Методичні матеріали для вивчення теми «Нарізні з'єднання»

Лекція з дисципліни «Технічна механіка»

Галузь знань: 20 «Аграрні науки та продовольство»

Розробила викладач Лоїк О.А.

Нарізні з’єднання

1. Загальні відомості, застосування. Конструктивні форми нарізних з’єднань.
2. Стандартні кріпильні деталі, їх матеріали. Способи стопоріння нарізних з’єднань.
3. Найпростіші випадки розрахунку на міцність.

1. Нарізними називають такі з’єднання, які виконують за допомогою деталей, що мають нарізь. 

Елементи різі

• Бокова сторона — частина гвинтової поверхні різі, розташована між вершиною і западиною, що має в площині осьового перерізу прямолінійний профіль.
• Вершина — частина гвинтової поверхні різі, що з'єднує суміжні бокові сторони різі по верху її виступу.
• Виступ — частина матеріалу деталі, яка виступає й обмежується гвинтовою поверхнею.
• Виток — частина виступу, що відповідає одному повному оберту точок гвинтової поверхні відносно осі.
• Вісь — вісь, відносно якої утворена гвинтова поверхня.
• Гвинтова лінія — лінія, утворена на бічній поверхні реального чи уявного циліндра (для конічної різі — конуса) точкою, яка переміщається таким чином, що відношення її між осьовим переміщенням і відповідним кутовим переміщенням постійне (але не дорівнює нулю чи нескінченності).
• Гвинтова поверхня — поверхня, утворена кривою, яка лежить в одній площині з віссю і переміщається відносно осі таким чином, що кожна точка кривої рухається по гвинтовій лінії.
• Заглибина — частина гвинтової поверхні різі, що з'єднує суміжні бокові сторони різі по дну її канавки.
• Захід — початок виступу різі.
• Збіг — місце переходу різі до гладкої частини деталі, де різь має неповний профіль.
• Канавка — простір між виступами.
• Профіль — профіль канавки і виступу в площині осьового перерізу різі.

Параметри різі

• Крок — відстань між відповідними точками двох сусідніх витків (наприклад, вершин), виміряне паралельно осі різі (у конічної різі — довжина проєкції на вісь відрізка, що з'єднує сусідні гребені профілю різі).
• Хід — відстань між відповідними точками на поверхні гвинтової нитки за один оборот контуру, виміряна паралельно осі різі. Для однозахідної різі хід дорівнює кроку, для двозахідної — двом крокам, для тризахідної — трьом.
• Висота профілю — висота профілю між заглибиною і вершиною, виміряна в напрямку, перпендикулярному осі різі.
• Висота вихідного профілю — висота профілю (виміряна в напрямку, перпендикулярному осі різі) між уявними точками, утвореними перетином продовжень бокових сторін профілю.
• Кут профілю — кут, утворений боковими сторонами профілю.
• Зовнішній діаметр — діаметр уявного циліндра (конуса), описаного навколо вершин зовнішньої різі або навколо заглибин внутрішньої. Зазвичай вважається номінальним і використовується для позначення різі.
• Середній діаметр — діаметр уявного циліндра (конуса), співвісного з наріззю, який перетинає її витки посередині між вершинами і заглибинами.
• Внутрішній діаметр — діаметр уявного циліндра (конуса), описаного навколо заглибин зовнішньої різі або навколо вершин внутрішньої.

Нарізним називається з'єднання різьбленням двох частин, одна з яких має зовнішню, а інша - внутрішню різьбу. З експлуатаційного використання з'єднання розрізняють спеціальні та загального застосування, які застосовуються для з'єднання одного типу елементів конкретного механізму. Різьба, отримана з зовнішньої циліндричної поверхні, називається зовнішньою (умовно - болт), а одержана по внутрішній циліндричній поверхні - внутрішньої (умовно - гайка). Різьбові з'єднання деталей широко використовуються в машинобудуванні (у більшості сучасного транспорту понад 60% усіх елементів мають різьбу). 

