Трубопроводы небольшого диаметра (5‑20 мм), используемые в системах впрыска топлива, подвода масла под давлением, в приводе сцепления, тормозов и других гидравлических и пневматических силовых механизмов, чаще всего соединяют с помощью ниппелей. Ниппельные соединения выдерживают давление до 3‑5 МПа и более, имеют небольшие габариты и удобны в монтаже. С их помощью производят соединение металлических трубок, присоединение трубок к фланцам корпусов. Ниже на рис. 4.1 приведены некоторые конструкции ниппельных соединений.
Для соединения трубопроводов из материалов, поддающихся пайке и сварке, чаще применяют ниппели с наружным конусом. Ниппель припаивают к концу трубопровода и затягивают на внутренний конус штуцера с помощью накидной гайки (наружной – рис. 4.1 а и в, или внутренней – рис. 4.1 б). Угол конуса делают 75О. В целях увеличения контактного давления и обеспечения некоторой свободы в установке уплотняющую поверхность делают сферической (рис. 4.1, в).
Ниппели с внутренним конусом (рис. 4.1 г) не требуют пайки. Ниппель надевают на трубопровод, конец которого затем развальцовывают на конус и притягивают к штуцеру накидной гайкой. В упрощенной конструкции обходятся без ниппеля, а развальцованный конец трубки непосредственно притягивают к конусу штуцера.
Для передачи высоких давлений (7‑10 МПа и более) применяют ниппельные соединения с промежуточными уплотнительными элементами из мягких металлов (свинец, отожженная красная медь).
 |
Ориентировочный расчет уплотнений с линейным контактом основан на определении контактного давления р К для контакта двух цилиндрических тел с радиусами R 1 и R 2, в частности, с R 2 = ∞(контакт с плоскостью). Максимальное давление р Кmax для пары «металл‑металл» с одинаковыми коэффициентами Пуассона (
= 0,3) определяется из выражения
(1)
где 
- удельное осевое усилие, Н/см; Е ПР - = 2 Е 1 Е 2 /(Е 1 + Е 2) – приведенный модуль упругости, МПа; 
- приведенный радиус кривизны, см.
Контакт кольцевого тора с плоскостью рассматривают как контакт бесконечно длинного цилиндра с плоскостью. При этом
(2)
а ширина контакта -
(3)
Аналогично вычисляется контакт сферического ниппеля с R 1 и конусом, угол которого 2 b:
(4)
Минимальное контактное давление для обеспечения герметичности соединения «сталь-сталь» составляет 200-300 МПа. Расчеты уплотнений типа «металл-металл» с линейным контактом требуют тщательной экспериментальной проверки, поскольку состояние контакта зависит от вибрации трубопроводов и температурных деформаций. Для работы в широком интервале температур материалы штуцера, ниппеля и гайки выбирают с одинаковыми коэффициентами температурного расширения.
Задание. По данным табл. 4 определить необходимое усилие затяжки(осевое усилие РА) ниппельного соединения(рис. 4.1 в) для достижения заданного контактного давления pKmax при заданном радиусе ниппеля R1 (формула (3)) и заданной длине контакта L (длине окружности, по которой происходит контакт). При этом следует учесть, что 
. Обе контактирующие детали стальные.
Для выполнения задания необходимо, используя уравнение (4) и вышеприведенные зависимости составить расчетные формулы и произвести расчет.
