книги из ГПНТБ / Биргер И.А. Резьбовые соединения
.pdf
Б |
и |
б л и о т е к а |
К |
о |
н с т р у к т о р а |
И. А. БИРГЕР,
Г.Б. ИОСИЛЕВИЧ
РЕ З Ь Б О В Ы Е
С О Е Д И Н Е Н И Я
Мо с к в а
сМ А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е »
1973
Б64
УД К 621.882: 539.4.001.24
|
И. A. Б и р г е р, |
Г. |
Б. И о с и л е в и ч. |
Резь |
||||
зол |
бовые соединения. |
Библиотека |
конструктора. |
М., |
||||
«Машиностроение», |
1973, стр. 256. |
|
|
|
||||
В книге приведены основные сведения о расчете на |
||||||||
прочность |
резьбовых |
соединений |
при постоянных и |
|||||
|
переменных |
нагрузках. Рассмотрены результаты |
экс |
|||||
|
периментальных |
исследований их |
прочности |
и |
на |
|||
|
дежности. Показано влияние конструктивных и тех |
|||||||
|
нологических факторов на прочность резьбовых соеди |
|||||||
|
нений. Даны рекомендации по их проектированию. |
|||||||
|
Книга предназначена для инженеров-конструкторов |
|||||||
|
машиностроительных проектно-конструкторских и на |
|||||||
|
учно-исследовательских |
организаций. Табл. 86. |
Илл. |
|||||
|
250. Список лит. 61 |
назв. |
|
|
|
|||
Рецензент д-р техн. наук проф. M. Н. Степнов
3133—032 038(01)—73 32—73
ПРЕДИСЛОВИЕ
Применение резьбовых соединений в машиностроении в послед ние годы существенно расширилось вследствие меньшего исполь зования заклепок.
Во многих случаях резьбовые соединения являются ответствен ными узлами, определяющими прочность и надежность всей кон струкции (стяжные болты роторов гидроагрегатов и газотурбинных двигателей, шатунные болты поршневых машин и др.).
Опыт эксплуатации машин показывает, что большинство разру шений резьбовых соединений происходит вследствие несовершенства
их |
конструкции, меньшая |
часть |
поломок |
вызвана |
технологиче |
|||
скими и |
эксплуатационными |
погрешностями. |
Поэтому основные |
|||||
тенденции |
повышения |
надежности |
этих |
соединений |
направлены |
|||
на |
совершенствование |
инженерных |
методов |
расчета, |
повышение |
|||
конструктивной прочности, совершенствование технологии изготов ления и монтажа.
Инженерные методы расчета усилий и напряжений в болтах (шпильках) и стягиваемых деталях составляют основу их конструи рования. Однако при сложных силовых схемах групповых соеди нений эта задача достаточно трудна даже при известных величинах внешней нагрузки. Поэтому в книге приведены уточненные расчет
ные схемы групповых соединений, основанные на |
контактных |
де |
|||
формационных |
задачах. |
Существенное |
внимание |
уделено задаче |
|
о распределении |
нагрузки |
в резьбовых |
соединениях. Показаны |
пути |
|
конструктивного совершенствования резьбовых соединений для по лучения равномерного распределения усилий. Дан расчет шариковинтовых соединений и резьбовых соединений оболочек.
Разрушения резьбовых соединений, особенно при переменных нагрузках, часто связаны со значительной концентрацией напряже ний во впадинах резьбы, в местах перехода от головки болта к стержню.
При расчете на прочность важно дать правильную оценку не сущей способности соединений при действии статических и особенно переменных напряжений. От усталости соединения разрушаются при нагрузках существенно ниже статических. Поэтому особое внимание в книге уделено вопросам зависимости несущей способ ности резьбовых соединений от конструктивных и технологических
факторов. Приведены новые результаты экспериментальных иссле дований их прочности при действии динамических и статических нагрузок в условиях низких, нормальных и высоких температур. Значительное внимание уделено резьбовым деталям из высоко прочных сталей титановых и бериллиевых сплавов.
Существенное влияние на прочность соединений оказывает и технология изготовления крепежных деталей (режимы накатывания
резьбы, наличие и вид покрытий, |
точность |
изготовления |
и т. п.). |
||
Эти вопросы также отражены в настоящей |
работе. |
|
|
||
Для облегчения пользования книгой авторы |
сочли |
целесооб |
|||
разным ввести в нее основные |
сведения о |
резьбе |
и ее |
элементах, |
|
а также ряд полезных сведений |
из |
ГОСТов. |
|
|
|
Основное содержание книги посвящено результатам, |
получен |
||||
ным в последние годы. |
|
|
|
|
|
Г л а в а I.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЗЬБЕ И СОЕДИНЕНИЯХ
1. РЕЗЬБА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Резьбовые соединения разделяются на цилиндрические и конические. Первая Группа, в свою очередь, подразделяется'на соединения с крепежными
исо специальными резьбами.