За формою основної поверхні розрізняють:

За формою профілю різьби розрізняють:

За напрямком гвинтової лінії розрізняють:

За числом заходів розрізняють:

Нарізь може бути нанесено на зовнішню або внутрішню циліндричну чи конічну поверхні – відповідно:

За призначенням нарізі поділяють:

Головними параметрами є:

• d(D) - зовнішній діаметр, різьба по якому позначається умовно;
• d₁ (D₁) - внутрішній діаметр гвинта (гайки);
• d₂(D₂) - середній діаметр, тобто діаметр представляється співвісного з різьбленням циліндра;
• p-крок, відповідає відстані між сусідніми однаковими (лівими або правими) бічними гранями профілю в напрямку, паралельному осі різьби;
• р₁-хід, який відповідає відносного поздовжнього пересування за один оборот гвинта (гайки) і дорівнює добутку кроку на число заходів, p₁=р·n; для 2-х і 3-заходних гвинтів, коли відбувається одночасне навивка відповідно 2-х та 3-х дротів зазначеного розміру, величина ходу дорівнює відповідно 2p — для 2-заходного гвинта і 3р — для 3-заходного;
• α - кут профілю, придатність різьблення визначає кут нахилу бічних сторін, рівний для симетричних різьбових /2;
• кут підіймання гвинтової лінії.

Класифікація нарізних з’єднань така:

- залежно від характеру навантаження і способу збирання поділяють на ненапружені (зібрані без попереднього затягування) і напружені (зібрані з попереднім затягуванням);

- залежно від призначення розрізняють з’єднання міцні і міцно-щільні;

- залежно від кількості болтів розрізняють з’єднання з одиноким болтом і групові. У групових з’єднаннях можливий рівномірний і нерівномірний розподіл навантаження.

2. Різьбові з’єднання здійснюють з застосуванням кріпильних деталей, до яких належать болти та шпильки з гайками, гвинти. При необхідності різьба нарізується на сполучених поверхнях деталей, що з’єднуються.

Запобігання самовідгвинчуванню різьбових деталей є важливим заходом у підвищенні надійності з'єднань деталей.

У з'єднаннях деталей із кріпильними різьбами забезпечується самогальмування, оскільки кут тертя між витками різьби гвинта та гайки значно перевищує кут підйому гвинтової лінії. Крім цього, самовідгвинчуванню чинять опір сили тертя між деталями та опорними поверхнями гайки чи головки болта (гвинта). Але самогальмування різьбового з'єднання надійно реалізується тільки при статичному навантаженні. При дії змінних (вібраційних чи ударних) навантажень різко знижується коефіцієнт тертя між витками, умови самогальмування порушуються і спостерігається самовідгвинчування різьбових деталей, що може спричинити руйнування з'єднання або навіть аварійний стан у роботі машини.

Щоб запобігти самовідгвинчуванню, слід використовувати стопорні пристрої, робота яких базується або на створенні додаткових сил тертя, або на використанні спеціальних замкових засобів.

Пристрої, що базуються на створенні додаткового тертя:

 Контргайка створює додатковий натяг і додаткові сили тертя в різьбі. Пружинна шайба підтримує натяг і додаткові сили тертя в різьбі на деякій ділянці самовідгвинчування (до 1-1,5 оберта гайки). Крім цього, пружність шайби значно зменшує вплив вібрації на тертя в різьбі. Стопоріння розвідним шплінтом застосовують для корон-частих гайок.шплінт являє собою виріб у вигляді дроту зі сталі, яка зігнута навпіл і має петлю тосно на місці згину. Кінці шплінта відгинають. Стопоріння дротом застосовують для парних болтів і цілих груп. При такому стопорении необхідно стежити за тим, щоб натяг дроту сприяло затягуванню гвинтів. Для запобігання самовідгвинчування різьбових з'єднань нерідко використовують склеюють матеріали - пасти, лаки, фарби і клеї, які або значно збільшують коефіцієнт тертя в різьбі, або склеюють між собою деталі кріплення.Склеюють матеріали наносяться на різьблення безпосередньо перед загвинчуванням.  Використання плоских стопорних шайб з лапками (однією або двома), при якому положення гайки щодо деталей, що з'єднуються за допомогою болта і гайки, фіксується при загинання одного з лапок на грань деталі, що з'єднується. А інша лапка шайби або її сегменти (шайба у цьому випадку має діаметр, првосходящий розмір гайки) загинається на межі гайки (головки болта,- якщо вона шестигранна.)

