зависимости от конструкции со­единения применяют различные виды заклепок: со сплошным стержнем; полупустотелые; пустотелые.Заклепки со сплошным стержнем применяются, в основном, в силовых и плотных швах; полупустотелые и пустотелые – в соединениях тонких листов и неметаллических деталей. Заклепочные соединения по конструкции разделяют на соединения внахлестку, соединения с одной накладкой и соединения с двумя наклад­ками.По конструкции швы разделяются на однорядные и мно­горядные с цепным или шахматным распо­ложением заклепок, а также в за­висимости от плоскостей среза -на одно- и многосрезныеРасчет заклепочных соединений. В со­ответствии с обычными условиями работы заклепочных соединений основными на­грузками для них являются продольные силы, стремящиеся сдвинуть соединяемые детали одну относительно другой. При нагружении заклепочного соединения про­дольными силами нагрузка пере­дается силами трения, которые соответ­ствуют условному напряжению заклепки на срез 80...90 МПа. Затем в работе начи­нает принимать участие тело заклепки, подвергаясь изгибу, смятию и сдвигу.Расчет заклепок в соединении, находя­щемся под действием продольной нагруз­ки, сводится по форме к расчету их на срез. Трение в стыке учитывают при выборе допускаемых напряжений среза. При цен­тральном действии нагрузки предполага­ется равномерное распределение сил между заклепками.В заклепочном соединении, допустимая нагрузка , отнесенная к одной заклепке, , где [τ]_ср— условное допускаемое напряжение за­клепки на срез; i — число срезов.При центрально действующей нагрузке F необходимое число заклепок Заклепки на смятие в односрезном или двухсрезном силовом соединении проверяют по формуле , где δ — толщина стенки соединяемых де­талей.Проверка на смятие плотных соединений не нужна, так как в них вся продольная нагрузка воспринимается силами трения в стыке.Соединяемые элементы проверяют на прочность в сечениях, ослабленных заклеп­ками:

где площадь сечения элементов с учетом ослабления диаметрами заклепок.Допускаемое напряжение для соедине­ний стальных деталей заклепками из ста­лей Ст2 и Ст З при расчете по основным нагрузкам: на срез заклепок [τ]_ср = = 140 МПа и на смятие _СМ = 28О... 320 МПа, на растяжение соединяемых элементов из стали Ст З _Р=16О МПа. При холодной клепке допускаемые на­пряжения в заклепках снижают на 30 %.Штифтовые соединенияШтифты в основном предназначены для точного взаимного фиксирования деталей, а также для передачи относительно небольших нагрузок. Штифты как крепежные детали имеют ограниченное применение. Их используют для слабонагруженных соединений, преимущественно для крепления насадных деталей на валах, а также осей в корпусах. Недостатками таких соединений являются: ослабление вала отверстием под штифт, низкая прочность соединения на срез, отсутствие затяжки соединения и нетехнологичность. Установочные штифты применяют в случаях, когда необходимо точно зафиксировать положение одной детали относительно другой, а также для восприятия поперечных сил, действующих в плоскости разъема двух деталей. По форме штифты можно разделить на: цилиндрические, конические, цилиндрические пружинные раз­резные, просеченные ци­линдрические, конические и др.. Гладкие штифты изготовляют из стали 45 и А12, штифты с канавками и пружинные — из пружинной стали.Цилиндрические штифты в отверстия ставят с натягом, они удерживаются от выпадания силами трения, а иногда концы штифтов расклепывают. Для постоянного прочно­го соединения обе детали сверлят и развер­тывают совместно под один размер. Для возможности разборки без выколачивания штифтов в соединениях на плоскости до­полнительно развертываются отверстия в одной детали. Конические штифты вы­полняют с конусностью 1:50, обеспечиваю­щей надежное самоторможение и цент­рирование деталей.

Основные виды кони­ческих штифтов: простые, забиваемые в отверстия, применяемые в сквозных отверстиях при возможности выбивания другой стороны; с резьбой для извлечения при разборке, применяемые при уста­новки в глухие отверстия.В соединениях, подверженных толчкам и ударам, и в со­единениях быстровращающихся деталей конические штифты необходимо специ­ально предохранять от ослабления натяга и выпадания. Для этого их выполняют с прорезью и разведением концов или в виде призонных болтов.Конические штифты в основном приме­няют: в соединениях деталей по пло­скостям, стягиываемым крепежными винта­ми; в соединениях по цилиндрическим и коническим поверхностям вал — ступи­ца.

