Резьбовые соединения
Лекция 14. Резьбовые соединения
Основные понятия. Резьбовыми называют разъемные соединения, выполняемые с помощью резьбовых крепежных деталей - винтов, гаек, шпилек или резьбы, непосредственно нанесенной на соединяемые детали.
Резьбовые соединения являются наиболее распространенным видом разъемных соединений. Они в основном применяются в следующих случаях:
n для устранения возможности перемещения соединяемых деталей;
n для удержания деталей на определенном расстоянии друг от друга;
n для обеспечения плотности стыка соединяемых деталей;
n для осуществления поступательного движения (пресса, домкраты, ходовые винты);
n для получения точных относительных перемещений (регули-ровочные винты).
Рекомендуемые материалы
По форме основной поверхности резьбы подразделяют на цилиндрические и конические. Широкое применение имеют детали с цилиндрической резьбой.
Параметры резьбы показаны на рис. 45.
Любая резьба имеет три диаметра (рис.45,а) внутренний 
, средний 
и наружный 
.
Профиль резьбы характеризуют углом профиля 
, т.е углом между прямолинейными боковыми сторонами профиля резьбы.
Расстояние между одноименными сторонами двух соседних профилей, измеренное в направления оси резьбы, называется шагом резьбы и обозначается 
. Для многозаходных резьб используют термин ход резьбы, который обозначается 
, и равен произведению шага на число заходов. При повороте гайки на один оборот она перемещается вдоль оси винта на шаг или на ход.
Рис.45
Угол подъема 
(рис. 45,б) развертки винтовой линии по среднему диаметру резьбы определяется соотношением
.
По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбу. Левую резьбу применяют только в специальных случаях.
Резьбы также подразделяются по назначению и форме профиля. Крепежные резьбы бывают треугольные и круглые. Резьбы винтовых механизмов – трапецеидальные, упорные и прямоугольные.
Метрическая резьба является основным видом крепежных деталей.
Расчет на прочность разъемных соединений.
Определение нагрузки, действующей на болт. В большинстве случаях соединение деталей осуществляется группой болтов, поэтому необходимо уметь определить силу, действующую на наиболее нагруженный болт при различных случаях нагружения.
Случай 1. На групповое болтовое соединение действует сила, проходящая через центр стыка и направленная параллельно осям болтов (рис. 46,а).
В этом случае делается допущение, что все болты воспринимают одинаковую нагрузку, тогда сила 
, растягивающая болт, будет равна
где 
количество болтов в соединении.
Случай 2. На групповое болтовое соединение действует момент в плоскости перпендикулярной плоскости стыка (рис. 46,б). Максимальная сила 
, растягивающая болт, определяется по выражению
где 
максимальное расстояние от оси болта до оси, проходящей через центр стыка;
расстояние от оси i-того болта до оси, проходящей через центр стыка.
Рис. 46
Случай 3. На групповое болтовое соединение действует сила, проходящая через центр стыка и направленная перпендикулярно осям болтов (рис. 47,а).
В этом случае делается допущение, что все болты воспринимают одинаковую нагрузку, тогда сила 
, срезающая болт, будет равна
Случай 4. На групповое болтовое соединение действует момент в плоскости стыка (рис. 47,б). Максимальная сила 
, растягивающая болт, определяется по выражению
где 
максимальное расстояние от центра стыка до оси;
расстояние от центра стыка до оси i-того болта.
Рис. 47
Если действующая сила не проходит через центр стыка, то ее нужно перенести в центр стыка, предварительно разложив ее на горизонтальную и вертикальную составляющие. Затем, используя принцип независимости сил, найти от каждого силового фактора силу, действующую на болт, а затем и суммарную силу.
Расчет стержня болта на прочность. Рассмотрим расчет стержня болта на прочность, когда известна сила, действующая на болт.
Случай 1. На болт действует растягивающая сила (рис. 48,а)
а б
Рис. 48
Условие прочности имеет вид:
откуда требуемый внутренний диаметр болта
.
В данном случае не играет роли, как установлен болт с зазором или без зазора.
Случай 2. Болт установлен без зазора и на него действует сила в плоскости стыка (рис. 48,б).
Условие прочности болта в этом случае имеет вид
,
откуда требуемый наружный диаметр болта
.
Случай 3. Болт установлен с зазором и на него действует сила в плоскости стыка (рис. 49).
Чтобы не произошло смещение одной детали относительно другой необходимо на поверхности контакта создать силу трения 
, которая была бы больше сдвигающей силы 
Принимают, что сила трения должна быть больше сдвигающей силы
на 20%.
Рис. 49
Сила трения на поверхности контакта создается путем завинчивания гайки, при этом болт испытывает растяжение от силы затяжки 
и кручение за счет трения в резьбе. Поэтому болт испытывает сложное сопротивление.
Используя третью теорию прочности, имеем
.
Нормальные напряжения от силы затяжки равны
.
Касательные напряжения от момента трения в резьбе
,
где 
приведенный угол трения.
Подставляя значения 
и
, получаем
Значение под корнем квадратным приблизительно равно 1,3. Учитывая, что сила трения
получаем
В лекции "13 Основы теории термической обработки стали" также много полезной информации.
В этом случае условие прочности болта принимает вид:
,
откуда требуемый внутренний диаметр болта
.
Таким образом, рассчитывается на прочность стержень болта, когда определена сила, действующая на болт.
