Комплексное конструкторско-технологическое повышение эксплуатационных характеристик резьбовых соединений

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Пензенский государственный университет

Комплексное конструкторско-технологическое повышение эксплуатационных характеристик резьбовых соединений

Воячек Игорь Иванович, доктор технических наук,

профессор кафедры «Технология машиностроения»

Кочетков Денис Викторович, кандидат технических

наук, доцент кафедры «Теоретическая и прикладная

механика и графика»

Фадеев Никита Александрович, магистрант

Аннотация

В статье представлены результаты комплексного конструкторско-технологического повышения эксплуатационных характеристик резьбовых соединений. Установлено, что применение конструкции гайки с кольцевой выточкой и технологии сборки резьбового соединения с использованием анаэробных материалов обеспечивает более равномерное распределение нагрузки между витками и существенное увеличение прочности резьбовых соединений.

Ключевые слова: анаэробные материалы, гайка с кольцевой выточкой, Метод конечных элементов, распределение нагрузки, резьбовые соединения, технология сборки, эксплуатационные характеристики

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Взаимосвязь конструкторской и технологической подготовки производства приводит к тому, что повышение эффективности технологического обеспечения невозможно без оптимального конструирования и наоборот, то есть необходимо осуществлять комплексное конструкторско-технологическое проектирование соединений.

В настоящее время установлены факторы, влияющие на эксплуатационные свойства резьбовых соединений (РС), и разработан целый ряд конструкторских и технологических способов повышения функциональной надежности РС.

Существенное влияние на эксплуатационные характеристики РС оказывают схема нагружения соединения, равномерность распределения нагрузки по виткам, уровень концентрации местных напряжений, усилие затяжки, технология и точность изготовления резьбовых деталей, наличие и вид покрытий, и другие факторы.

Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструкции специальных гаек, выравнивающих распределение нагрузки в резьбе, за счет управления податливостью деталей и витков резьбы (рисунок 1) [1]. Однако в литературе не приводятся численные данные о равномерности распределения нагрузки по виткам резьбы для данных соединений.

гайка кольцевой резьба анаэробный

Рисунок 1. Конструкции гаек выравнивающих нагрузки в резьбе а) висячая гайка; б) гайка с кольцевой выточкой; в) гайка со срезанными вершинами нижних витков резьбы

В то же время, разработаны эффективные технологические методы обеспечения эксплуатационных свойств РС, среди которых наиболее перспективным является управление контактным взаимодействием сопрягаемых деталей, например, за счет введения в зону контакта анаэробных материалов (АМ), что, как показывают проведенные исследования, позволяет комплексным образом обеспечить качество РС без существенного увеличения затрат. Установлено, что применение АМ позволяет обеспечить более равномерное распределение и уменьшение нагрузки на витки в резьбовом соединении [2-6].

В настоящей работе, методом конечных элементов, исследуется комплексное влияние конструкции гайки с кольцевой выточкой (рисунок 1,б) и технологии сборки с применением АМ на распределение нагрузки между витками резьбы, и упрочнение РС.

На рисунке 2 представлены расчетные модели РС с гайкой, имеющей кольцевую выточку и без нее.

Рисунок 2 Расчетные модели резьбовых соединений а) РС с гайкой, имеющей кольцевую выточку, б) РС с гайкой без кольцевой выточки

Расчет проводился при следующих исходных данных: резьбовое соединение - М10 - 6H/6g (средний зазор посадки по среднему диаметру - ); наружный, внутренний и средний диаметры резьбы - , , ; шаг резьбы - ; угол профиля резьбы - ; материал болта - сталь 45Х (, ) и гайки - сталь 35Х (, ).

К РС прикладывалась внешняя нагрузка . Коэффициент трения () в зоне контакта резьбовых деталей задавался:  - при сборке с АМ,  - при сборке без АМ. Глубина кольцевой выточки на гайке изменялась от 1,5 до 3 мм, при общей высоте гайки 8,5 мм.

Результаты расчета представлены на рисунке 3, где показана доля нагрузки, приходящаяся на каждый виток .

Рисунок 3 Распределение нагрузки по виткам резьбы1 - гайка без кольцевой выточки и РС, собранное без АМ (); 2 - гайка без кольцевой выточки и РС, собранное с АМ (); 3 - гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 1,5 мм) и РС, собранное без АМ (); 4 - гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 3 мм) и РС, собранное без АМ (); 5 - гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 1,5 мм) и РС, собранное с АМ (); 6 - гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 3 мм) и РС, собранное с АМ ()

Результаты расчета (рисунок 3) показывают, что нагрузка на первый виток в РС, собранном с применением АМ, уменьшается на 36,23% (кривая 1 и кривая 2). При использовании гайки с кольцевой выточкой нагрузка на первый виток уменьшается на 55,61% (глубина выточки 1,5 мм) (кривая 1 и кривая 3) и на 52,42% (глубина выточки 3 мм) (кривая 1 и кривая 4).

При одновременном применении для выравнивания нагрузки гайки с кольцевой выточкой и АМ, нагрузка на первый виток уменьшается на 71,8% (гайка с кольцевой выточкой 1,5 мм и РС, собранное с АМ) (кривая 1 и кривая 5) и на 68,4% (гайка с кольцевой выточкой 3 мм и РС, собранное с АМ) (кривая 1 и кривая 6). Кроме того, часть эксплуатационной нагрузки воспринимается АМ, находящимся в пустотах зоны контакта (до 40%), что дополнительно разгружает витки РС.

Таким образом, сборка РС с применением АМ и с гайкой, имеющей кольцевую выточку, обеспечивает более равномерное распределение и одновременное уменьшение нагрузки на витки, что приводит к существенному увеличению прочности РС. Данный комплексный эффект необходимо учитывать при конструкторско-технологическом проектировании, создавая оптимальные и надежные резьбовые соединения.

Библиографический список

1. Биргер И.А. и др. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1993. - 640 с.: ил.

2. Воячек И.И., Кочетков Д.В. Влияние анаэробных материалов на распределение нагрузки в резьбовом соединении // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2010. - № 6. - С. 34-40.

3. Воячек И.И., Кочетков Д.В. Повышение функциональных характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2009. - № 6. - С. 37-40.

4. Воячек И.И., Кочетков Д.В., Пшеничный О.Ф. Распределение нагрузки в резьбовом соединении типа стяжки при сборке с анаэробными материалами // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM : сборник статей X Международной научно-практической конференции. - Пенза: Приволжский Дом знаний, 2016. - С. 8-13.

5. Воячек И.И., Артемов И.И., Кочетков Д.В., Воячек Л.Г., Тразанов А.В. Способ получения резьбового соединения. Патент на изобретение, № 2413099 РФ; зарег. 27.02.11.

6. Воячек И.И., Кочетков Д.В. Методика и результаты экспериментальных исследований жесткости резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2015. - № 1 (13). - С. 119-125.

Размещено на Allbest.ru