Особенности резьбовых и шпоночных соединений

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Общие сведения о резьбовых соединениях

Резьбовые соединения являются наиболее распространенными разъемными соединениями. Их создают болты, винты, шпильки, гайки и другие детали, снабженные резьбой. Основным элементом резьбового соединения является резьба, которая получается путем прорезания на поверхности деталей канавок по винтовой линии. Винтовую линию образует гипотенуза прямоугольного треугольника при навертывании на прямой круговой цилиндр.

Если плоскую фигуру (треугольник, трапецию и т.п.)перемещать по винтовой линии так, чтобы её плоскость при движении всегда проходила через ось винта, то эта фигура образует резьбу соответствующего профиля.

2. Классификация резьб

В зависимости от формы поверхности, на которой образуется резьба, различают цилиндрические и конические резьбы.

В зависимости от формы профиля резьбы делятся на пять основных типов: треугольные, упорные, трапецеидальные, прямоугольные и круглые.

В зависимости от направления винтовой линии резьбы бывают правые и левые). У правой резьбы винтовая линия поднимается слева вверх направо. Левая резьба имеет ограниченное применение.

В зависимости от числа заходов резьбы делятся на однозаходные и многозаходные.

Многозаходные резьбы получаются при перемещении по винтовым линиям нескольких рядом расположенных профилей. 3аходность резьбы легко определить с торца винта по числу сбегающих витков. Как правило, все крепежные резьбовые детали имеют однозаходную резьбу.

В зависимости от назначения резьбы делятся на крепёжные и для передачи движения. Крепежные резьбы применяют в резьбовых соединениях; они имеют треугольный профиль, который характеризуется:

а) большим трением, предохраняющим резьбу от само отвинчивания; б) высокой прочностью; в) технологичностью.

Резьбы для передачи движения применяются в винтовых механизмах и имеют трапецеидальный (реже прямоугольный) профиль, который характеризуется меньшим трением.

3. Геометрические параметры резьбы

Основными геометрическими параметрами цилиндрической резьбы являются (рис. 1):

Рис. 1

d - наружный диаметр номинальный диаметр резьбы;

d1-внутренний диаметр резьбы;

d2 - средний диаметр резьбы, то есть диаметр воображаемого цилиндра, на котором ширина витка равна ширине впадины;

S-шаг резьбы, т. е. расстояние между одноименными сторонами двух соседних витков в осевом направлении;

S1-ход резьбы, т. е. расстояние между одноименными сторонами одного и того же витка в осевом направлении;

для однозаходной резьбы S1=S,

для многозаходных резьб:

S1=zS,

где z-число заходов;

б - угол профиля резьбы;

л - угол подъема резьбы т. е. угол, образованный винтовой линией по среднему диаметру резьбы и плоскостью, перпендикулярной к оси винта;

4. Основные типы резьб

Метрическая резьба. Это наиболее распространенная из крепежных резьб. Имеет профиль в виде равностороннего треугольника, следовательно, б = 60°. Вершины витков и впадин притупляются по прямой или дуге, что уменьшает концентрацию напряжений, предохраняет резьбу от повреждений, а также удовлетворяет нормам техники безопасности. Радиальный зазор в резьбе делает ее не герметичной.

По ГОСТ 9150-59 метрические резьбы делятся на резьбы с крупным и мелким шагом. В качестве основной крепежной применяют резьбу с крупным шагом, так как она менее чувствительна к износу и неточностям изготовления. Резьбы с мелким шагом различаются между собой коэффициентом измельчения, т. е. отношением крупного шага к соответствующему мелкому шагу. Резьбы с мелким шагом меньше ослабляют деталь и характеризуются повышенным самоторможением, так как при малом шаге угол подъема винтовой линии л мал. Мелкие резьбы применяются в резьбовых соединениях, подверженных переменным и знакопеременным нагрузкам, а также в тонкостенных деталях (на деталях из пластмасс метрическая резьба изготовляется по ГОСТ 11709-66.).

Дюймовая резьба (1 дюйм равен 25,4 мм).. Имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине б=55°. Применяется только при ремонте деталей импортных машин. Изготовляется по ОСТ НКТП 1260.

Трубная резьба. Трубная цилиндрическая резьба является мелкой дюймовой резьбой, но с закруглёнными выступами и впадинами. Отсутствие радиальных зазоров делает резьбовое соединение герметичным. Применяется для соединения труб. Изготовляется по ГОСТ 6357-52.

Высокую плотность соединения дает трубная коническая резьба (ГОСТ 6211-69).

Трапецеидальная резьба. Это основная резьба в передаче винт-гайка. Ее профиль равнобочная трапеция с углом б = 30°. Характеризуется небольшими потерями на трение, технологична. К.п.д. выше, чем для резьб с треугольным профилем. Применяется для передачи реверсивного движения под нагрузкой (ходовые винты станков и т.п.).

