Файл: Заплетохин, В. А. Соединения деталей приборов [пособие].pdf

Резьбовое отверстие в крышке предохраняет винт от потери, так как при снятии крышки перемещение винта в отверстии ограничи­ вается с одной стороны головкой, а с другой — резьбовой частью стержня. При закреплении крышки резьбовую часть винта завинчи­ вают в отверстие корпуса прибора.

Основные размеры некоторых невыпадающих винтов регламенти­ рованы стандартами (приложение 25). Конструктивно невыпадаю­ щие винты отличаются формой головки. Стандарт предусматривает невыпадающие винты с цилиндрической (ГОСТ 10336—63), полу­ круглой (ГОСТ 10341—63), шестигранной (ГОСТ 10338—63) голов­ ками, с цилиндрической головкой и шестигранным углублением (ГОСТ 10342—63), с лыской под специальный ключ (ГОСТ 10343—63); применяют также невыпадающие винты с потайной, полупотайной и накатанной цилиндрической головками.

С о е д и н е н и я г а й к о й . Гайки используют в тех случаях, ког­ да в соединяемых деталях нельзя нарезать внутреннюю резьбу из-за недостаточной толщины материала, и если в процессе сборки недо­ пустимо вращение детали с наружной резьбой.

По конструкции гайки разделяются на шестигранные, квадрат­ ные, круглые и гайки-барашки.

Рис. 56.

Основным типом стандартных крепежных гаек являются гайки шестигранные, применяемые для большинства видов разъемных со­

единений с шайбой или без нее (рис. 56,а). Шестигранные гайки нормальной высоты (0,8 d) с одной пли двумя фасками регламента-,

рованы стандартами нормальной (ГОСТ 5915—70) и повышенной (ГОСТ 5927—70) точности. Кроме того, стандарты предусматривают шестигранные гайки низкие нормальной (ГОСТ 5916—70) и повы­ шенной (ГОСТ 5929—70) точности. Гайки уменьшенной высоты рекомендуют при небольших нагрузках, когда нельзя применить

69

гайки нормальной высоты, например для крепления на щитах управления тумблеров-выключателей (рис. 56,6), перемепных элек­ тросопротивлений и других электроэлементов. Используют также шестигранные гайки повышенной точности с уменьшенным размером иод ключ нормальной высоты (ГОСТ 2524—70) и низкие (ГОСТ 2526—70). При больших осевых нагрузках н частом отвинчивании с целью предохранения резьбы от износа рекомендуют особо высо­ кие шестигранные гайки повышенной точности (ГОСТ 5931—70).

Для соединения трубопроводной арматуры в сальниковых устрой­ ствах и в ниппельных соединениях (рис. 56, в) широко используют

накидные шестигранные гайки (см. также приложения 32—33). Скрывают выступающий на наружной поверхности детали конец

винта и придают красивый внешний вид изделию колпачковые гайки с глухим резьбовым отверстием (рис. 56, г).

Квадратные гайки применяют ограниченно, только в тех случаях, когда использование шестигранных гаек связано с усложнением конструкции.

Круглые гайки с накаткой для завинчивания и отвинчивания от руки (ГОСТ 14726—69) рекомендуются при небольших усилиях затяга (рис. 56,6). Круглые гайки со шлицами (ГОСТ 10657—63, рис. 56, е) имеют малый наружный диаметр и применяются в усло­ виях малых габаритов. Для завинчивания гаек со шлицами требуется специальная отвертка. Если в условиях малых габаритов требуется обеспечить значительное усилие затяга соединения, то используют круглые гайки с четырьмя боковыми прорезями для ключа (рис. 56, ж). При малых нагрузках применяют круглые гайки с боковыми

(ГОСТ 8381—66, рис. 56, з) и торцовыми (ГОСТ 6393—66, рис. 56, и)

отверстиями, для завинчивания которых требуется специальный инструмент. В этом случае в конструкциях необходимо предусматри­ вать свободный доступ в радиальном или в осевом направлениях.

