Рис. 273. Установки шпилек

НО одновременно уменьшается сила, оказываемая на шпильку сжатым участком корпуса. Суммарное напряжение растяжения в шпильке зависит, с одной стороны, от рабочей нагрузки, а с другой - от напряжения сжатия, созданного в корпусе при завертывании, т. е. от силы затяжки шпильки в корпусе.

Конструктивные разиовилиости крепления: упор в витки резьбы шпильки, нарезанной «на выход» (2), в буртик (3), в головку (4), используемую для завертывания шпильки. Для уменьшения концентрации напряжений, а также для обеспечения обработки резьбы напроход наиболее производительным способом накатывания участок перехода резьбы в стержень выполняют в виде шейки с плавными галтелями (5, 6). В глухих отверстиях возможно завертывание с упором удлиненного конца шпильки в днише отверстия (7) или с упором

конечных витков шпильки в витки отверстия с неполным профилем (8).

При завертывании в резьбовом поясе шпильки образуются напряжения сжатия, наибольшие в конечном витке, а в резьбовом поясе отверстия - напряжения растяжения. При затяжке соединения в начальных витках шпильки возникают напряжения растяжения; напряжения сжат1Я в резьбе отверстия умёщ.-шаются. С.приложением рабочей нагрузки напряжения растяжения в шпильке возрастают, но конечное их значение меньше, чем при первом способе завертывания. Конечные напряжения разрыва в корпусе больше, чем при первом способе вследствие сложения рабочих напряжений разрыва с напряжениями, созданными при завертывании шпильки.

Таким образом, при первом способе завертывания больше нагружается шпилька.

а при втором - корпус. Максимальные напряжения в обоих случаях зависят от силы, приложенной к шпильке при ее завертывании. Так как затяжка должна быть достаточно большой, чтобы предупредить самоотвертывания шпильки, то на практике возможно в первом случае перенапряжение шпильки, а во втором - корпуса. Следовательно, завертывать шпильки необходимо регламентированной силой.

Установка шпилек на самотормозящей резьбе (9) не вызывает в системе дополнительные напряжения, за исключением незначительных, обусловленных натягом напряжений радиального сжатия шпильки и растяжения стенок отверстия. Чтобы выдержать заданную высоту свободного конца шпильки, необходима регулировка глубины завертывания, но ее можно избежать, если предусмотреть останов в виде гладкого пояса на шпильке (10). При затяжке на останов нельзя прилагать силы, превышающие сопротивление в резьбе, обусловленное натягом, во избежание появления в шпильке дополнительных напряжений растяжения. Равноценные результаты дает установка шпилек на самотормозящей конической резьбе (11), но также tipK условии завертывания регламентированной силой, иначе можно создать в резьбе чрезмерный натяг, ослабляющий отверстие и увеличивающий напряжения смятия на витках.

Установка шпилек на эпоксидных клеях не вызывает в системе дополнительных напряжений, облегчает монтаж (при посадке с зазором в резьбе), допускает регулировку глубины завертывания и способствует равномерному распределению нагрузки по виткам. Способ, однако, применим в соединениях, работающих при температурах ниже 150 -200 °С.

Если допускает конфигурация корпуса, то ввертный конец шпильки дополнительно крепят гайкой (12), что в значительной степени разгружает резьбу шпильки и способстбует равномерному распределению нагрузки по виткам. Распределение нагрузки по виткам в бобышках обычной конструкции (13) можно улучшить введением разгружающей кольцевой выборки (14) или (если позволяет конструкция) переменой положения бобышки (15).

Наиболее эффективный способ повышения циклической прочности шпилек - увеличение диаметра резьбы с введением разгружающей конической выборки на торце шпильки (16).

При креплении в корпусах из мягких материалов (легкие сплавы, пластики) шпильки устанавливают в футорках - втулках, выполненных из мягкой стали или бронзы, на-1Л>хо завертываемых в корпус (17). В чугунных корпусах футорки применяют для

увеличения равномерности распределения нагрузки по виткам.

Внутренний диаметр резьбы футорки из условия равнопрочности футорки и шпильки на разрыв

где и - внутренние диаметры резьбы соответственно футорки и шпильки; и

Gf)2 - пределы текучести материалов футорки и шпильки.