Упорная резьба. Имеет профиль в виде не равнобочной трапеции с углом 27°. Для возможности изготовления резьбы фрезерованием рабочая сторона профиля имеет угол наклона 3°. К.п.д. выше, чем у трапецеидальной резьбы. Закругление впадин повышает усталостную прочность винта. Применяется в передаче винт-гайка при больших односторонних осевых нагрузках (грузовые винты прессов, домкратов и т. д.). Изготовляется по ГОСТ 10177-62.

Прямоугольная резьба. Профиль резьбы квадрат. Из всех резьб имеет самый высокий к.п.д., так как угол профиля резьбы, б=0. Обладает пониженной прочностью. При износе образуются осевые зазоры, которые трудно устранить. Имеет ограниченное применение в малонагруженных передачах винт - гайка.

Круглая резьба. Профиль резьбы состоит из дуг, сопряжённых короткими прямыми линиями. Угол профиля б=30о. Резьба характеризуется высокой динамической прочностью. Стандарта нет. Имеет ограниченное применение при тяжелых условиях эксплуатации в загрязненной среде. Технологична при изготовлении отливкой, накаткой и вылавливанием на тонкостенных изделиях.

5. Способы изготовления резьб. Конструктивные формы резьбовых соединений

Способы изготовления резьб. Существует два основных способа изготовления резьб: нарезанием и накатыванием.

Нарезание резьб осуществляется резцами, гребенками, плашками, метчиками, резьбовыми головками, фрезами.

Накатывание резьб осуществляется гребенками или роликами на резьбонакатных автоматах путем пластической деформации заготовки. Этот способ высоко производителен, применяется в массовом производстве при изготовлении стандартных крепежных деталей. Накатанные резьбы имеют повышенную прочность.

Конструктивные формы резьбовых соединений. Основными резьбовыми соединениями являются соединения болтами, винтами и шпильками.

Болтовые соединения наиболее простые и дешевые, так как не требуют нарезания резьбы в соединяемых деталях. Применяются для скрепления деталей небольшой толщины, а также деталей, материал которых не обеспечивает достаточной прочности резьбы.

Соединения винтами применяются для скрепления деталей, одна из которых имеет большую толщину. В отличие от болта винт ввинчивается в резьбовое отверстие детали, гайка отсутствует.

Соединения шпилькам применяются тогда, когда по условиям эксплуатации требуется частая разборка соединения деталей, одна из которых имеет большую толщину.

Применение винтов в данном случае привело бы к преждевременному износу резьбы детали при многократном отвинчивании и завинчивании. Шпильку ввинчивают в деталь при помощи гайки, навинченной поверх другой гайки или при помощи шпильковерта.

6. Стандартные крепёжные детали

шпонка цилиндрический резьба крутящий

Многочисленными стандартами предусмотрены различные геометрические формы и размеры болтов, винтов, шпилек, гаек и шайб.

Болты и крепежные винты. Различают следующие основные типы болтов и винтов.

В зависимости от формы головки болты и винты бывают с шестигранными, полукруглыми, цилиндрическими, потайными и другими головками. Форму головки выбирают в зависимости от необходимого усилия затяжки, пространства для поворота ключа, внешнего вида и т. д.

Болты и винты с шестигранными головками применяют чаще других, так как они допускают большое усилие затяжки, и требуют небольшого поворота ключа (1/6 оборота) до перехвата.

В зависимости от формы стержня болты и винты бывают:

- с нормальным стержнем;

- с подголовком;

- с утолщенным, точно обработанным стержнем для постановки без зазора в отверстие из-под развертки;

- со стержнем уменьшенного диаметра не нарезанной части для повышения упругой податливости и выносливости при динамических нагрузках.

В зависимости от точности изготовления болты и винты бывают нормальной и повышенной точности.

В зависимости от назначения болты и винты бывают общего назначения, установочные и специальные.

Установочные винты применяют для фиксации положения деталей. По форме головок и концов они разделяются на большое число типов.

К специальным болтам относятся фундаментные, болты конусные для отверстий из-под развертки, грузовые винты и многие другие.

Шпильки. Шпильки изготовляют по ТОСТ 11765--66 без проточки и с проточкой. В зависимости от материала детали глубина завинчивания шпилек в гнездо различная.

Для чугунных деталей применяют шпильки с глубиной завинчивания l1=1,35d (тип I), для стальных l1?d (тип II).

При динамических нагрузках прочность шпилек выше, чем болтов.

Гайки. Различают гайки нескольких основных типов. В зависимости от формы гайки бывают шестигранные, круглые, гайки-барашки и др. Наиболее распространены шестигранные гайки. Круглые гайки применяют для фиксации деталей при малых осевых нагрузках.

В зависимости от высоты шестигранные гайки бывают нормальные, высокие и низкие. Высокие гайки применяют при частых разборках и сборках для уменьшения износа резьбы. Прорезные и корончатые гайки также выполняют высокими.

В зависимости от точности изготовления шестигранные гайки, аналогично болтам, бывают нормальной и повышенной точности.