При частой сборке и разборке соединения от руки, если пользова­ ние гайкой с накаткой затруднительно, рекомендуют гайки-барашки (рис. 56, к), размеры которых регламентированы ГОСТ 3032—66.

С о е д и н е н и я б о л т о м . Болты применяют в основном с гай­ ками, когда недопустима резьба в соединяемых деталях и необходимо обеспечить значительное усилие затяга, например, фланцевого (рис. 57, а) соединения крышки с корпусом резервуара, работающего под давлением, и т. п.

Болты различают общего и специального назначения. Болты

с шестигранной головкой общего назначения стандартизованы. Они бывают нормальной (ГОСТ 7798—62) и повышенной (ГОСТ 7805— 62) точности. Для облегчения конструкций и при ограниченных габа­ ритах по высоте используют болты с уменьшенной шестигранной головкой повышенной точности (ГОСТ 7808—62). Для отверстий из-под развертки рекомендуют болты с уменьшенной шестигранной головкой (ГОСТ 7817—62). Диаметры гладких стержней у послед­ них выполняют по скользящей или напряженной посадке.

К болтам специального назначепия относятся откидные, грузо­ вые, фундаментные и другие болты.

70

Откидные болты (ГОСТ 3033—55) применяют п конструкциях

для обеспечения быстрой сборки и разборки соединения без полного свинчивания гайки с болта. В соединяемых деталях откидные болты устанавливают не в отверстиях, а в прорезях (рис. 57,6). Грузовые

болты (рым-болты; ГОСТ 4751—52) предназначены для крепления ,троса или крюка к конструкции при ее транспортировке. Рым-болты обычно устанавливают в резьбовых отверстиях приливов корпусов

механизмов (рис. 57, в). Фундаментные болты предназначены для

крепления корпусов механизмов, щитов управления и других устройств на фундаменте. Большинство конструкций фундаментных болтов выполняют без головок. Гладкий конец болта обычно загибают

линдрический стержень, имеющий резьбу на обоих концах. Шпильки устанавливают в часто разбираемых узлах, а также в тех случаях, когда в конструкции нет места для головки болта или гайки и когда невозможно сверление сквозного отверстия под болт.

Шпильки одиим концом ввинчивают в резьбовое отверстие, а дру- . гой конец проводят сквозь отверстие соединяемой детали и на него навинчивают гайку. При постоянной нагрузке отвинчивание шпиль­ ки при разборке соединения предупреждается затягом на сбег резьбы (рис. 58, а). Для ответственных соединений, работающих при пере­ менных нагрузках, отвинчивание шпильки предупреждается посад­ кой ее с упором в дно резьбового отверстия (рис. 58, б) пли за счет

натяга по среднему диаметру резьбы.

Во многих случаях использование в соединениях болтов или вин­ тов большой длины менее экономично, чем применение шпилек. Для соединения, например, двух параллельных пластин рекомендуют шпильки, на оба резьбовых конца которых навинчивают гайки (рис. 58, б). Распорными втулками в этом случае можно точно установить расстояние между пластинами. С помощью шпилек легко осуществ­ ляется регулирование расстояния между пластипамп (рис. 58, г).

71

Из-за отсутствия головок шпильки более прочны, чем болты, так как при изготовлении болтов в головке в местах сопряжения со стержнем могут возникнуть значительные внутренние напряжения. Поэтому во фланцевых соединениях арматуры, работающей при дав­ лении 4 МПа и выше, рекомендуются шпильки, а не болты.

Рис. 58.

Материалы крепежных деталей

Для изготовления винтов, гаек, болтов и шпилек обычно приме­ няют недорогие материалы, хорошо обрабатываемые резанием. Гай­ ки, как правило, изготавливают из более мягкого материала, чем винты, болты или шпильки. Это способствует выравниванию напря­ жений по виткам и уменьшает вероятность схватывания материала гайки с материалом болта.

