Краткие теоретические сведения. Критерии работоспособности и расчет резьбовых соединений
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.