38. Паянные и клеевые соединения:Соединения пайкой и склеиванием начали применяться значительно раньше сварных, так как они осуществляются без расплав­ления металла соединяемых деталей. Связь между элементами в этих соединениях обеспечивается силами молекулярного взаимодей­ствия металла соединяемых деталей с материалом припоя или клея.По конструкции паяные и клеевые соединения аналогичны свар­ным соединениям.Паяные соединенияОсобенностью паяных соединений является то, что
в результате смачивания поверхностей расплавленным припоем
после затвердения образуется сплав, свойства которого сущест-
венно отличаются от свойств припоя.С помощью пайки соединяют как однородные, так и разнород­ные материалы (черные и цветные металлы и сплавы, стекло, кера­мика, графит и др.). Паяные соединения успешно применяются во многих отраслях машиностроения (авиация, приборостроение, ав­томобилестроение и др.). В последнее время они вытесняют другие виды соединений благодаря легкой автоматизации и механизации технологического процесса.Применение пайки вместо сварных и клепа­ных соединений повышает производительность, снижает массу и стои­мость конструкций. Наиболее производительна пайка сотовых кон­струкций погружением в ванну с расплавленным припоем, а также пайка в специальных печах с восстановительной газовой средой, пайка токами высокой частоты и др.Одним из недостатков пайки, ограничивающим ее применение для соединения крупногабаритных деталей, является необходимость соблюдения малых и равномерно распределенных зазоров, что связа­но с более точной механической обработкой соединяемых деталей.

асчет прочности паяных соединений аналогичен расчету свар­ных соединений. Допускаемые напряжения паяных соединений за­висят не только от состава припоя, но и материала соединяемых деталей. Применяют многообразные способы пайки: паяльником с периодическим подогревом или с непрерывным подогревом газом, жидким топли­вом или электрическим подогревом; газопла­менными горелками; электронагревом (преиму­щественно электросопротивлением); в жидких средах; в печах; специальные.

Клеевые соединенияСклеивание — один из эффективных способов сое­динения конструкционных материалов. Соединение осуществляется за счет сил сцепления в процессе затвердевания жидкого клея. Прочность клеевых соединений в основном зависит от материала и конструкции склеиваемых деталей, качества подго­товки поверхностей к склеиванию, правильности выбора марки клея, технологии склеивания (выдерж­ка при соответствующем давлении, температуре и др.).Сопрягаемые поверхности склеиваемых деталей должны быть хорошо подогнаны одна к другой, не иметь заусенцев и забоин, а шероховатость их должна быть не менее = 6,3...1,6 мкм (шерохова­тость увеличивает поверхность склеивания). Перед склеиванием эти поверхности тщательно обезжири­вают органическими растворителями (бензин, ацетон и др.) или водяным щелочным раствором.В зависимости от склеиваемых материалов и усло­вий работы (характер нагрузки, температура и др.) применяют различные марки клея, например: клей универсальный БФ-2 и БФ-4 (для склеивания стали, алюминиевых и медных сплавов, стекла, пластмасс, кожи как между собой, так и в любом их сочетании); клей 88 (для склеивания металлов и неметаллов, дюралюминия с кожей и резиной, дерева с резиной и других материалов); клеевые композиции на основе эпоксидной смолы ЭД-20 (для склеивания и гер­метизации неразъемных соединений из стали, алюми­ния, керамики, стекла и других материалов, обес­печивая термостойкое соединение) и др. Толщи­на клеевой прослойки рекомендуется в пределах 0,05...0,15 мм. Большая толщина прослойки в боль­шинстве случаев снижает прочность соединения. Достоинства: возможность соединения деталей из разнородных материалов, в том числе и деталей, не поддающихся сварке; герметичность; высокая коррозионная стойкость; хорошее сопротивление ус­талости. Недостатки: сравнительно низкая проч­ность и особенно при неравномерном отрыве (отдире); низкая теплостойкость (достаточная прочность сохраняется до температуры 250° С); снижение проч­ности некоторых клеевых соединений с течением времени.Клеевые соединения применяют в электропро­мышленности, авиации, мостостроении, станкострое­нии и т. д. Наибольшее распространение имеют сое­динения листового материала и тонкостенные клее­вые конструкции. Их успешно используют для уплот­нения и стопорения резьбовых соединений, при этом повышается надежность работы и отпадает необхо­димость в стопорных деталях.Для особопрочных соединений, испы­тывающих произвольную нагрузку, вклю­чая неравномерный отрыв, и вибрацион­ную нагрузку, применяют комбинирован­ные соединения- клеесварные, клеезаклепочные и клеерезьбовые.Расчет на прочность клеевых соединений аналоги­чен расчету сварных соединений. Обычно размер клеевого шва назначают в зависимости от размеров соединяемых деталей и расчет шва на прочность клеевого шва нахлесточного соединения производят по формуле , где — расчетное напряжение на срез в клеевом шве; b и l – ширина и длина клеевого шва соответственно. Допускаемое напряжение на срез шва для клея БФ-2 [ ] = 15...20 Н/мм², для клея БФ-4 [ ] = 25...30 Н/мм².

