Тема 12. Резьбовые соединения

12.1. Как образуется винтовая линия резьбы (рис. 12.1) и резьба соответствующего профиля (рис. 12.2)? Приведите классификацию резьб в зависимости: от формы поверхности, на которой образуется резьба (рис. 12.3); от формы профиля (рис. 12.5); от направления винтовой линии (рис. 12.4); от числа заходов (рис. 12.4); по назначению. Укажите методы изготовления резьбы, а также достоинства и недостатки резьбовых соединений.

12.2. Укажите геометрические параметры цилиндрической резьбы. Кратко опишите основные типы цилиндрических резьб: метрическую, трубную, трапецеидальную, упорную, прямоугольную, круглую. Укажите области их применения. Где используют конические резьбы?

12.3. Кратко опишите, когда применяют основные резьбовые соединения: болтами с навертными гайками (рис. 12.15, а); ввертными болтами с шестигранной головкой (рис. 12.15, б); винтами с цилиндрической головкой и шестигранным углублением под ключ; шпильками (рис. 12.15, в). Приведите рисунки этих соединений.

12.4. Кратко опишите основные крепежные детали: болты с шестигранной головкой (рис. 12.17, 12.19) и специальные (рис. 12.20); винты (рис. 12.18, 12.21); шпильки (рис. 12.16); гайки (рис. 12.23-12.24); шайбы (рис. 12.25-12.27).

12.5. Кратко опишите основные способы стопорения резьбовых соединений (рис. 12.26-12.34). Укажите особенности установки болтов, винтов и шпилек в корпусах узлов (расстояния от оси резьбовой детали до края корпуса и его стенки; глубина завинчивания в корпус) (рис. 12.35).

12.6. Приведите схему сил на витках прямоугольной и треугольной резьб (рис. 12.36) и укажите влияние профиля резьбы на силу трения в резьбе. Что такое приведенный коэффициент трения в остроугольной резьбе?

12.7. Приведите схему сил в винтовой паре при завинчивании и отвинчивании гайки (рис. 12.37). Запишите соотношение между окружной силой F_t, приложенной по касательной к окружности среднего диаметра d₂ и силой затяжки F_зат при завинчивании и отвинчивании гайки. Запишите формулу момента в резьбе Т _р от окружной силы F_зат при завинчивании гайки. Какие напряжения в резьбовом стержне создает момент Т _р при завинчивании гайки? Запишите условие самоторможения резьбы. Когда нарушается условие самоторможения и почему? Как на практике предотвращают самоотвинчивание гаек и винтов?

12.8. Запишите формулу момента завинчивания Т_зав, который прикладывают к ключу при завинчивании гайки или винта (использовать для ответа схему на рис. 12.39). Каково отношение осевой силы затяжки F_зат резьбового стержня к силе F_кл, приложенной к концевому участку стандартного ключа при его длине ? Какие деформации в резьбовом стержне вызывает осевая сила затяжки F_зат и момент в резьбе Т _р? Выведите формулу КПД винтовой пары. Укажите, как распределяется осевая сила, действующая на резьбовой стержень, по виткам резьбы в месте свинчивания с резьбой. Что характеризуют числовые обозначения класса прочности болта, например, класс прочности 5.6?; класса прочности гайки, например класс прочности 8?

12.9. Укажите основные виды разрушения резьбы крепежной и винтовых механизмов. Что является исходным условием для назначения высоты стандартных гаек и глубины завинчивания резьбового стержня в детали из различных материалов? Укажите глубину завинчивания винтов и шпилек в детали из стали, чугуна и силумина.

12.10. Какие критерии положены в основу равнопрочности стандартных болтов, винтов и шпилек? Как рассчитывают единичный болт (винт, шпильку) при постоянной (статической) нагрузке в следующих случаях: резьбовой стержень нагружен только внешней осевой растягивающей силой F при отсутствии предварительной затяжки; болт предварительно затянут, внешняя нагрузка отсутствует.

12.11. Как рассчитывают единичный болт (винт, шпильку) при постоянной (статической) внешней силе F, сдвигающей детали в стыке (рис. 12.44) (рассмотреть два варианта: вариант 1 – болт поставлен с зазором; вариант 2 – болт поставлен без зазора). Какова форма болтов, устанавливаемых с зазором и без зазора?

12.12. Опишите деформированное состояние резьбового соединения до затяжки, после затяжки и после приложения внешней нагрузки для случая, когда единичный болт был предварительно затянут при сборке силой затяжки и затем нагружен внешней осевой статической отрывающей силой F, перпендикулярной плоскости стыка деталей (рис. 12.45). Выведите формулу коэффициента внешней нагрузки. Запишите и объясните условие, которое является исходным для выбора предварительной силы затяжки F_зат одного болта. Запишите расчетную силу F_расч на один болт и его диаметр при проектном расчете.

12.13. Выведите формулу коэффициента внешней нагрузки для случая, когда единичный болт был предварительно затянут при сборке силой затяжки и затем нагружен внешней осевой статической отрывающей силой F, перпендикулярной плоскости стыка деталей (рис. 12.45). Что такое податливость болта и соединяемых деталей? Что представляет собой деформируемая зона деталей при скреплении их болтом с гайкой (рис. 12.46)? Когда применяют болты с повышенной податливостью (рис. 12.47)? Укажите, когда возникает эксцентричное нагружение болта и в чем заключается особенность его нагружения (рис. 12.48).

12.17. Как рассчитывают резьбовое соединение группой болтов, нагруженное комбинацией сил и моментов в плоскости стыка соединяемых деталей (рис. 12.53)?