Конструкции резьбовых деталей и применяемые материалы

Основные резьбовые крепежные детали — болты, винты, шпильки, гайки, а также шайбы и устройства, предохраняющие резьбовые соединения от са­моотвинчивания, гаечные ключи.

3.8.Болтом (см. рис. 13.3, а) назы­вается резьбовое изделие цилиндриче­ской (или конической) формы, снабжен­ное на одном конце головкой, а на дру­гом резьбой, на которую навинчивается гайка. На рис. 13.3, б показан винт.

Рис. 13.3.

ний: Типы резьбовых соединение: а —болтовое; б — соединение

винтом; в — соединение шпилькой

Резьбовое изделие цилиндрической формы, снабженное на одном конце го­ловкой, а на другом резьбой (гайкой слу­жит деталь), называется винтом.

Болтами (рис. 13.3, а) скрепляют де­тали не очень большой толщины. Отвер­стия в соединяемых деталях выполняют несколько большего диаметра, чтобы можно было легко вставить болт, не повредив резьбы. С торца го­ловку болта обтачивают на конус (снимают фаску), чтобы срезать вершины углов призмы, которые могут создавать затруднения при захватывании ключом.

Резьбу у болтов накатывают или нарезают на заготовках, полученных горячей высадкой из прутка. Болты также изготовляют из фасонного прут­ка (шестигранного или другого профиля) на токарно-винторезных станках или автоматах.

Болты и винты находят широкое применение во всех отраслях маши­ностроения для получения разъемных соединений. Они стандартизованы.

13.10. Конструктивные формы болтов и винтов. По форме головки болты и винты бывают с шестигранной головкой (рис. 13.4, а), квадратной (рис. 13.4, б), цилиндрической (рис. 13.4, в), полукруглой (рис. 13.4, г), по­тайной (рис. 13.4, д) с углублением под шестигранный ключ (рис. 13.4, е) или специальную отвертку (рис. 13.4, ж). Имеются и другие конструкции головок.

Болты, как правило, имеют головку, захватываемую снаружи инстру­ментом — гаечным ключом, рис. 13.4, а, б, винты — специальным торцо­вым ключом (рис. 13.4, в—ж).

Концы болтов и винтов выполняют плоскими (рис. 13.5, а), с кониче­ской фаской (рис. 13.5, б) или сферическими (рис. 13.5, в).

Рис. 13.4. Виды болтов и винтов

Рис. 13.5. Конструктивные эле­менты болтов, винтов и шпилек

Винты, показанные на рис. 13.6, называются установочными. Их приме­няют для фиксации положения деталей и предотвращения их сдвига. Винты с плоским торцом (рис. 13.6, а) можно применять при малой толщине дета­лей; с коническим (рис. 13.6, б) и ступенчатыми (рис. 13.6, в, г) — для дета- леи, имеющих предварительное засверлива-ние. Установочные винты изготавливаются небольшой длины с резьбой по всей длине. Винты с засверленным концом (рис. 13.6, д) используют совместно с шариком).

Рис. 13.6.Установочные винты

13.11. Шпильки. На рис. 13.3, в, г пока­зана шпилька. Шпильки применяют, когда по конструктивным особенностям соедине­ний установить болт или винт нельзя.

Шпилька — резьбовое изделие цилинд­рической формы, имеющее с обоих концов резьбы, один конец которой (головка) ввинчивается в деталь, а на другой навин­чивается гайка. Резьбовое изделие, показан­ное на рис. 13.3, г, можно назвать бол­том-шпилькой.

Шпильки делят на два типа: с проточ­кой (рис. 13.7, а); без проточки, со сбегом резьбы на посадочном конце (рис. 13.7, б). Один конец шпильки ввинчива­ется в тело детали до отказа с затяжкой на сбег резьбы (шпилька ввинчива­ется, например, с помощью двух гаек, см. шаг 13.14, рис. 13.11, а). Диаметр резьбы на обоих концах шпильки, как правило, одинаков. Глубина ввинчи­вания /_ш зависит от материала детали, определяется по табл. 13.3.

Рис. 13.7.Конструкции шпилек

Таблица 13.3. Минимальная относительная длина завинчивания l_ш в корпус шпилек (винтов), изготовленных из различных материалов

ав стальной шпильки (винта), МПа	lw/d при материале корпуса (ств, МПа)
Сталь (300-400)	Дюралюминий (360-400)	Бронза (250-200)	Чугун (180-250)	Силумин (160-200)
400-500	0,8-0,9	0,8-0,9	1,2-1,3	1,3-1,4	1,4-2,0
900-1000	1,6-2,0	1,6-2,0	1,8-2,2	1,8-2,2	2,0-2,5

13.12. Гайки. Болты и шпильки снабжены гайками.

Гайки имеют различную форму. Наиболее распространены шестигран­ные гайки. На рис. 13.8 показаны шестигранные гайки, применяемые в ма­шиностроении: а — с одной фаской; б — с одной фаской и проточкой; в —

Рис. 13.8. Конструктивные формы гаек

прорезные; г — корончатые. У корончатых гаек для установки стопорных шплинтов выполнены прорези. Имеются и другие конструктивные разно­видности шестигранных гаек. Для крепления подшипников качения, руле­вого устройства в велосипедах, мотоциклах и других машинах применяют круглые гайки со шлицами (рис. 13.8, д). При частом отвинчивании и за­винчивании с небольшой силой затяжки применяют" гайки-барашки (рис. 13.8, е, ж).

