Резьбовые соединения. Классификация резьб. Геометрические параметры резьбы. Основные типы резьб, страница 3

Рис. 5.8. Крепёжные изделия

Основным преимуществом соединения болтами является то, что не требуется нарезать резьбу в соединяемых деталях (рис. 5.8, а), когда они имеют относительно небольшую толщину. Соединение позволяет многократную сборку и разборку. Однако обе соединяемые детали должны иметь места для расположения гайки или головки винта, что увеличивает массу изделия и ухудшает его внешние очертания. А при завинчивании гайки требуется удерживать головку винта от проворачивания.

Винты и шпильки (рис. 5.8, б, в) применяют в тех случаях, когда постановка болта невозможна или нерациональна. Например, когда нет места для размещения головки болта либо когда нет доступа к гайке (головке болта) при большой толщине изделий. Подкладную шайбу (рис. 5.8, а) ставят под гайку или головку болта (винта) для:

1) уменьшения смятия детали, если деталь изготовлена из менее прочного материала;

2) предохранения чистых поверхностей деталей от царапин при завинчивании;

3) перекрытия большого зазора отверстия.

В других случаях ставить простую шайбу нецелесообразно (ставят пружинную шайбу).

5.6. Способы стопорения

Крепёжные резьбы являются самотормозящими, так как угол подъёма резьбы больше угла трения. Однако при вибрациях, носящих систематический или случайный характер, резьбовые соединения часто «теряют» напряжение предварительной затяжки в результате смятия микронеровностей на рабочих поверхностях резьбы, а также из-за самоотвинчивания. Вибрация понижает трение и нарушает условие самоторможения в резьбе. На практике применяют три основных способа стопорения:

1) повышение трения в резьбе путем постановки контргайки, пружинной шайбы (рис. 5.9) и другими способами;

 

  Рис. 5.9. Стопорение повышением трения           Рис. 5.10. Постановка шплинта

2) жёсткое соединение гайки со стержнем винта с помощью шплинта (рис. 5.10) или соединение головок группы винтов проволокой (рис. 5.11);

 

      Рис. 5.11. Стопорение проволокой                    Рис. 5.12. Стопорная планка

3) жёсткое соединение гайки с соединяемой деталью с помощью специальной шайбы или планки (рис. 5.12).

NB 5.3. Стопорение резьбовых деталей – необходимое условие безопасной работы машины. 

5.7. Теория винтовой пары

5.7.1. Силовые соотношения и КПД

При нагружении винта осевой силой F_a (рис. 5.13) для завинчивания гайки к ключу необходимо приложить момент Т_к, определяемый как сумма моментов трения в резьбе Т_р и на опорном торце гайки Т_Т:

Т_к = Т_р + Т_Т.                                                (5.5)

 

Рис. 5.13. Схема к определению момента трения

Для определения момента Т_T принимают силу трения приложенной посередине кольца, образованного отверстием под болт  и наружным диаметром гайки  (размер под ключ). При этом

,                                   (5.6)

где   - осевая нагрузка;

f – коэффициент трения на торце гайки.

Момент трения в резьбе определяют, рассматривая гайку как ползун, поднимающийся по виткам резьбы, как по наклонной плоскости. При завинчивании (рис. 5.14, а), то есть при подъёме по наклонной поверхности, на ползун кроме осевой силы  действует окружная сила F_t:

.                                                     (5.7)

 

Рис. 5.14. Силы в резьбовой паре

Реакция , действующая на ползун, направлена противоположно равнодействующей F_n сил  и F_t  и отклоняется от нормали к наклонной поверхности на угол трения  в сторону, противоположную движению ползуна. Из прямоугольного треугольника находят:

.                                                (5.8)

С учетом формулы (5.7) находят момент трения в резьбе при завинчивании:

.                                               (5.9)

Момент на ключе при завинчивании с учётом формулы (5.5):

.                 (5.10)

При отвинчивании гайки окружная сила F_tо и силы трения меняют направление (рис. 5.14, б). При этом получают:

.                                       (5.11)

Момент трения в резьбе при отвинчивании определяют из формул (5.7) и (5.11):

.                                          (5.12)

Если ψ < φʹ, то сила F_t  направлена влево, как на рис. 5.14, б. При  ψ > φʹ гайка отвинчивается без приложения внешних сил, а F_t – это сила, которую необходимо приложить, чтобы удержать гайку от самоотвинчивания.

NB 5.5. При затяжке болтового соединения  стержень винта не только растягивается силой F_а , но и скручивается моментом Т_РЗ.

Формула (5.12) позволяет рассчитать отношение осевой силы винта к силе, приложенной на ручке ключа F_K. Для метрических резьб при стандартной длине ключа l » 15d (рис. 5.13) и коэффициенте трения f = 0,15 отношение F_а/F_K = 70 …80. Следовательно, рабочий, приложив к ключу силу в 200 Н, создает осевое усилие в 15 кН.