При обычных значениях (вн/) = id/d) = 0,9 наружный диаметр резьбы футорки

d = 1,1

1 + 0,81

Футорки завертывают с помощью «солдатиков» на резьбе с натягом до упора нарезанных «на выход» витков в витки отверстия. Торцы футорок срезают заподлицо с плоскостью стыка при чистовой обработке последней ((7) или утапливают по отношению к поверхности стыка (18). Для повышения равномерности распределения нагрузки по виткам применяют футорки с упругим воротником (19). Для увеличения доли нагрузки на конечные витки шпильки применяют разжимные футорки (20). Разрезные концы футорки после нарезания внутренней резьбы подгибают к центру, после чего обрабатывают наружную резьбу. При завертывании шпилька разжимает разрезные концы, вследствие чего создается натяг на конечных витках шпильки и футорки.

Самоврезающуюся футорку (21) применяют для установки в гладких отверстиях корпусов из мягких материалов (пластики). На футорке нарезан венец m треугольных шлицев, предупреждающих проворачивание футорки в отверстии, и пояс п кольцевых шипов. При завертывании шпилька раздвигает предварительно сведенные на конус разрезные концы футорки, которые вьщавливают в стенках отверстия кольцевые канавки.

Влияние шага резьбы иа прочаость. Выясним влияние относительного шага s/d на прочность резьб в диапазоне применяемых значений s/d =0,02 0,20 (рис. 274).

1. Раст.чжение. Напряжение растяжения

" 0,7854\

(16)

где Р - действующая на болт осевая сила; кэ - эффективный коэффициент концентрации напряжений в резьбе; djH - внутренний диаметр резьбы, равный согласно тригонометрическим соотношениям

0.16

0.П 0.12 0.10 0.08 0.0В

о.ои

о.ог о

* S в 1012 11, 16 18 20 22 2<, 2730 33 36 4,2

d.MM

Рис. 274. Относительные шаги s/d для стандартных резьб

dB„ = dl-2-[Ti-l-P6(l-sina)], (17)

где d - диаметр резьбы; а - половина профильного угла резьбы (рис. 275); Ре = = Rq/s - относительный радиус галтели во впадине резьбы болта; Т1 - коэффициент перекрытия витков, равный

п- -

2tga

[l-2(p6-l-fr)cosa], (18)

где h - рабочая высота профиля резьбы; рг = = Rr/s - относительный радиус галтели в резьбе гайки.

0.7 0.6 0.5 0.Ч 0.3 0.2 0.1

О 0.1 0.2 0.3 й* Рис. 276. Коэффициент перекрытия Т1 в функции Рб

Зависимость г] от ре для а = 30° представлена на рис. 276. Принято рг = 0,08 (минимальное технологически допустимое значение).

Величина Т1 линейно уменьшается с увеличением Рб и при Рб = 0,5 становится равной нулю. Предельным значением рб следует считать Рб = 0,3, когда Т1 = 0,3. У стандартных резьб с Рб = 0,144 величина Т1 = 0,5.

Для сравнительной оценки влияния s/d на прочность примем одинаковые во всех случаях значения относительных радиусов рв = 0,2; р, 0,1. При этих значениях и а = 30° коэффи-циеш перекрытия Т1 = 0,415 и внутренний диаметр резьбы

d = d{l-Xfi5yd(l-l-y (19)

Подставляя это значение в формулу (16) и принимая кэ = 1,5. получаем

Ор = 1,9

d n-s/dy

(20)

На рис. 277 приведены значения Ор в функции s/d (принято P/d = 1). Как видно, напряжения Ор существенно уменьшаются со снижением s/d (в 1,5 раза в диапазоне s/d = = 0,2 -0,02), что объясняется увеличением вн по мере уменьшения шага резьбы.

2. Сдвиг. Напряжения среза по основанию витков

(21)

Рис. 275. Профиль резьбы

где - активная высота гайки.

Принимая Яр = d и подставляя в формулу (21) значение вн из формулы (19), получаем

1=0,32--Ц-. (.22)

d-" 1 -s/d