Контрольная работа: Резьбовые соединения

Показатель степени q зависит от материала, термообработки, вида напряжений, влияния условий эксперимента и т.д. Он колеблется от 4 до 20, и его значения рекомендуются в каждом конкретном случае расчета детали (узла).

Пределы выносливости материалов (кривые усталости) определяют на стандартных испытательных образцах . Образец – это гладкий цилиндрический стержень малого диаметра (например, 10 мм) со свободной полированной поверхностью без упрочнения и термообработки. Нет нужды доказывать, что реальные детали отличаются от образцов формой, наличием на поверхностях посадок и других концентраторов напряжений (резьба, пазы, шлицы, галтели и др.), размерами, термообработкой, шероховатостью. Все эти отличия влияют на прочность и обязательно должны учитываться при расчетах.

В общем случае предел выносливости детали при асимметричном цикле нагружения:

s_limD = 2s_-1 / [(1 – R ) K _{s D} / K_{L s} + y_{s D} (1 + R )], (1.2)

(t_limD – то же с заменой символов s на t),

где s_-1 – предел длительной выносливости образца при симметричном цикле нагружения, МПа; R – коэффициент асимметрии цикла; K _{s D} = (K _s /K_{d s} +1/K_{F s} – – 1) / K_V – коэффициент снижения предела выносливости при переходе от образца к реальной детали. Здесь K _s – эффективный коэффициент концентрации напряжений; K_{d s} – коэффициент влияния размеров детали; K_{F s} – коэффициент влияния качества (шероховатости) поверхности; K_V – коэффициент влияния поверхностного упрочнения (термообработки); y_{s D} – коэффициент влияния асимметрии цикла напряжений; K_{L s} = (N _limD / N_E )^{1/ q} – коэффициент долговечности детали (узла). Здесь N _limD – базовое число циклов детали ; N _Е – эквивалентное число циклов изменения напряжений:

N_E = S [(s_i / s_max )^q N_i ], (1.3)

где s_max – напряжение от длительно действующей максимальной нагрузки переменного режима; s_i и N_i – постоянное напряжение и соответствующее ему число циклов i -го постоянного блока циклограммы нагружения.

Коэффициенты в формуле (1.2) выбираются по справочникам.

1.4 Коэффициенты безопасности

Коэффициенты безопасности определяют по напряжениям s и t:

S _s = s_пред / s_max ³ [S _s ]; S _t = t_пред / t_max ³ [S _t ],

где при постоянных напряжениях предельными s_пред (t_пред ) являются предел текучести s_Т (t_Т ) – для пластичных материалов и временное сопротивление s_В (t_В ) – для хрупких материалов; при переменных напряжениях предельными являются пределы выносливости деталей s_limD , t_limD .

При совместном действии напряжений s и t находят общий коэффициент безопасности: S = S _s S _t / (S _s ² + S _t ² )^1/2 ³ [S ], где при постоянных напряжениях [S _Т ] = 1,3…2 – по пределу текучести s_Т ; [S _В ] = 2…2,4 – по пределу прочности s_В ; при переменных напряжениях [S ] = 1,5…2,5 – для пластичных и [S ] =

= 2,5…4 – для хрупких материалов.

2. Резьбовые соединения

2.1 Основные виды крепежных изделий

Резьба – это образование на поверхности детали выступов и впадин, идущих по винтовой линии. Резьбовое соединение имеет две детали: с наружной резьбой (винт) и с внутренней резьбой (гайка). Все резьбы стандартизованы .

Для соединения деталей применяют болты (винт с гайкой, рис. 2.1, а ), винты (рис. 2.1, б ) – вместо гайки резьба в одной из скрепляемых деталей и шпильки (рис. 2.1, в ) – стержень с двумя нарезанными концами (синтез болта с гайкой и винта: ввинчивание по плотной посадке в деталь).

Соединения винтами – самые прогрессирующие, особенно при отсутствии в узлах мест под гайки и при высоких требованиях к их массе и внешнему виду.

На рис. 2.1 указаны: d – номинальный (наружный) диаметр резьбы; l – длина болта, винта, шпильки; l ₀ – длина нарезанной части стержня под гайку; l ₁ – глубина завинчивания; l ₃ – выход стержня за гайку; = 6P – недорез резьбы; х = (2…2,5) Р – сбег резьбы; Н – высота гайки; Н ₁ , Н ₂ – толщины деталей; s – толщина шайбы; d_h – диаметр отверстия в деталях под стержень винта; Р – шаг резьбы.

По характеристикам статической прочности крепежные детали разделяют на классы прочности и группы .

Для стальных болтов, винтов и шпилек по ГОСТ 1759.4–87 предусмотрено 11 классов прочности : 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9 (цифры условно обозначим a .b ). Первое число а , умноженное на 100, представляет собой номинальное значение временного сопротивления s_В , МПа, материала резьбовой детали. Произведение a ×b ×10 – номинальное значение предела текучести s_Т , МПа. Второе число – b ×10 = s_Т / s_В % – степень пластичности материала. Например, болт класса прочности 6.8: s_В = 6×100 = 600 МПа; s_Т = 6×8×10 = 480 МПа; s_Т / s_В = 8×10 = 80%.

Для стальных гаек с высотой, равной или более 0,8d , по ГОСТ 1759.5–87 установлены 7 классов прочности : 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12. Число, умноженное на 100, показывает напряжение от испытательной (пробной) силы, МПа.

Существует правило, что разрыв в соединении должен быть по резьбе стержня болта . Отсюда число класса прочности гайки показывает наибольший класс прочности болта (первую цифру), с которым данная гайка может использоваться в соединении. Например, гайка класса прочности 5 может применяться с болтом класса прочности не выше 5.8.

Крепежные изделия в зависимости от условий эксплуатации могут быть изготовлены с защитным покрытием или без покрытия . Обозначение покрытий от 00 до 13 . Например, 00 – без покрытия; 01 – цинковое с хроматированием; 02 – кадмиевое с хроматированием; 05 – окисное; 12 – серебряное; 13 – никелевое.

2.2 Краткие сведения из теории резьбовой пары

1. Момент завинчивания и осевая сила на винте

Подавляющее большинство резьбовых соединений с предварительной затяжкой. Затяжка создается при сборке с целью, чтобы после приложения рабочей нагрузки не происходило раскрытия стыка или сдвига соединяемых деталей.