Широко применяют низке- и среднеуглеродистые стали обыкно­ венного качества: ст. 3, ст. 4 и ст. 5, а также специальные марки А12 и А20. При необходимости общей или местной термообработки с целью повышения прочности используют углеродистые качествен­ ные марки: сталь 35, сталь 45 и др. Специальпые свойства крепеж­ ным изделиям (коррозионную стойкость, жароствйкость, антимагнитность и т. п.) придают легированные стали 40Х, 40ХН, Х18'Н10Т н др.

Крепежные детали, изготовленные из титановых сплавов, имеют вес на 45% меньше стальных и обладают высокой коррозиоппой стойкостью и жаростойкостью.

Применяют также латуни ЛС59-1 и Л62. Латуни обладают хоро­ шей коррозионной стойкостью, электропроводностью п антимагнитностыо. С понижением температуры механические свойства латуней повышаются, поэтому латунные крепежные детали рекомендуют для устройств, работающих при низких температурах.

Если к крепежным изделиям предъявляются требования элек­ тро- и теплоизоляции, химической стейкости, то используют пласт­ массы (полиамиды), а также синтетическую резину.

72

Для стальных крепежных деталей, работающих в атмосферных условиях, применяют покрытия: цинкование и кадмирование. Если металлические крепежные изделия устанавливают на наружной по­ верхности, то их подвергают никелированию и хромированию.

Способы предохранения резьбовых соединений от самоотвинчивания

Крепежные детали выполняют с самотормозящей резьбой, т. е. с углом подъема винтовой липни этой резьбы, меньшим угла трения. Однако эти условия самоторможения резьбы справедливы лишь при действии статической нагрузки.

При переменных нагрузках, в условиях вибраций и тряски усилие затяга резьбового соединения может уменьшиться в результате упру­ гих колебаний вдоль оси винта соединенных деталей. Ослабление усилия затяга возможно также за счет температурных деформаций, за счет уменьшения угла трения при наличии смазки на резьбе, за счет потери со временем упругих свойств некоторых материалов.

Уменьшение усилия затяга приводит к самопроизвольному отвин­ чиванию резьбовых деталей, поэтому в конструкциях следует преду­ сматривать средства против самоотвинчивания. Отметим несколько наиболее распространенных способов предохранения резьбовых со­ единений от самоотвинчивания.1

1. С о з д а н и е п о в ы ш е н н о г о т р е н и я в р е з ь б е з а с ч е т п р и м е н е н и я д о п о л н и т е л ь н ы х с т о п о р я щ и х д е т а -

контргайки происходит перераспределение зазоров в резьбовой части, силы трения возрастают в результате взаимной затяжки гаек. Ис­ пользование этого способа в последнее время ограничивается его недостаточной надежностью, необходимостью дополнительного уве­ личения длины нарезной части болта и увеличения расхода гаек. Повысить трение в резьбе можно также за счет стягивания половин разрезной гайки дополнительным винтом (рис. 59,6). В этом случае зазоры в резьбе выбираются в осевом направлении. Повышение тре­ ния в резьбе осуществляется также путем поджатая в радиальном направлении специального винта, прижимающего вкладыш из

73

мягкого материала (медь, свинец, пластмассы и др.) (рис. 59, в). Про­

стое и надежное стопорение резьбы обеспечивает ганка с завальцо-

в кольце. Поскольку нарезка производится без зазоров, то образуется повышенное трение в резьбе. Гайка с завальцованным кольцом вы­ держивает до 50 завинчиваний. Размеры пластмассового кольца при­ нимаются: толщина h= (0,5-н0,8)й; внутренний диаметр do= d—

- ( 0 , 7 -И ,0)/.

Рис. 60.

