Краткие теоретические сведения

Критерии работоспособности и расчет резьбовых соединений

Опыт эксплуатации машин, аппаратов и приборов показал, что отказы соединений обычно происходят из-за разрушения резьбовых деталей и разгерметизации (раскрытия) стыков.

Разрушение соединений, выполненных стандартными деталями происходит, как правило, из-за поломки болтов и шпилек по резьбовой части. Реже встречаются поломки болтов под головкой и срез витков резьбы в гайке (корпусе) и на болте (винте, шпильке).

Потеря плотности стыков происходит, как правило, из-за недостаточной силы предварительной затяжки резьбовых соединений.

Таким образом, прочность резьбовых деталей и плотность соединения являются основными критериями работоспособности резьбовых соединений.

При всем многообразии конструкций резьбовых соединений и действующих на них внешних нагрузок (силы, моменты) в подавляющем большинстве расчет ведут по одной из трех расчетных схем одиночного соединения:

1. Болт (винт) установлен в отверстиях соединяемых деталей без зазора по посадке в отверстие (рис. 1.1, а);

2. Болт (винт) установлен в отверстия соединяемых деталей с зазором (рис. 1.1, б);

3. При действии внешней нагрузки, перпендикулярной стыку (рис. 1.2).

Рисунок 4.1 – Установка болта в отверстие соединяемых деталей:

без зазора (а), с зазором (б)

 

Рисунок 4.2 – Резьбовое соединение при действии внешней нагрузки, раскрывающей стык, выполненное шпилькой (а) и винтом (б)

Порядок проведения работы

4.5.1 Рассчитываем резьбовое соединение при установке резьбовой детали (болт, винт или шпилька) в отверстие соединяемых деталей с зазором (рис. 1.1, б)

4.5.2 Изучили задание и записали исходные данные согласно варианту в таб.1.;

№ вар.	Внешняя нагрузка	Материал соединяемых деталей	Способ контроля затяжки	Кол-во соедин. деталей	Тип
Величина F, Н	Характер изменения
		Перемен.	Чугун	Нет		Болт

Таблица 1. Исходные данные

 

4.5.3 Выбраем класс прочности и материал болта (винта, шпильки) и гайки (приложение 1).

Результаты оформили в таблицу 2.

 

Таблица 2. Механические характеристики деталей

Болт (Винт, шпилька)	Гайка	Твердость, HB
Класс прочности	Марка стали	Класс прочности	Марка стали
6,6				179-245

 

 

4.5.4 Определяем расчетную нагрузку на болт:

Н

где - требуемое усилие затяжки:

,

где =2; = 0,2

- число стыков соединяемых деталей;

- величина внешней нагрузки, Н (данные варианта).

Для исключения смещения деталей под действием внешней поперечной силы необходимо проверить выполнение условия:

,

10000 5000

где - сила трения на поверхностях стыка деталей,

.

4.5.5 Определяем допускаемые напряжения для болта:

,

МПа

где - предел текучести материала болта. Определяем из соотношения (см. примечание к приложению 1). = 600 – значение временного сопротивления. Таким образом = 0,6×600 = 360 МПа.

- допускаемый коэффициент запаса прочности: при неконтролируемой затяжке

,

 

 

где для болтов из углеродистых сталей;

 

4.5.6 Определяем диаметр стержня болта из условия прочности:

, отсюда

= мм,

где - внутренний диметр резьбы.

По ГОСТ 24705-81 (приложение 2) подбираеем ближайший больший и выписваем =24, =20,752, =22,051, =3 для выбранной резьбы.

4.5.7 По ГОСТ 5915-70 и ГОСТ 6402-70 (приложения 5, 6) выбраем гайку S=36, H=19, D=40,3 и шайбу d=24 d₀=24,5, S=b=6.

4.5.8 Назначаем толщины соединяемых деталей и прокладки, определяем длину крепежной детали:

Толщина соединяемых деталей

,

где - наружный диаметр резьбы.

Толщина прокладки

Длина стержня болта

где - суммарная толщина соединяемых деталей;

=6 - толщина шайбы;

=19 - высота гайки;

а – запасы резьбы болта на выходе из гайки, ;

С – высота фаски резьбового конца стержня, ;

=3,6 - толщина прокладки.

 

4.5.9 По полученному значению длины резьбовой детали выбраем ближайшую длину (см. приложения 4,5). L=60мм

 

 

4.5.10 Проводим проверочные расчеты.

 

4.5.11 Опредяем запас статической прочности

,

где - эквивалентные напряжения в стержне болта от растяжения и кручения,

,

где - осевая растягивающая сила;

- момент сил сопротивления в резьбе;

,

где - угол подъема резьбы,

,

где - угол трения, .

4.5.11 Определяем допускаемую осевую нагрузку из условия среза резьбы болта и гайки и сравнить ее с расчетной

,

,

где - высота гайки для соединений болтом и шпилькой (гаечный конец).

;

;

, - допускаемые напряжения на срез витков болта (винта, шпильки) и гайки (соединяемой детали, корпуса).

Для резьбы

- для сталей и титановых сплавов;

4.5.12 Разработали конструкцию соединения (рис 4.3):

Рисунок 4.3 – Болтовое соеденение

 

4.6 Вывод: Изучили конструкции и методы расчета на прочность резьбовых соединений

 

 

 

Список использованной литературы

1. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. 366 с.

2. Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1989. 469 с.

3. Курсовое проектирование деталей машин/ В.Н.Кудрявцев и др., под общей редакцией В.Н. Кудрявцева. Л.: Машиностроение, 1984. 400 с.