3. Розрахунок ненапруженого різьбового з’єднання. 

До ненапружених нарізних з’єднань відносять такі, у яких до прикладання зовнішніх навантажень не виникають напруження – вони попередньо незатягнуті. Прикладом такого з’єднання може бути кріплення гака на поперечині.

Під час навантаження гака силою  в стрижні, де виконано нарізь, діє сила , яку спричинює деформація розтягу. Небезпечним перерізом буде переріз на нарізній ділянці, площа якого  . Відповідно умова міцності для перевірного розрахунку стрижня нарізі на розтяг

За проектного розрахунку, із записаної умови міцності, визначають потрібний внутрішній діаметр нарізі:

Отримане значення  округлюють до стандартного і вибирають всі розміри нарізі.

Допустиме напруження:

де  – коефіцієнт запасу міцності болта.

Розрахунок нарізного з’єднання чистовим болтом

Розглянемо на прикладі нарізного з’єднання навантаженого поперечною силою , коли болт чистовий, поставлений в отворі без зазору, а затягування болта необов’язкове.

Болт у цьому нарізному з’єднанні розраховують за умовами міцності на зріз і зминання:

де  – менша із двох товщин або .

Потрібний діаметр стрижня болта може бути визначений із цих умов міцності на зріз і зминання:

Приймаємо  більше або рівне більшому, округлюючи до стандартного ряду  Ra 5. Діаметр нарізі d приймаємо меншим близьким до . Допустимі напруження на зріз  , а напруження зминання .

Розрахунок напруженого нарізного з’єднання

До напружених нарізних з’єднань відносять такі, у яких до прикладання зовнішніх навантажень виникають напруження – вони попередньо затягнуті. Розглянемо на прикладі нарізного з’єднання навантаженого поперечно-зсувною силою , коли болт чорновий, поставлений в отворі зі зазором. Умова відсутності зсуву деталей з’єднання має вигляд , де f– коефіцієнт тертя ковзання в стику деталей. До роботи таке з’єднання необхідно попередньо затягнути. Під час затягування стрижень болта розтягується осьовою силою  і одночасно скручується моментом сил тертя у нарізі . Для такого випадку міцність болта оцінюють за еквівалентним напруженням:

де – напруження розтягу;  – напруження кручення.

Небезпечним перерізом для болта є переріз з найменшим діаметром   на нарізній ділянці.

а напруження кручення

Після підставлення   і    в умову міцності дістанемо:

де  – коефіцієнт, що враховує скручування болта під час затягування

Для стандартних нарізей ;  – осьова сила затягування.

Підчас проектного розрахунку, із умови міцності, визначають потрібний внутрішній діаметр нарізі

Отримане значення  округляють до стандартного і вибирають всі розміри нарізі.

Література

• Павлище В. Т., Данило Я. Я. Різьби, різьбові з'єднання та кріпильні деталі. Довідник — Львів : Інтелект-Захід, 2001. — 239 с.
• Бірюков М. Косівські різьб'ярі. — Л. : Кн.-журн. вид-во, 1954. — 32 с.
• Якухин В. Г., Ставров В. А. Изготовление резьб. Справочник. — М. : Машиностроение, 1989. — С. 192.
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.

Посилання

• Різьба // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 171. — ISBN 978-966-7407-83-4.
• Резьба. Як це українською?