соединении. Винтовая цилиндрическая пружина, установленная в резьбовом отверстии (рис. 60,а), обеспечивает постоянный поджим винта, благодаря чему увеличиваются силы трения в резьбе. Разрез­ ные пружинные шайбы1 (ГОСТ 6402—70), кроме осевой нагрузки,

статком разрезных пружинных шайб является эксцентричность при­ ложения нагрузки. Более равномерное распределение нагрузки обес­ печивают фасонные шайбы с упругими зубьями. Фасонные шайбы применяют с наружными (рис. 60, в; ГОСТ 10463—63) и внутренни­

ми (ГОСТ 10462—63) зубьями. Расположение скоса зубьев фасон­ ных шайб зависит от направления винтовой линии крепежных дета­ лей. При небольших нагрузках рекомендуют упругие самостопоря-

ми являются шплинты и стопорные шайбы различных конструкций. Шплинты часто устанавливают для фиксации положения коронча­ тых гаек (рис. 61,а), имеющих прорези для шплинтов. Корончатые1

1 Другое название — шайбы Гровера.

ганки применяют нормальной (ГОСТ 5918—62) и повышенной (ГОСТ 5932—62) точности. В винте для шплинта просверливают отверстие соответственно прорезям корончатой гайки. Для стопо­ рения обычных шестигранных гаек рекомендуют шайбы с двумя ланками (ГОСТ 3693—52). После завипчивания гайки одну лапку отгибают по краю детали, а другую — на грань гайки (рис. 61,6). Недостатком обоих указанных способов является ступенчатое регулирование затяга соединения. Если крап детали находится

далеко от гайки, то используют стопорные шайбы с наружным нос­ ком (ГОСТ 11872—66). Носок такой шайбы помещают в отверстие детали, а сегментную часть шайбы отгибают на грань гайки (рис. 61, в). Для стопорения круглых гаек со шлицами рекомендуют

стопорные шайбы с усиками. Внутренний усик устанавливают

вканавке резьбового стержня, а один из шести наружных отгибают

всоответствующий шлиц гайки (рис. 61, г). Этот тип шайб широко

применяют для фиксации положений подшипников качения на валах.

4. И с п о л ь з о в а н и е с в я з у ю щ и х в е щ е с т в . В качестве связующего вещества используют жидкие пластмассы, которые запол­ няют зазоры в резьбе в процессе сборки и.отвердевают при комнатной температуре. Это соединение надежно при вибрациях и ударных на­ грузках. При разборке соединение нагревают до определенной темпе­ ратуры, и гайка легко отвинчивается. Для отопорения винтов до М8 применяют лак или эмалевую краску, которыми скрепляют головку винта или его конец с соединяемой деталью. При разборке соедине­ ния пленка лака или краски разрушается.

Если соединение в процессе эксплуатации не требует разборки, то крепежные детали стопорят наглухо: сваркой, пайкой, кернением или расклепыванием.

75

Расчет резьбовых соединений на прочность

Методы расчета резьбовых соединений па прочность определяют­ ся конструктивными особенностями соединения, направлением и ха­ рактером приложенной нагрузки, способом сборки и условиями экс­ плуатации.

По направлению действующие рабочие нагрузки разделяются па осевые, направленные по геометрической оси болта, винта или шпильки ’, поперечные, направленные перпендикулярно геометриче­ ской оси болта, и эксцентричные, направленные вдоль геометрической

и ненапряженные. Напряженные соединения отличаются от ненапря­

женных тем, что их собирают с предварительным затягом, поэтому они испытывают напряженное состояние еще до приложения рабо­ чей нагрузки. Расчет предварительно затянутых соединений принци­ пиально отличается от ненапряженных.

Прочность резьбовых деталей зависит также от характера прило­ женной нагрузки. Резьбовые соединения воспринимают статиче­ ские и переменные нагрузки. В расчетах характер нагружения учи­ тывается при выборе допускаемых напряжений.

При действии статической нагрузки на резьбовое соединение до­ пускаемые напряжения па растяжение тела болта выбирают по пре­ делу текучести материала

нии статического нагружения соединения, а затем определяют запас по усталостной прочности с учетом концентрации напряжений и гео­ метрических размеров резьбы. Запас прочности при этом рассчитыва­ ют по амплитуде переменных напряжений и по максимальным напряжениям.

Запас на усталостную прочность по амплитуде напряжений

(«а),пред

76