свыше (0,22 - 0,25)5 снижает прочность вследствие уменьшения несущей поверхности витков и повышения напряжений смятия.

Болты с диаметром стержня, равным диаметру d резьбы (рис. 269, г), в ответственных соединениях почти не применяют. Для снижения уровня напряжений в резьбе выгодно увеличивать диаметр d резьбы, i для повышения упругости и ударопрочности болта, а также для снижения массы одновременно уменьшать диаметр стержня до получения одинаковой прочности резьбы и стержня или, лучше, с некоторым запасом прочности в резьбе.

Условие равнопрочности резьбы и стержня

где d„ - внутренний диаметр резьбы; - эффективный коэффициент концентрации напряжений во впадине резьбы.

При средних значениях = 0,9d и fcj = 1,5 2,0

0,65 .0,70.

Болты с уменьшенным диаметром стержня менее чувствительны к перекосам и допускают обработку резьбы высокопроизводительным методом накатывания.

Резьбовой пояс, а также головка болта должны быть соединены со стержнем плавными [R>3(<i -do)] галтелями. Предпочтительны эллиптические галтели (рис. 269,д). Подиу-тренные галтели (рис. 269, е) применяют, когда допустимо некоторое увеличение размеров головки. Оптимальная по прочности форма головки - коническая (рис. 269, ж).

Необходимо предупреждать изгиб болтов, причинами которого являются перекосы опорных поверхностей и асимметрия сечений стягиваемых деталей относительно оси болта. Неперпендикулярность торцов гайки и головки болта, непараллельность среднего цилиндра резьбы относительно оси болта, а также перекос опорных поверхностей стягиваемых деталей относительно оси отверстия не должны превышать 30. Б соединениях, где неизбежен перекос (например, вследствие резкого смещения сечений стягиваемых деталей относительно оси болта), целесообразно устанавливать под гайки и головки болтов сферические шайбы или пружинные элементы (рис. 269, з).

Циклическая прочность повышается с уменьшением зазора в резьбе и имеет максимальное значение при натяге (0,002 - 0,004)d, что соответствует посадке ЗНбН/Зр. Для гаек из легких сплавов рекомендуется посадка 2Н5Н/Зр. Повышение прочности обусловливается уменьшением напряжений изгиба вит-

ков (стесненный изгиб) и приближением схемы нагружения к чистому сдвигу.

При более высоких натягах прочность соединений снижается вследствие увеличения напряжений смятия в резьбе, а также уменьшения свободы самоустановки гайки относительно опорных поверхностей. Кроме того, повышение натяга резьбы увеличивает момент затяжки.

Важное значение имеет распределение нагрузки по виткам резьбы. В гайках обычной конструкции (гайки сжатия) деформации гайки и болта под нагрузкой противоположны по знаку: гайка работает на сжатие, а болт - на растяжение. Если в свободном состоянии витки гайки и болта совпадают (рис. 270, а), то с приложением нагрузки Р, когда резьбовой пояс болта растягивается на величину /,, а гайка сжимается на величину /2 (рис.*270,б), первые (от опорной поверхности гайки) витки болта соприкасаются с первыми витками гайки и воспринимают большую часть нагрузки. Наиболее нагружен крайний виток, прочность которого лимитирует несущую способность соединения.

В настоящее время разработаны многочисленные приемы выравнивания нагрузки по виткам. Технологически наиболее простой способ - увеличение шага резьбы гайки на 2 - 4% по сравнению с шагом Sg резьбы болта. Кроме того, в соединении предусматривают повышенные радиальные зазоры, обеспечивающие самоустановку гайки относительно болта в плоскости, перпендикулярной к его оси. В свободном состоянии верхний виток болта соприкасается с верхним витком гайки (рис. 270, в); между последующими витками образуются прогрессивно увеличивающиеся зазоры й,, /ij, /13. С приложением нагрузки Р, когда болт растягивается, а гайки сжимаются, витки болта последовагельно ложатся на вит-

а) 5) В)

Рис. 270. Распределение на[рузки по виткам

РЕЗЬБОВЫЕ (. ОЕДИНЕНИЯ

Рис. 271. Распределение нагрузки по виткам

ки гайки (рис. 270, г). Вполне равномерное распределение нагрузки достигается лишь при определенной расчетной величине Р, согласованной с разницей шагов резьбы гайки и болта. Однако и при близких к ней значениях нагрузка на витки распределяется более равномерно, чем в резьбах с одинаковым шагом.

Неравномерность нагрузки сглаживается осевой деформацией наиболее напряженных витков и радиальной деформацией наиболее напряженных поясов гайки. Для выравнивания нагрузки целесообразно увеличивать податливость гаек, выполняя их из менее твердого материала, чем болт (для стальных гаек и болтов рекомендуемое соотношение твердости гайки и болта 0,7 0,8), а также из материалов с низким модулем упругости, в результате чего пик напряжений, наблюдаюшийся у гаек сжатия (рис. 271, а), выравнивается.

Повышенную радиальную податливость обеспечивают продольные пазы, используемые для завертывания гаек (рис. 271,6).

Другой способ выравнивания нагрузки - введение пластичных прослоек между витками гайки и болта (бронзирование, алюминирова-ние, цинкование, кадмирование, силиконирова-ние резьбы), заливка гаек пластичными металлами (рис. 271, в). Эффективный, но технологически сложный способ - установка в гайке бронзовой спирали с витками ромбического профиля (рис. 271, г). По>1имо выравнивания нагрузки пластичные прослойки предупреждают фрикционный наклеп и контактную коррозию витков. Для этой же цели (но без выравнивающего эффекта) применяют сульфиди-рование, силицирование, мягкое азотирование резьбы.