39. ШПОНОЧНЫЕ, ШЛИЦЕВЫЕ И ПРОФИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Шпоночные соединенияприменяют для передачи вращающе­го момента между валом и ступицей (например, ступицей зуб­чатого колеса, шкива, маховика и т. п.) с помощью специаль­ной детали— шпонки. Шпоночные соединения подразделяют наненапряженные, осуществляемые призмати­ческими или сегментными шпонками и напряжен­ные, осуществляемые клиновыми шпонками.

Различают неподвижные и подвижные шпоночные соеди­нения. В неподвижных соединениях ступица не может пере­мещаться по валу в осевом направлении, у подвижных соеди­нений ступица может перемещаться по валу во время работы.По форме торцов различают шпонки трех испол­нений. Шпонки с закругленными торцами (исполнение 1) обычно размещают на валу в пазах, обработанных концевой фрезой, плоские торцы шпонок (исполнения 2 и 3) помещают вблизи деталей (концевые шайбы, кольца и т. д.), препятствующих осевому перемещению шпо­нок.Пазы обрабатывают дисковой фре­зой, что технологичней и дает меньшую концентра­цию напряжений у вала.Соединенияпризматическимишпонка­ми имеют наибольшее распространение. Стандартизованы обыкновенные и высокие призма­тические шпонки. Последние обладают повышенной несущей способностью, их применяют, когда закреп­ляемые детали (ступицы) имеют малую длину. Момент передается узкими боковыми гранями шпо­нок.Соединениясегментнымишпонкамиявляются разновидностью соединений приз­матическими шпонками. Сегментные шпонки (пла­стины в виде сегмента), так же как и призматические, работают боковыми гранями.Глубокая посадка шпонки предохраняет ее от вы­ворачивания под нагруз­кой. Однако глубокий паз существенно осла­бляет вал, поэтому сег­ментные шпонки приме­няют для передачи не­больших вращающих моментов или лишь для фик­сации элементов соединения.Соединенияклиновымишпонками.Клино­вые шпонки представляют собой односкосные самотормозящие клинья с уклоном 1:100, которые ударами молотка забивают в пазы вала и ступицы. Рабочими поверхностями клиновых шпонок являются вер­хняя и нижняя широкие грани.Применяют в тихоходных передачах. Достоинства соединений: простота конструкции и низкая стоимость. Недостатки: вал и ступица ослаблены шпоночными пазами, в зоне которых возникает концентрация напряжений, что сни­жает усталостную прочность деталей соединений; трудно обес­печить взаимозаменяемость соединения из-за необходимости ручной подгонки шпонки по пазу; ненадежная работа соедине­ния при ударных, реверсивных и циклических нагрузках. Расчёт При расчете приближенно принимают, что напряжения смятия распределены равномерно по поверхности контакта бо­ковых граней шпонок и шпоночных пазов, а плечо равнодей­ствующей этих напряжений приближенно принимают равным 0,5d(d— диаметр вала). Давлением на рабочих поверхностях, возникающим при посадке шпонок в паз вала с натягом, пре­небрегают. При этих упрощениях напряжения смятия на ра­бочих гранях шпонки или паза:

