Геометрические параметры резьб.

Рассмотрим цилиндрический стержень с нанесенной на поверхности винтовой линией (рис. 2.1 а).

Расстояние 1–2 = – шаг винтовой линии.

Шагом резьбы называется расстояние между двумя одноименными точками двух соседних витков.

Если развернуть боковую поверхность цилиндра на плоскость, то винтовая линии примет вид прямой наклонной линии.

а	б
Рис. 2.1. Геометрические параметры винтовой линии

Угол подъема винтовой линии :

.

Если на поверхность детали наносится один винтовой выступ, резьбу называют однозаходной. В механизмах применяют также двух-, трех- и четырехзаходные резьбы, называемые многозаходными (рис. 2.1 б).

Для многозаходной резьбы вместо шага используется ход: ,

где – число заходов.

- для многозаходных резьб.

Силы в резьбе.

При рассмотрении сил в винтовой паре в качестве примера возьмем прямоугольную резьбу, которую развернем по среднему диаметру в наклонную плоскость, а гайку заменим ползуном (рис. 2.8 а).

При приложении к гайке окружной силы , создаваемой моментом завинчивания , гайка, перемещаясь, создает давление на витки резьбы винта, равнодействующая которого и создает осевую силу . Сила взаимодействия наклонной плоскости с ползуном при относительном движении представляет собой равнодействующую нормальной силы и силы трения. Эта сила наклонена к нормали под углом трения .

В результате разложения силы получаем:

,

где – движущая окружная сила;

– осевая сила на винте;

– угол подъема резьбы: ;

– угол трения: ;

– коэффициент трения в резьбе.

а	б
Рис. 2.8. Силы в резьбе

Окружная сила трения в треугольной резьбе больше чем в прямоугольной, за счет большей площади поверхности резьбы при одинаковых параметрах резьбы. Сила давления на рабочую поверхность резьбы связана с осевой силой через угол наклона рабочей поверхности:

,

где – угол наклона рабочей поверхности.

Через эту зависимость выведем приведенный коэффициент трения и приведенный угол трения:

и .

Для обеспечения самоторможения резьбы должно выполняться условие: приведенный угол трения должен превышать угол подъема резьбы:

.

Момент завинчивания гайки или винта с головкой:

,

где – момент трения в резьбе;

– момент трения на торце гайки или головки винта.

Момент трения в резьбе:

.

Момент трения на торце гайки или головки:

,

где – средний диаметр опорной поверхности торца гайки или головки винта.

Момент трения на торце гайки составляет около 50% всего момента затяжки.

Подставив полученные значения в формулу момента завинчивания, получим:

Для метрической резьбы можно принять: ; ; . Тогда при = 0,15, характерном для резьбы без покрытий:

.

КПД резьбы определяется как отношение полезной работы на винте к затрачиваемой работе на ключе при повороте на произвольный угол.

Элементарное поступательное перемещение винта связано с элементарным поворотом винта на угол :

КПД собственно резьбы без учета сил трения на торце:

При и = 0,1, .

КПД винта с учетом трения на торце гайки:

Крепёжные детали.

Наибольшее распространение среди резьбовых крепежных деталей получили крепежные болты, винты, шпильки и гайки.

При сборке и разборке резьбового соединения крепежные детали поворачивают или удерживают от поворота соответствующим инструментом (ключом, отверткой) или непосредственно рукой. Встречаются также резьбовые детали с закладными головками, располагаемыми в пазу одной из соединяемых деталей.

	а	б	в	г
Рис. 2.9. Резьбовые соединения

Болты используются с гайкой (рис. 2.9 а) и применяются в тех соединениях, где возможно обеспечить доступ к обоим концам болтового соединения. При затяжке болтового соединения вращают гайку, а болт удерживают от проворачивания. Болтовое соединение предпочтительнее использовать: при соединении деталей сравнительно небольшой толщины; для соединения деталей из материалов не обеспечивающих достаточную прочность и долговечность резьбы, выполненной непосредственно на детали; при необходимости частого завинчивания и отвинчивания. Болты не требуют нарезания резьбы в детали, но не всегда удобны при сборке и не способствуют приданию машине удобных гладких форм.

Винты вкручиваются в резьбовые отверстия, выполненные в детали (рис. 2.9 б). Винтовые соединения используются: при отсутствии доступа к одной из сторон соединения; в случае достаточной прочности материала детали и достаточной ее толщины; при жестких требованиях к массе соединения. Для повышения износостойкости резьбы в корпусах из материалов невысокой прочности используют втулки (рис. 2.9 в), которые завинчивают или заливают в отверстие в корпусе.

Соединение с помощью шпильки (рис. 2.9 г) применяется в случаях: для соединения толстых пакетов деталей – вместо болтового соединения; при необходимости частого завинчивания и отвинчивания в корпусах из материалов невысокой прочности – вместо винтового соединения.

Болты и винты представляют собой цилиндрический стержень с резьбой на одном конце и головкой на другой.

Головки болтов и винтов подразделяют на: а) захватываемые инструментом снаружи головки; б) захватываемые инструментом изнутри или с торца головки; в) препятствующие проворачиванию. Некоторые виды головок представлены на рис. 2.10.

