Рис. 82. К определению разности шагов резьбы гайки и стержня

h = zAs, где As - превышение шага резьбы гайки над шагом резьбы стержня; z - число предшествующих витков (считая от верхнего, плотно прилегающего витка).

Этот зазор h должен быть выбран деформацией растяжения i стержня и деформацией сжатия гайки под действием силы Р, т. е. должно быть соблюдено равенство h = Хр +

Деформация растяжения стержня

Деформация сжатия гайкн PI

где / = zs -длина резьбового соединения; Е-модуль упругости (предполагается, что материал стержня и гайки одинаков); - плошадь сечения нарезной части стержня; f j ~ площадь сечения гайки.

Следовательно,

Отсюда As Р

где - напряжение растяжения в нарезной части стержня. Приближенно можно принять

F,=-(s-da

4 4

где dp - средний диаметр резьбы; S - размер гайки «под ключ». Тогда

в диапазоне наиболее употребительных диаметров крепежных резьб (d ="8 20 мм) отношение

- » 0,67 для облегченных гаек, - » 0,6 для нор-

мальных гаек. Следовательно,

=(1.В.1.5).

(10)

где коэффициент 1,8 относится к облегченным гайкам, 1,5 - к нормальным.

На диаграмме (рис. 83) приведены в функции рас-

тягивающего напряжения о, в стержне значения-

для облегченных и нормальных гаек, подсчитанные по выражению (10). Величина £ принята равной 22-10* МПа (сталь).

При обычных в силовых соединениях напряжениях

Oi = 200 МПа значение - для облегченной гайки

равно 0,0016. Следовательно, при шаге резьбы 2 мм шаг резьбы гайки должен быть больше шага резьбы болта на 0,0016-2 = 3,2 мкм.

Из диаграммы (рис. 83) видно, что необходимая разность шагов зависит от величины напряжения в стержне. Следовательно, в соединении с разностью шагов, определенной по расчетному напряжению, в начале нагружения будут работать верхние витки. С приближением нагрузки к расчетной нижние поверхности всех витков стержня ложатся на верхние поверхности витков гайки, и наступает равномерное распределение нагрузки между витками. При превышении расчетной нагрузки более нагруженными окажутся нижние витки.

Зависимость разности шагов от величины напряжения косвенно подтверждает сделанный вывод о целесообразности максимального Лве-личения сечений нарезной части стержня и гайки, т. е. диаметра резьбы.

Другие способы увеличения равномерности распределения сил по виткам: придание резьбе в гайках небольшой конусности (рис. 84, 85),

As/s

о.оого aoors

0,0010

ojms

10 15 20е,Ю,НПа "

Рис. 83. Относительная разность шагов As/s в функции напряжении cij в стержне:

/-облегченные гайки; -нормальные гайки

Рис. 84. Гайка с конической резьбой

Рис. 85. Профиль резьбы в соеданениях с конической резьбой в гайке

Рис. 88. Профиль резьбы с увеличенной податливостью витков

Рис. 86. Гайка со срезом резьбы на конус

Рис. 87. Профиль резьбы в соединениях со срезом резьбы в гайке иа конус

срез нижних витков резьбы гайки на конус (рис. 86, 87), применение резьбы специального профиля с увеличенной податливостью витков (рис. 88), покрытия - нетехнологичны и менее эффективны. Коническая резьба, например, не допускает нарезания напроход, что является непременным условием высокопроизводительного нарезания гаек в массовом производстве. Срез резьбы на конус требует дополнительной (индивидуальной) обработки.

На рис. 89 показана гайка с предварительно обжатыми верхними витками при свободных нижних витках - конструкция, практически равноценная гайкам с конической резьбой.

Более равномерному распределению нагрузки по виткам способствует введение пластичной или упругой прослойки между витками

Рис. 89. Гайка с обжатыми верхними витками

гайки и стержня (например, кадмироваиие или цинкование резьбы). Недостаток этого способа - истирание прослойки со временем (в особенности в часто разбираемых соединениях). На рис. 90 показаны другие способы повышения равномерности распределения иафузки по виткам.

На рис. 90,/- VII представлены гайки с разгружающими выточками у нижних витков. Конструкция преследует, двоякую цель - с одной стороны увеличить податливость нижних витков, а с другой - обеспечить обжатие верхних витков силами, действующими иа опорную поверхность гайки при затяжке. Последний эффект особенно характерен для конструкции на рис. 90,/К В конструкциях на рис. 90, VIII, IX тот же эффект достигается введением сферических шайб под гайку, которые, кроме того, придают гайке способность самоустанавливаться.

На рис. 91 показаны конструктивные разновидности гаек растяжения; на рис. 92,I-VI -гаек растяжения-сжатия. В конструкции иа

Рис. 90. Гайки с разгру-жающимя выточками у нижних витков

3 Основы конструнровання, кн. 2

Рис. 91. Ганки растяжения

рис. 92,1V, Топорной поверхности гайки придана коническая форма с целью увеличения эффекта упругого обжатия верхних витков. Этот эффект в конструкции на рис. 92, VI усилен радиальными прорезями в верхней части гайки.

Рис. 92. Гайки растиженин-сжатня

I i ш ш

Рис. 93. Установка «висячих» гаек на нодставках

болты: 1) нормальной точности; 2) повышенной точности; 3) грубой точности.

Резьба для стандартных болтов применяется метрическая с крупным и мелким шагом. При выборе шагов резьб предпочтение следует отдавать крупным шагам.

По ГОСТ 1759 - 70 для болтов, винтов, шпилек из углеродистых и легированных сталей установлены классы прочности: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 6.9; 8.8; 10.9: 12.9; 14.9. Первое число, умноженное на 100, определяет минимальное временное сопротивление в МПа; второе число, разделенное на 10, определяет отношение предела текучести к временному сопротивлению; произведение чисел определяет предел текучести в МПа, уменьшенный в 10 раз. Для гаек из тех же сталей установлены классы прочности: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14. Число, обозначающее класс прочности, умноженное иа 100, дает предельное напряжение в МПа.

Для болтов, винтов и шпилек из коррозионно-стойких, жаропрочных, жаростойких и теплостойких сталей установлены группы, определяющие их свойства: 21, 22, 23, 24, 25, 26. Механические свойства гаек из тех же сплавов установлены по группам: 21, 23, 25, 26.

Основные типы болтов представлены на рис. 94.

На рис. 94, / показан «жесткий» болт с диаметром стержня, равным наружному диаметру резьбы. Эта форма сохранилась только для малонагруженных или коротких болтов. В ответственных случаях применяют «упругие»

Общий недостаток «висячих» гаек - необходимость увеличения диаметра отверстия в корпусе под «юбку» гайки, иногда с разделкой отверстия иа конус (как в конструкциях на рис. 92,IV- VI),- преодолевается установкой гаек иа подставках (рис. 9X1-ИТ). В конструкции на рис. 93,подставкой является пружинная чашка, служащая одновременно для упругого стопорения гайки от самоотвертывания.

БОЛТЫ

Стандартные болты по степени точности (качеству обработки) поверхности делят на

/ / /V V

Рис, 94. Основные типы болтов