гдеТ— вращающий момент, Н • м; d— посадочный диаметр вала, мм; 1_р— рабочая длина шпонки, мм; k — глубина врезания шпонки в ступи­цу, мм; — допускаемые напряжения смятия, МПа; — предел текучести; S — коэффици­ент безопасности.Размеры сечений шпонки (ширину b и высоту h) выбирают в зависимости от диаметра d вала по ГОСТ 23360-78. Длину шпонки конструктивно принимают на 5- 10 мм меньше длины ступицы и согласовывают со стандартом.Сегментные шпонки, так же как и призматические, проверяются на смятие:

Сегментная шпонка узкая, поэтому в отличие от призматической ее проверяют и на срез. Условие прочности шпонки на срез: Если расчетное напряжение превышает допустимое более чем на 5%, то применяют две шпонки. Призматические шпонки устанавливают под углом 180^о, сегментные – вдоль вала в одном пазу ступицы [. Постановка нескольких шпонок сильно ослабляет вал и ступицу, а также связана с технологическими затруднениями. В таких случаях шпонки заменяют шлицевыми соединениями.

Шлицевые соединения вал — ступицапредставляют собой соединения, образуемые выступами — зубьями на ва­лу, входящими во впадины—шлицы соот­ветствующей формы в ступице. Эти соеди­нения можно представить как многошпо­ночные, у которых шпонки выполнены за одно целое с валом.Шлицевые соединения имеют по срав­нению со шпоночными следующие преиму­щества: 1.большую несущую способность при одинаковых габаритах благодаря зна­чительно большей рабочей поверхности и равномерному распределению давления по высоте зубьев; 2.большую усталостную прочность вала; 3.детали на валах лучше центрируются и имеют лучшее направле­ние при передвижении вдоль вала.

Виды шлицевых соединений: а – прямобочное; б-эвольвентное; в- треугольными шлицамиВ настоящее время наиболее распространены давно приме­няемые прямобочные шлицевые соединения (около 80%) по ГОСТу 1139-80. В поперечном сечении профиль прямобочных шлицев очерчивается окружностью выступов зубь­ев D, окружностью впадин dи прямыми, определяющими по­стоянную толщину зубьев b. Стандартом предусмотрены три серии соединений: легкая, средняя и тяжелая. С переходом от легкой к средней и тяжелой сериям при одном и том же внут­реннем диаметре dувеличивают наружный диаметр Dи число зубьев z, что повышает несущую способность соединений.Легкая серия рекомендуется для неподвижных соединений, средняя – для подвижных, тяжелая – для неподвижных и подвижных при передаче больших моментов.Более перспективны соединения с эвольвентными зубьями (шлицами). Их выполняют с центрированием по боковым, ра­бочим поверхностямили по наружному диаметру. Профиль эвольвентных шлицев очерчивается, как и профиль зубьев эвольвентных зубчатых колес, окружностью вершин, окружностью впа­дин и эвольвентами с углом зацепления 30° (у зубчатых колес 20°) при уменьшенной высоте зуба h = т (у зубчатых колес h= 2,25m). Шлицевые соединения треугольного профиляприменяют редко при стесненных габаритах в радиальномна­правлении. Эти соединения центрируют по боковым сторонам зубьев. Размеры шлицев треугольного профиля установлены отраслевыми стандартами (ОСТ) и нормалями. В основном их применяют в кинематических (приборных) механизмах. Основным расчетом шлицевых соединений является расчет на смятие. Размеры шлицев выбирают в соответст­вии с ГОСТом по диаметру вала. При расчете проверяют на­пряжения смятия на рабочих поверхностях зубьев и сравнива­ют их с допускаемыми. Напряжения смятия находят в предположении равномерного распределения напряжений по рабочей поверхности зубьев. Неравномерность распределения нагрузки между зубьями из-за ошибок изготовления учитыва­ют коэффициентом k_PH. Таким образом,

где: T- передаваемый вращающий момент, коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между парами зубьев из-за ошибок изготовления по шагу ( средний диаметр; h – рабочая высота зубьев; l – рабочая длина зубьев; допускаемое напряжение смятия.

Расчет на изнашивание. Для предварительных расчетов используют упрощенную формулу:

где коэффициент 0,75 приближенно учитывает неравномерность нагрузки по зубьям; допускаемые напряжения из условий ог­раничения изнашиваемости назначают в зависи­мости от вида термической обработки и твердости рабочих поверхностей соединяемых деталей.Размеры шлицевых соединений в основном опре­деляются прочностью и жесткостью валов, поэтому напряжения на рабочих поверхностях могут быть значительно ниже допускаемых. Если же расчетное значение или превышает или более чем на 5%, то увеличивают длину ступицы l или принимают другую серию и повторяют расчет.

