11. Резьбовые соединения. Материалы и допускаемые напряжения.

Основной материал – конструкционные и легированные стали: типа Ст3, Ст5, Ст10, Ст15, Ст30, Сталь 30хГСА

Выбирают из характера нагрузки (статическая или переменная), способа изготовления и объемов производства.

Резьбовые детали сгруппированы с учетом их механических характеристик. Всего 12 классов.

3.6, 3.8, 5.8.

П ервая цифра умножается на 100 и показывает предел прочности в МПа (сигма в), а произведение первой цифры на вторую и на 10 – предел текучести (сигма т)

Допускаемое напряжение на растяжение

S = 1,5…4 – коэффициент запаса.

Ч ем меньше диаметр болта, тем больше S, т.к. легко сорвать резьбу при затяжке.

Допускаемое напряжение на смятие

Допускаемое напряжение среза (там не []_ср, а []_ср)

12-13. Момент завинчивания в резьбовых соединениях. Резьбовые соединения. Силы, возникающие в резьбе при завинчивании и отвинчивании гайки. Условия самоторможения.

М омент завинчивания Т_зав., который создается гаечным ключом, используется на преодоление моментов в резьбе Т_р и момента сил трения на торце гайки Т_т

Т_зав = Т_р + Т_т

Момент Т_р определяется из рассмотрения взаимодействия элемента витка резьбы гайки с витком резьбы винта.

Для упрощения анализа рассмотрим случай с прямоугольной резьбой.

F – осевая сила в винте.

F_t – окружная сила, приложенная к элементу гайки на ср. диаметре d2

F_R – сила, действующая на элемент гайки со стороны опорной поверхности

F_тр – сила трения, пропорциональна нормальному давлению FN и направлена в сторону противоположную движению гайки

φ = ( FR^FN) – угол трения

tgφ – коэффициент трения f

Сила F_t, определяющая момент в резьбе Т_р, находится из многоугольника сил.

Ft = Ftg(φ + )

 – угол наклона винтовой линии по среднему диаметру.

t g = P/(d²)

φ – угол трения, φ = arctgf

Соответствующий этой силе F_t момент Т_р определяется:

Т_р = F_td²/2 = 0,5Fd²tg( + φ)

Окружная сила в треугольной резьбе больше, чем в прямоугольной.

Для витка резьбы прямоугольного профиля F_t = Ff

Для витка резьбы треугольного профиля F_t = F_N1f = F / cos(/2) f = Ff₁

Где  - угол профиля резьбы

f₁=f / cos(/2) – приведенный коэффициент трения

φ₁ = φ /cos(/2) – приведенный угол трения

Таким образом, для треугольной резьбы:

F_t = Ftg(+φ₁)

T_p = 0,5Fd₂tg (+φ₁)

T_зав = Т_р + Т_т

Момент сил трения на торце гайки Т_т = Ff_тd_ср/2

d_ср = (а+d_o)/2

d_ср – диаметр опорной кольцевой поверхности

Т_т = Ff_т (a+d_o)/4

Т_зав = Т_р+Т_т = F [0,5d₂tg(+φ₁)+ f_т(a+d_o)/4]

Учитывая геометрическое подобие для метрической резьбы с крупным шагом приближенно можно принять:

Т_зав ~0,2Fd

Если учесть, что расчетная длина стандартного ключа = 14d

Т_зав = F_рабL_кл, F~70Fраб

При отвинчивании гайки, гайка движется вниз и сила трения меняет направление

Величина и направление F_t зависят от соотношения φ (φ₁) и .

Если  < φ₁ (а) => F_t = Ftg(φ - ) направлена влево и она определяет момент отвинчивания Т_отв = F_td₂/2

Если  > φ₁ (б) гайка отвинчивается без приложения внешних сил!!!

А сила Ft – сила, которую надо приложить, чтобы удержать гайку от отвинчивания.

Условие  < φ – условие самоторможения.

Все крепежные резьбы самотормозящиеся, однако, в конструкциях машин всегда используют специальные средства стопорения.

Объясняется это существенным снижением f между винтом и гайкой при вибрациях.