Классы прочности и материалы резьбовых деталей

Стальные болты, винты и шпильки в соответствии с ГОСТ 1759—70** изготовляют 12 классов прочности. Классы прочности и материалы резьбовых деталей приведены в табл. 7. 1.

Класс прочности обозначается двумя числами. Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение предела прочности в МПа, второе, деленное на 10, указывает отношение предела текучести к пределу прочности, а, следовательно, их произведение, умноженное на 10, представляет собой предел текучести.

Табл.7.1.

Механические характеристики материалов резьбовых деталей

Класс прочности болта σ_в МПа σ_τ, МПа Марки стали

min max Болт Гайка

3.6 СтЗ; 10 Ст 3

4.6 Ст 3

5.6 30; 35

6.6 35;45;40Г

8.8 35Х; 38ХА; 20; 35;45,

10.9 40Г2; 40Х; 30ХГСА 35Х; 38ХА

При стесненных габаритах выбирают резьбовые детали высоких классов прочности, что позволяет снизить массу узла. При опасности перекосов опорных поверхностейследует выбирать, болты из стали повышенной пластичности. Головки часто завинчиваемых и отвинчиваемых винтов, концы стопорных винтов планируют для получения высокой твердости. Сильно напряженные винты из легированных сталей, а также среднеуглеродистой качественной стали подвергают улучшению или закалке. Термообработкой достигают повышения прочности винтов на 75 %.

Применяют механические способы упрочнения винтов — обкатку резьбы и переходного участка от головки к стержню.

В машинах, для которых решающее значение имеет уменьшение массы (самолеты), широко применяют винты из титановых сплавов (ВТ14, ВТ16). Масса винтов из титановых сплавов при одинаковых нагрузках вследствие меньшей плотности титана составляет 60 % от массы винтов из сталей.

В отдельных резьбовых соединениях применяют также шайбы и гаечные замки. Обыкновенные шайбы представляют собой подкладки, помещаемые под гайки, головки болтов и винтов и служащие для увеличения опорной поверхности. Гаечные замки применяют для удержания гаек и винтов от самоотвинчивания. Для завинчивания и отвинчивания винтов со шлицами пользуются отвертками. Для завинчивания и отвинчивания остальных винтов и почти всех гаек применяют гаечные ключи.

Две детали, сопрягаемые резьбой (болт и гайка, винт и гайка и т. д.), называют винтовой парой.

Профиль резьбы определяется формой сечения витков в осевой плоскости. По форме профиля различают треугольную, прямоугольную, в частности квадратную, трапецеидальную и круглую резьбы. В зависимости от формы стержня, различают цилиндрические и конические резьбы. Резьба, расположенная на наружной поверхности детали, называется наружной, а на внутренней поверхности — внутренней. В зависимости от направления вращения контура, образующего резьбу, различают правую (см. рис. 25 б) и левую (рис 25, а)резьбы.

Рис.25.

Во всех случаях, когда нет необходимости применять левую резьбу, пользуются только правой резьбой. В зависимости от количества ниток резьбы, из, которых она образована, различают однозаходную, двухзаходную и другие резьбы. В резьбовых соединениях применяют исключительно однозаходные резьбы, как наиболее надежные в отношении самоторможения резьбовых деталей и предохраняющие их от самоотвинчивания. Многозаходные резьбы (двухзаходные, трехзаходные и т. д.) применяются в передачах винт — гайка и червячных.

По назначению различают:

крепежные резьбы, предназначенные для скрепления деталей;

крепежно-уплотняющие резьбы, служащие не только для скрепления соединяемых деталей, но и создания герметичности их соединения;

резьбы для передачи движения, применяемые в передачах винт — гайка и червяках червячных передач.

В качестве крепежной применяют преимущественно треугольную резьбу, так как она наиболее прочная, обеспечивает большое трение на поверхности резьбовых деталей, проста и удобна в изготовлении и тем самым увеличивает надежность предохранения от самоотвинчивания. В качестве крепежно-уплотняющей резьбы также применяют треугольную резьбу, которая отличается от треугольной крепежной резьбы отсутствием радиальных зазоров между соединяемыми резьбовыми деталями. Резьбы других профилей применяют в основном для деталей, передающих движение.

Основные параметры резьбы (цилиндрической): форма и размеры профиля; наружный d(D), внутренний d₁ (D₁) и средний d₂(D₂) диаметры резьбы, угол подъема резьбы ψ, шаг резьбы Ρ — расстояние между одноименными сторонами двух рядом расположенных витков, измеренное в направлении осевой линии резьбы; ход резьбы Р_h — это расстояние, на которое переместится болт или винт вдоль своей осевой линии за один оборот; число заходов резьбы п, т. е. число ниток резьбы, приходящихся на ее ход. Для однозаходной резьбы шаг и ход резьбы равны между собой (рис.27), Наружный диаметр d резьбы является ее номинальным диаметром. Средний диаметр резьбы

d₂ = 0,5(d + d₁) (7.1)

Из развертки на плоскость винтовой линии по среднему диаметру резьбы (рис. 26) следует, что

(7.2)

Рис. 26.

Распределение осевой нагрузки по рабочим виткам. В резьбовых соединениях осевая растягивающая нагрузка распределяется неравномерно по рабочим виткам резьбы. Впервые закон распределения был исследован и установлен Н. Е. Жуковским (1846—1921).

В резьбовом соединении с гайкой, работающей на растяжение, и с нормальной податливостью винта и гайки эпюра распределения давления между витками получается с минимумом в средней части длины свинчивания. В связи с тем, что винты, как правило, работают со значительной силой начальной затяжки, для большей части винтов в машиностроении применяют расчеты на статическую нагрузку.

Рис. 27. Схема распределения нагрузки между витками резьбы по Η. Ε. Жуковскому

Выход из строя винтов в указанных условиях нагрузки может происходить по одной из следующих причин:

1) разрыв стержня по резьбе или по переходному сечению;

2) повреждение или разрушение резьбы (смятие и износ, срез, изгиб);

3) разрушение у головки.

Эти исследования выявили природу и степень неравномерности распределения нагрузки по рабочим виткам резьбы. Принципиальная картина распределения нагрузки по виткам резьбы для соединения типа болт — гайка показана на рис. 27.Увеличение высоты гайки практически не влияет на характер распределения.

Гайки растяжения получили ограниченное распространение вследствие не технологичности конструкций. Более технологичной является конструкция гайки с торцовой выточкой и удаленным первым, наиболее нагруженным витком (рис. 28, вариант А),представляющая собой разновидность гайки растяжения.

Рис. 28.

Гайки шестигранные при одних и тех же диаметрах резьбы и высоте различают нормальные и облегченные, т. е. с меньшими наружными размерами.

Шестигранные гайки изготовляют нормальной высоты,низкие, высокие и особо высокие. Шестигранные прорезные и корончатые гайки бывают нормальной высоты и низкие. Наиболее распространены шестигранные гайки. К специальным гайкам относятся: шестигранные гайки для крепления колес автомобилей, гайки, служащие для герметизации резьбовых соединений и ряд других.