40.Резьбовые соединения:основные типы параметры резьб, конструктивные формы,материалы,классы прочности,допускаемые напряжения и условное обозначение.

Резьбовые соединения— это самый распространен­ный вид разъемных соединений. Они осуществляются с помощью крепежных резьбовых деталей (болтов, винтов, шпилек, гаек и т. п.), основным элементом которых является резьба. Резьба получается прорезанием на поверхности стержня канавок при движении плоской фигуры — профиля резьбы (треугольника, трапеции и др.) по винтовой линии. Выступы, полученные на стержне между канавками, называют витками резьбы. Под витком резьбы принято понимать ту часть ее выступа, которая охватывает резьбовую деталь в пределах до 360°.Применяют болтовые соединения при относительно неболь­шой толщине соединяемых деталей и когда материал детали не обеспечивает достаточной прочности резьбы. Винты применяют, когда корпусная деталь большой толщины не позволяет выполнить сквозное отверстие для установки болта, или при жестких ограничениях конструк­ции по весовым параметрам. Шпильки применя­ют вместо винтов, если прочность материала детали с резьбой недостаточна (сплавы на основе алюминия), а также при час­тых сборках и разборках соединений.

Основные типы и параметры резьбРезьба выполняется на цилиндрической поверхности, реже на конической. Различают резьбу правую и левую. В основном используется правая резьба.Винтовую линию по­лучают огибанием цилиндра плоскостью с наклонной линией под углом ψ. Если на расстоянии на плоскости нанести еще одну наклонную линию, то при огибании цилиндра получают двухзаходную резьбу с ходом резьбы .Угол подъема винтовой линии определяют по формуле Профиль резьбы образуют заданием фигуры А. Если пере­мещать фигуру А по винтовой линии, то получим резьбу задан­ного сечения. В зависимости от формы сечения различают резьбы: треугольную метрическую трапеце­идальную, упорную и др.В качестве основной крепежной резьбы применяют метри­ческую резьбу.Профиль этой резьбы (ГОСТ 9150-81) треуголь­ный с теоретической высотой Н.Вершины резьбы по наружно­му диаметру dвинта и внутреннему диаметру D₁гайки среза­ны соответственно на H/8 и Н/4. В результате получают рабочую высоту профиля H₁.Стандартом регламентирован ра­диус скругления резьбы на внутреннем диаметре винта. Конструктивные формы резьбовых соединенийОсновные типы крепежных деталей. Форма резь­бового соединения определяется типом применяемых крепежных деталей.Болты применяют для скрепления деталей не­большой толщины. Винты приме­няют в случаях достаточной прочности материала детали с резьбой и достаточной ее толщины, при жестких требованиях к массе соединения. Шпильки применяют в тех же случаях, что и вин­ты, но когда материал детали не обеспечи­вает достаточную прочность резьбы, а по усло­виям эксплуатации требуются частые разборка и сборка соединения.Шпильки ввинчивают в деталь с по­мощью гайки, навинченной поверх другой гайки, или с помощью шпильковерта [6].Стандартные крепежные детали. Различают резь­бовые крепежные детали общего назначения, имеющие широкое распространение, и специального назначения, имеющие ограниченное применение (фун­даментные болты, рым-болты

Болты общего назначения по точности изготов­ления делятся на болты нормальной и повышенной точности, последние применяют в особо ответствен­ных соединениях. Болты изготовляют для постановки в отверстие с зазором и без зазора в отверстие из-под развертки.

Винты резьбовых соединений общего назначения бывают крепежные и установочные. В зависимости от размеров и назначения головки болтов и крепежных винтов весьмаразнообразны: шестигранные,полукруглые, цилиндрические, потайные, цилиндрические с шестигранным углублением под ключ. Наиболее распространены в машиностроении болты и винты сшестигранной головкой под ключ.

Шпильки. Диаметр резьбы на обоих концах шпиль­ки обычно одинаков. Глубина завинчивания винтов и шпилек l в резьбовое гнездо зависит от материала детали. Для чугунных деталей принимают ,для стальных — .Гайкив зависимости от формы бывают шестигранные с одной или двумя фасками,шестигранные прорезные,шестигранные ко­рончатые,круглые гайки и др. Наиболее распространены шестигранные гайки, которые, ана­логично болтам, изготовляют нормальной и повы­шенной точности..