Шайбы. Шайбы подкладываются под гайки; они служат для предохранения деталей от задиров и увеличения опорной поверхности. Шайбы бывают точеные и штампованные. Имеется большая группа стандартных стопорных шайб, которые применяют для предохранения резьбовых соединений от самоотвинчивания.

7. Способы стопорения резьбовых соединений

Все стандартные резьбы удовлетворяют условию самоторможения, так как их угол подъема резьбы л значительно меньше угла трения с. Однако практика эксплуатации машин показала, что при динамических нагрузках происходит само отвинчивание гаек и винтов. Существуют многочисленные средства стопорения резьбовых соединений, которые основаны на следующих основных принципах:

1. Стопорение дополнительным трением в резьбе при помощи контргаек, пружинных шайб и т. п. При стопорении контргайкой, дополнительное трение в резьбе возникает за счет упругих сил растянутого участка болта между гайками.

В настоящее время контргайки применяются редко из-за двойного расхода гаек и отсутствия надежности стопорения.

Пружинные шайбы представляют один виток цилиндрической винтовой пружины с квадратным сечением и заостренными краями. Вследствие большой упругости они поддерживают натяг в резьбе. Острые края шайбы, врезаясь в торцы гайки и детали, препятствуют само отвинчиванию гайки.

2. Стопорение фиксирующими деталями, т. е. шплинтами, проволокой, различными стопорными шайбами с лапками, которые отгибают после завинчивания гаек или винтов.

3. Стопорение приваркой или пластическим деформированием: расклепыванием, кернением. Применяются, когда соединение не требует разборки.

4. Стопорение с помощью паст и лаков.

8. Материалы резьбовых деталей

При выборе материала для резьбовых деталей учитывают величину и характер нагрузки, условия работы, способ изготовления. Стандартные крепежные резьбовые детали общего назначения изготовляют из мало- и среднеуглеродистых сталей Ст. 3, Ст. 4, 10, А12, 20, 35 и др. Эти стали в условиях массового производства позволяют изготовлять резьбовые детали методом холодной штамповки с последующей накаткой резьбы. Они хорошо обрабатываются резанием. Легированные стали 35Х, ЗОХГСА применяют для весьма ответственных винтов, болтов, шпилек и гаек.

Резьбовые изделия, подверженные действию воды или других окислительных сред, оксидируют, омедняют, оцинковывают и т. п. для повышения коррозионной стойкости. В настоящее время для резьбовых деталей применяют также неметаллические материалы (нейлон, полиамид и др.).

9. Применение резьбовых соединений

Случай 1. Болт нагружен осевой растягивающей силой. Гайка завинчивается, но не затягивается. Последующая затяжка болта отсутствует.

Примером служит болтовое соединение грузовой скобы.

Случай 2. Винт нагружен осевой растягивающей силой. Гайка завинчивается, но не затягивается. Затягивание резьбы производится под нагрузкой.

Примером является резьбовое соединение винтовой стяжки. В период подтягивания под нагрузкой винт испытывает растяжение и кручение.

Случай 3. Болтовое соединение нагружено поперечной силой.

В этом соединении болт ставится с зазором в отверстия деталей. При затяжке болта на стыке деталей возникают силы трения, которые препятствуют относительному их сдвигу.

Для разгрузки болтов от поперечной силы применяют различные замки, втулки, штифты и др. Роль болта в таких случаях сводится к обеспечению плотного соприкосновения деталей.

Для уменьшения диаметров болтов применяют также точеные (калиброванные) болты, устанавливаемые в отверстия из под развертки. Они могут быть цилиндрическими или конусными. Эти болты работают на срез, как штифты.

Случай 4. Болтовое соединение предварительно затянуто при сборке и нагружено внешней осевой растягивающей силой.

Этот случай соединения часто встречается в машиностроении для крепления крышек цилиндров, подшипниковых узлов и т. п.

Случай 5. Болтовое соединение предварительно затянуто при сборке и нагружено внецентренной растягивающей силой.

В этом соединении применяют болты с костыльной головкой.

При конструировании любого резьбового соединения принимают меры, устраняющие перекосы опорных поверхностей под головку болта и гайку во избежание внецентренного нагружения: черные поверхности деталей под гайки и головки цекуют, приливы (бобышки) фрезеруют, а в отдельных случаях применяют косые шайбы.

10. Шпоночные соединения

Шпонкой называется деталь, устанавливаемая в пазах соединяемых деталей для предотвращения их относительного перемещения при передаче крутящего момента. Преимущественно применяются при соединении валов со ступицами вращающихся деталей.

Стандартами предусмотрено изготовление призматических, клиновых и сегментных шпонок.

Клиновые шпонки рекомендуются для неподвижных соединений с обязательным выходом шпоночного паза на торце вала. Сегментные шпонки используются только для неподвижных соединений. Призматические шпонки применяются на валах и втулках подвижных соединений.

Размещено на Allbest.ru