Высота рабочей части нормальных гаек Н'и 0,8J (d — диаметр резьбо­вого изделия); при малых осевых нагрузках Я» (0,5 -н 0,6)of; при больших Н< 1,6 d.

Рис. 13.9. Гайки

На рис. 13.9: в — шестигранная гайка с двумя фасками для больших осевых нагрузок (#« l,6d); г — шестигранная гайка с одной фаской для незначительных осевых нагрузок (#«0,6cf); ж — шестигранная гайка с глухим резьбовым отверстием; з — шестигранная гайка с буртиком; и — круглая гайка с накаткой и углублением под ключ; к — круглая гайка с от­верстиями на торце под ключ. Остальные гайки описаны в шаге 13.12.

13.13. Шайбы. Под гайки, головки болтов и винтов, как правило, уста­навливают шайбы.

Назначение шайб — увеличение опорнойповерхности и предохранение де­талей от задиров.

Для стопорения служат специальные шайбы. Наибольшее распростра­нение в машиностроении получили шайбы круглые (рис. 13.10, а). Первые изготовляют штамповкой, вторые обрабатывают на токарных станках. Тол­щина шайбы и наружный диаметр зависят от диаметра резьбового изделия. Шайбу плоскую квадратную или особой формы (рис. 13.10, б) применяют для стопорения гайки; круглую лепестковую (рис. 13.10, в) — для стопоре­ния круглых гаек со шлицами; круглую пружинную (рис. 13.10, г) — для стопорения любых гаек.

Опишите работу пружинной шайбы. Предохраняют ли эти шайбы дета­ли от задиров, увеличивают ли опорную поверхность?

Рис. 13.10. Шайбы

13.14.Гаечные замки. Во избежание са­моотвинчивания гаек, винтов применяют особые устройства, называемые гаечными замками.

Существует очень много способов сто­порения или предохранения гаек от самоотвинчивания. В шаге 13.13 описаны некото-рые конструкции гаечных замков (см. рис. 13.10, б— г). При установке контргайки 2 (рис. 13.11, а) создается дополнительное натяжение и трение в резьбе, поэтому самоотвинчивание гайки 1 затрудняется. При установке пружинной шайбы (см. рис. 13.10, г) самоотвинчивание исключается за счет упругости шайбы. Кроме того, упругость этой шайбы значительно уменьшает вибрации гайки. При установке шплинта (рис. 13.11, б, в) или при обвязке группы болтов проволокой (рис. 13.11, г) гайка жестко соеди­няется со стержнем болта (шпильки). Иногда гайки жестко соединяют с деталью с помощью специальной шайбы (см. рис. 13.10, б), планки (рис. 13.11, д) и т. п.

Рис. 13.11. Конструкции гаечных замков

13.15. Ответить на вопросы контрольной карточки 13.1.

Контрольная карточка 13.1

Вопрос	Ответы	Код
Определите, какая резьба у болта, пока­занного на рис. 13.1	Левая Правая Определить нельзя
Что называется шагом резьбы?	Расстояние между двумя одноименными точками резьбы одной и той же винтовой линии Расстояние между двумя одноименными точками двух рядом расположенных вит­ков резьбы
Определите наименование резьбового из­делия, показанного на рис. 13.11, а, б	Болт Винт Шпилька Определить нельзя
Определите нормальную глубину ввинчи­вания стальной (сгв = 450 МПа) шпильки с резьбой М20 (материал детали — чугун)	10 мм 15 мм 20 мм 26 мм 40 мм
Какую резьбу следует выбрать при проек­тировании тяжело нагруженного крепеж­ного узла (без уточнения осевой нагрузки, диаметра и шага резьбы)?	Метрическую Дюймовую Прямоугольную Трапецеидальную Упорную

§ 3. Зависимость между моментом, приложенным к гайке, и осевой силой

13.16. При завинчивании гайки (рис. 13.12) к ключу прикладывают вращающий момент

(13.1)

где F_кл — усилие на конце ключа; L_p — расчетная длина ручки ключа.

Рис. 13.12.К расчету момента на ключе

Момент движущих сил равен сумме моментов сил сопротивления, т. е.

(13.2)

где Т — момент в резьбе; Т_т — момент сил трения на опорном торце гайки. Момент в резьбе определяют по формуле

(13.3)

где F₃ — сила затяжки болта (осевая сила, растягивающая болт); Ψ — угол подъема винтовой линии; d₂ — средний диаметр резьбы; φ' — приведенный угол трения.

Момент сил трения на опорной поверхности

(13.4)

здесь f ≈ 0,15 — коэффициент трения между поверхностью гайки (головки) и детали; D — диаметр захвата гаечного ключа (опорного торца гайки); d₀ = d₁ + (1 ÷ 1,5) мм — диаметр отверстия в детали под болт.

Подставляя полученные выражения Т и Т_т в формулы (13.1) и (13.2) для момента завинчивания, получим момент на ключе

(13.5)

Длина стандартных ключей: L = I5d при .

Для чего необходимо определять момент на ключе T_кл?