Завинчивают и отвинчивают винты и гайки (кроме винтов со шлицем под отвертку) ключами.Винты со шлицами завинчивают и отвин­чивают отвертками..Материалы, классы прочности и условное обозначение резьбовых деталейОсновной материал резьбовых деталей — конструкционные и легированные стали(10-35). При выборе материала учитывают харак­тер нагрузки (статическая или переменная), способ изготовле­ния и объем производства..Стальные винты и шпильки в соответствии с ГОСТ 1759.4-87 изготавливают различных классов прочности. Класс прочности обозначают двумя цифрами, например 5.6. Первая цифра, умноженная на 100, указывает минимальное значение предела прочности в МПа; второе числоумноженное на 10 показывает примерное соотношение , в процентах. В соответствии с ГОСТ 1759.4-87 для крепежных деталей предусмотрены покрытия и оксидные пленки. Обозначение болтов, винтов и шпилек из углеродистых сталей классов прочности 3.6 -6.9, а также гаек из углеродистых сталей классов прочностей 4 -8 и изделий из цветных сплавов состоят из наименования детали, исполнения, диаметра резьбы, длины болта, мелкого шага, полей допуска резьбы, указаний о применении материала, класса прочности или группы, вида покрытия и номера размерного стандарта.Класс точности резьбы 3, крупный шаг резьбы, исполнение 1, вид покрытия 00 в обозначении не указываются.

При отвинчивании гайка движется вниз и сила трения в резьбе F_Tр = F_Nfменяет направление 18.12, Ве­личина и направление окружной силы F_tв этом случае зависят от соотношения углов трения φ и подъема винтовой линии ψ. Если ψ < φ, то сила F_t = Ftg(φ - ψ) направлена влево и определяет момент F_td₂/2 отвинчивания гайки. При φ < ψ) гайка отвинчивается без приложения внешних сил, aF_t— сила, которую нужно прило­жить, чтобы удержать гайку от самоотвинчивания.Распределение нагрузки между витками резьбы

Задача о распределении нагрузки по виткам резьбы являет­ся статически неопределимой и для ее решения рассматри­вают условие совместности деформаций тела винта и гайки. Нам представлен результат решения этой задачи проф.Жуковским для случая десяти рабочих витков в предположении точного изготовления резьбы.Как видно, пер­вый виток резьбы передает 34% всей нагрузки, второй — око­ло 23%, а десятый— меньше 1%.Поэтому стандартом преду­смотрена высота гайки Н = 0,8d. Изменить характер распре­деления нагрузки по виткам резьбы можно с помощью конст­руктивных мер, что особенно важно в соединени­ях, работающих при циклических нагрузках.

41.Резьбовые соединения:момент завинчивания,КПД и условие самоторможения.

Основные средства стопорения можно разделить на две группы:стопорные устройства, в которых создается допол­нительное трение – фрикционное стопорение; стопорные устройства со специальными запирающими элементами -позитивноестопорение.Наибольшее применение полу­чили пружинные шайбы, обеспечивающие благодаря упругости шайбы постоянство сил трения при колеба­ниях осевой нагрузки; Ана­логичный эффект достигается при использовании стопорных пружинных шайб с несколькими отогнутыми лепестками. Стопорение пружинными шайбами не всегда на­дежно.При малых колебаниях нагрузки или их отсутствии полу­чили распространение самоконтрящиеся гайки с завальцованными полиамидными стопорными кольцами в которых резьбу не нарезают. Она образуется при навинчива­нии на винт, при этом возникают силы трения между кольцом и резьбой винта. Вторая группа стопорных устройств основана на использо­вании деформируемых деталей.Наибольшее рас­пространение получили шплинты,применяемые в сочетании с прорезными гайками, и шайбы с лапками,отгибаемыми после затяжки гайки на боковые поверхности. В групповых резьбовых соединениях, подверженных боль­шим вибрациям, гайки стопорят обвязкой проволокой через отверстия с натяжением проволоки в сто­рону затягивания винта.Расчет на прочность при постоянной нагрузкеТак как размеры стандартных болтов, винтов и шпилек отвечают условию равнопрочности по критериям, соответствующим указанным разрушени­ям, то обычно их расчет ограничивается расчетом по одному основному кри­терию работоспособно­сти—прочностина­резаннойчастистер­жня на растяжение. При этом определяют рас­четный диаметр резьбы Длину болта, винта и шпильки выбирают в за­висимости от толщины со­единяемых деталей. Остальные размеры деталей резь­бового соединения (гайки, шайбы и др.) принимают исходя из диа­метра резьбы, по стандарту.Болт нагружен только внешней растягивающей силой F(без начальной затяжки). Расчет сводится к определению расчетного диаметра d_ррезьбы из условия прочности на растя­жение: откуда где —допускаемое напряже­ние на растяжение для болта. В этом случае нагружения для болтов из углеродистой стали рекомендуется Болтовое соединение нагружено осевой силой 1. БолтзатянутсилойF₀ безвнешнейосевой нагрузки. Стержень болта испытывает совмест­ное действие растяжения и кручения, т. е. растягива­ется осевой силой F₀от затяжки болта и скручивается моментом, равным моменту сил трения в резьбе T_р.