Головки с наружным захватом допускают наибольшую силу затяжки, но требует много места для поворота ключа. Наиболее распространены шестигранные головки (рис. 2.10 а), для затяжки которых требуется относительно небольшой оборот ключа (на 1/6 оборота). Шестигранные головки бывают нормальной и повышенной точности, с нормальным и уменьшенным размером под ключ, увеличенной, нормальной и уменьшенной высоты.

а	б	в	г
д	е	ж	з	и	к	л	м	н
Рис. 2.10. Виды головок болтов и винтов

В условиях частого завинчивания и отвинчивания, например, в станочных приспособлениях, и при наличии свободного пространства для поворота ключа, применяют квадратные головки (рис. 2.10 б и 2.10 в).

В условиях стесненных габаритов применяют винты с головками, имеющими на поверхности шлицы треугольного профиля (рис. 2.10 г). Такие головки требуют специальных торцевых ключей и поэтому имеют ограниченное применение.

Головки с внутренним и торцевым захватом можно устанавливать в углублениях на детали, что уменьшает габариты, придает гладкую, удобную для обслуживания форму изделия, улучшает эстетику.

Широкое распространение в последнее время получили головки с внутренним шестигранником (рис. 2.10 д). Размер шестигранника подобран таким образом, что максимальный момент затяжки, допускаемый ключом, соответствует прочности винтов и является предохранительным элементом от перетяжки.

Так же широко распространены головки со шлицами под обычную (рис. 2.10 к) и крестообразную (рис. 2.10 л) отвертки. Головки могут быть цилиндрическими (рис. 2.10 е), полукруглыми (рис. 2.10 ж), потайными (рис. 2.10 и) или полупотайными (рис. 2.10 з). Головки под обычную отвертку применяют для винтов малых размеров и для малых сил затяжки. Головки с крестообразным шлицом более совершенны и допускают несколько больший момент затяжки.

Из головок, препятствующие проворачиванию, наиболее распространены закладные головки квадратной формы (рис. 2.10 б) или с двумя лысками (рис. 2.10 м), которые закладывают в специальные гнезда, выполненные в корпусе детали. Так же применяются круглые головки с усиком, вызывающим обмятие детали (рис. 2.10 н), или некруглым подголовком.

а	б	в	г
Рис. 2.11. Конструктивные формы стержней болтов и винтов

По форме стержня винты бывают: с нормальным стержнем (рис. 2.11 а); с утолщенным стержнем для установки в отверстие без зазора, для предотвращения сдвига соединяемых деталей (рис. 2.11 б); со стержнем уменьшенного диаметра и подголовком (центрирующим пояском) (рис. 2.11 в). Последние болты обладают повышенной податливостью и пониженной концентрацией напряжений у резьбы и применяются в ответственных соединениях, воспринимающих переменные и ударные нагрузки. На них иногда посередине делают поясок для гашения вибрации стержня (рис. 2.11 г).

		а	б
Рис. 2.12. Конструкция шпилек

Шпильки (рис. 2.12) представляют собой цилиндрический стержень с резьбой на обеих концах, меньший по длине резьбовой конец ввинчивается в резьбовое отверстие в детали, на другой конец накручивается гайка.

Длина ввинчиваемого конца l ₁ зависит от прочности материала детали, в отверстие которой ввинчивается шпилька, и может быть от – для стальных деталей, до – для деталей из алюминиевых сплавов.

Для предотвращения вывинчивания шпилек из корпуса, их фиксируют (стопорят) посадкой на резьбе с натягом, завинчиванием на сбег резьбы, с помощью клея и т.д.

Гайки представляют собой втулки с внутренней резьбой (рис. 2.13).

Наиболее распространены гайки шестигранной формы (рис. 2.13 а). Они могут изготавливаться нормальной и повышенной точности, с нормальным и уменьшенным размером под ключ, увеличенной, нормальной и уменьшенной высоты.

а	б	в	г	д	е
Рис. 2.13. Основные типы гаек

При шплинтовании резьбового соединения используются специальные прорезные и корончатые гайки (рис. 2.13 б), обычно с увеличенной общей высотой. Для предотвращения самопроизвольного отворачивания применяются самостопорящиеся гайки с нейлоновым кольцом (рис. 2.13 в). Колпачковые гайки (рис. 2.13 г) используются для защиты резьбового конца, а также в целях безопасности и эстетики.

В условиях относительно малых (для данного номинального диаметра) нагрузок, преимущественно для валов, применяют круглые гайки со шлицами (рис. 2.13 д) или с отверстиями.

Гайки, часто завинчиваемые и отвинчиваемые от руки (при малой силе затяжки) выполняют в виде барашка (рис. 2.13 е) или круглой формы с накаткой.

 

Для предохранения резьбовых соединений от самопроизвольного отвинчивания применяются следующие способы:

· контрогайка;

· шплинтование, применение проволочных замков;

· пружинные шайбы;

· самостопорящиеся гайки с нейлоновым кольцом;

· шайбы и планки с отгибающимися краями;

· кернение резьбы.