Способствуют выравниванию нагрузки увеличение профильного угла резьбы (увеличение радиальных сил на гайку), придание небольшой конусности (1 :100 1:200) резьбе гайки или болта (рис. 271, () и е) или срез на конус гребешков витков гайки или болта. Предпоч-

тительнее корректировка резьбы болта, так как придание конусности резьбе гайки затрудняет поточное изготовление гаек и осложняет монтаж.

В гайках растяжения (рис. 271,ж) резьбовой пояс работает, как и болт, на растяжение, что способствует выравниванию нагрузки. В сочетании с конической выборкой на конце болта гайки растяжения обеспечивают вполне равномерное нагружение витков. Однако равномерное распределение нагрузки не является наилучшим. Целесообразно разгрузить от изгиба и смятия нижние, наиболее напряженные на растяжение витки болта и подгрузить верхние, не испытывающие растяжения, т. е. придать эпюру нагрузки форму, обратную начальной (рис. 271, а). Такое распределение нагрузки обеспечивают п о л у р а -стянутые гайки (рис. 271,з), у которых силы реакции на опорных поверхностях (черные стрелки) сжимают верхние витки (светлые стрелки) и разгружают нижние. Эффект сжатия выражен еще более резко у полурастянутых гаек с конической опорной поверхностью (рис. 271, и). Такой же результат дают корсетные гайки (рис. 271,к), у которых силы реакции передаются непосредственно на верхние витки. Корсетные гайки в отличие от конструкций, приведенных на рис. 271, ж -и, не требуют увеличения диаметра отверстия под гайку. В конструкции на рис. 271, л нагружение крайних витков достигается предварительным обжатием верхнего воротника гайки (тонкие стрелки).

Профиль гаек растяжения определяется из следующих соображений. Пусть длина резьбового пояса гайки равна h (рис. 272, а). По условию равномерного распределения необходимо, чтобы сила, растягивающая гайку, в любом сечении, находящемся на расстоянии X от начала резьбы, была

Рг=Р

где Р - сила, действующая на болт.

1572

Рис. 272. К определению формы гаек растяжения

Сила, растягивающая болт, в этом же сечении

(12)

Из условия совместности деформаций относительные удлинения гайки и болта в любом сечении должны быть равны между собой.

где Fj-; Fq и Е: Eq соответственно площади поперечного сечения и модули упругости материалов гайки и болта.

Подставив в это уравнение значения Рг " Рб формул (И) и (12), получаем

Fr = F6

И-х £г

(13)

Вводя в формулу (13) значения = 0,785(D-d) и f6=0,785di„ = 0,785-0,8d, где D-текущий диаметр гайки; - диаметр резьбы; вн - внутренний диаметр резьбы (dg„ х 0,8<i), находим

D = d

/1+0.8

(14)

Ег И-х

При X = О диаметр гайки D = d, а при х = h должен быть равен оо. При любом конечном значении диаметра (в плоскости начала резьбы) нагрузка на витки будет неравномерной.

Равномерного распределения можно достичь уве-пичением податливости конца болта. Пусть в стерж-*не болта сделана коническая выборка с вершиной конуса в плоскости конца резьбы (рис. 272,6), теку-Щий диаметр которой

8 = So = fld,„=0,9adp

где 9о - начальный диаметр выборки, выраженный в долях внутреннего диаметра резьбы (9о = а(?вн = = 0,9ad).

Текущее сечение болта на участке h

\ 2 -1

Еб = 0,785.0,8

Шодставив в формулу (13) значение Eg и прежнее значение Е = 0,785 (D - d), находим текущий диаметр гайки:

D = d

1 +0,8

(15)

На рис. 272, е показаны определенные по этой формуле профили гаек для а = 1; 0.9 и 0,8 (принято Eg/Er = 1). Эти формы реально выполнимы. Конструктивное приближение к теоретической форме для я = 0,9 показано на рис. 272, г. Сечение гайки на участке выше пояса резьбы определяется из условия прочности гайки на растяжение.

Для стальных болтов и гаек из титановых сплавов

(£g/Ef = = 1,75) максимальный диаметр гайки

(для x = h) при а= 0,9 согласно формуле (15) равен 2,9i/- для гаек из алюминиевых сплавов (Eg/£r = 21

= 2,9) равен 3,6rf. 7.2

Шпильки. Шпильки применяют преимущественно для соединения корпусов из легких сплавов и чугунов, у которых во избежание разработки витков предпочтительна посадка ЗНбН/Зп в резьбе. Учитывая механические свойства этих материалов, применяют крупные резьбы (по верхним для каждого данного диаметра резьбы значениям s/d), в среднем с щагом, не меньшим 1,25 -1,5 мм. Длину завертывания / делают равной: для корпусов из стали, высокопрочных чугунов и титановых сплавов 1,25 -l,5d; бронз и серых чугунов l,5-2d; сплавов А1 и Mg 2-2,5d.

Прочность соединения шпилек во многом зависит от способа завертывания. При завертывании с упором в обрез отверстия (рис. 213,1) в резьбовом поясе шпильки возникают растягивающие напряжения, наибольшие в начальном витке, совпадающем с обрезом отверстия, а в резьбовом поясе корпуса - напряжения сжатия. При нагружении соединения силой предварительной затяжки напряжения растяжения в шпильке и сжатия в корпусе возрастают.

С приложением рабочей нагрузки в корпусе возникают растягивающие напряжения. Напряжения растяжения в шпильке возрастают.