Нормальное напряжение от осевой силы F₀ Касательное напряжение, вызванное моментом T_Р Прочность болта определяют по . Вычисления показывают, что для стандартных метрических резьб

формула проверочного расчета Таким образом, расчет болта на совместное действие растяжения и кручения можно заменить расчетом на растяжение, но по увеличенной в 1,3 раза силе F₀Формула проектировочного расчета Требуемое значение осевой силы F₀выбирают по условиям герметичности и отсутствия смятия деталей в стыке.

2. Болт затянут с дополнительной осе­вой нагрузкой.

Сила F_б— суммарная нагрузка на затянутый болт:F_б =F_o +χF. Сила F_д— остаточная сила затяжки от одного болта:

F_д = F_o – (1- χ) F,где χ — коэффициент внешней нагрузки, показы­вающий, какая часть внешней нагрузки Fвосприни­мается болтом.для соединений стальных и чугунных де­талей без упругих прокладок χ = 0,2-0,3; для соединений тех же деталей, но с упругими прокладками (резина.) χ = 0,4-0,5.Из условия сохранения плотности стыка соединяемых деталей F_o = K_з (1 – χ) F,

где K_з— коэффициент запаса предварительной затяж­ки; в соединениях без прокладок при постоянной нагрузке K_з =1,25 -2; при переменной —K_з = 2,0 - 4. По условиям герметичности в соединениях с проклад­ками коэффициент K_з рекомендуется повышать до 5 [6].

F_б = K_з (1 – χ)F + χF.В расчете на прочность влияние крутящего момен­та при затяжке учитывается коэффициентом 1,3, который вводится в формулу. Если болт затягивается только предварительно, то значение крутящего момента пропорционально F₀и коэффи­циент 1,3 необходимо отнести к первому слагаемому формулы, а расчетная сила затяжки болта будетF_р=(1,3 K_з (1- χ) + χ) F

Если болт под нагрузкой затягивается дополни­тельно, то значение крутящего момента пропорцио­нально F_б, т. е. коэффициент 1,3 относят к суммарной нагрузке на затянутый болт:F_р =1,3(K_з (1- χ) + χ) F.Болтовое соединение нагруже­но поперечной силой.1. Болт поставленсзазоромПредварительная за­тяжка болта обязательна. Она должна обеспечить прижатие де­талей соединения силой F₀, до­статочной для создания силы трения fF₀между ними, исключающей сдвиг деталей. гдеК=1,4 -2— коэффициент запаса по сдвигу дета­лей; i= 1...2 — число стыков, т.е. плоскостей; f=0,15 -0,20 — коэффициент трения для чугунных и стальных деталей; z— число болтов. Прочность болта оценивается эквивалентным напряжением

2. Болтпоставлен беззазора. За­тяжка болта не требуется. Болт испытывает срез и смятие. Диаметр стержня болта d₀больше диаметра нарезаемой части на 1 -1,5 мм. Это предохраня­ет резьбу от смятия.

Формулы проверочного и проектировочного рас­четов болта на срез: где i= 1 -2 — число плоскостей среза; z — число болтов.проверочного расчета на смятие: где δ — наименьшая толщина соединяемых деталей, передающих нагрузку в одну сторону.