Ккрепежным резьбам относятся крупная и мелкие метрические резьбы по ГОСТу 9150—59, дюймовая резьба по ОСТу НКТП 1260, а также резьбы со спиральными вставками.
Кспециальным относятся трубная, прямоугольная, упорная, круглая, тра пецеидальная и другие резьбы.
Деталь, имеющую внутреннюю резьбу, условно называют гайкой, а деталь, имеющую наружную резьбу, — болтом, винтом или шпилькой.
Гайка
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Болт |
|
Рис. |
1. Профиль |
метрической |
резьбы |
Рис. |
2. Форма |
впадины резьбы |
|||||
H = |
0.86G035S; |
h = 0.54125S; |
г = ^ = |
|
и |
„ |
болта |
_ н |
_ |
||
|
= |
|
0,144S |
|
'max |
= 6 |
= ° . |
1 4 « ; |
rmin ~ |
g — |
|
|
|
|
= 0.108S (размеры для инструмента) |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||||
Основные определения для цилиндрических резьб |
общего |
назначения |
уста |
||||||||
новлены ГОСТом |
11708—66. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Профиль резьбы — это контур сечения |
витка |
в |
плоскости, |
проходящей |
|||||||
через |
ось резьбы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Профиль метрической резьбы (профиль ИСО) показан на рис. 1. Форма |
впа |
||||||||||
дины |
резьбы болта |
(рис. 2) может выполняться как плоскосрезанной, так и за |
|||||||||
кругленной с r m a x |
|
= 0.144S, где г — радиус закругления во впадинах; S — шаг |
|||||||||
резьбы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Резьбы характеризуются также параметрами, основными из которых яв ляются: наружный, средний и внутренний диаметры, шаг, угол профиля и угол наклона профиля.
Наружный диаметр резьбы d (см. рис. 1) — диаметр цилиндра, описанного относительно вершин наружной резьбы а впадни внутренней резьбы.
Средний диаметр d2 — диаметр воображаемого цилиндра, поверхность |
ко |
|
торого пересекает витки резьбы таким образом что ширина витков и ширина |
впа |
|
дин равны. |
|
|
Внутренний диаметр dy — диаметр цилиндра, описанного относительно вер |
||
шин внутренней резьбы и впадин |
наружной резьбы. |
|
Номинальные значения d и dx |
для наружной и внутренней резьбы одинако |
|
вые. |
|
|
Шаг резьбы S — расстояние |
между параллельными сторонами двух рядом |
|
лежащих витков, измеренное вдоль оси.
Диаметры и шаги (крупные и мелкие) метрических резьб приведены в ГОСТе 8724—58. Основные размеры метрических резьб даны в ГОСТе 9150—59.
Если резьба однозаходная, то шаг резьбы равен осевому перемещению винта относительно неподвижной гайки при повороте винта на один оборот. Для многозаходной резьбы это перемещение составляет n0S, где п0 — число заходов.
|
Угол |
профиля а — угол между |
боковыми сторонами профиля, |
измеренный |
в осевой |
плоскости. |
|
|
|
|
Угол |
наклона профиля — угол |
между сторонами профиля и перпендикуля |
|
ром |
к оси резьбы. |
|
|
|
|
Для резьб с симметричным профилем угол наклона профиля равен половине |
|||
угла |
профиля |
|
|
|
|
Измерив угол наклона профиля, можно установить перекос резьбы. |
|||
|
Для резьб с асимметричным профилем (например, для упорной или кониче |
|||
ской) угол наклона для каждой стороны профиля определяется |
независимо. |
|||
|
Высота полной треугольной резьбы H (t0) — высота остроугольного профиля, |
|||
полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения.
Высота |
профиля |
h (t2) — высота плоскосрезанного теоретического |
профиля, |
|||
равна полуразности |
наружного |
и внутреннего |
диаметров. |
|
||
В действительности высота |
соприкосновения |
меньше, так как система допу |
||||
сков предусматривает определенные зазоры, например, по внутренним |
диаметрам |
|||||
резьбы гайки и болта. |
|
|
|
|
||
Рабочая |
высота |
витка К — наибольшая |
высота соприкосновения; |
наимень |
||
шая высота |
соприкосновения обозначается |
m i n . |
|
|||
Для резьбы с плоскосрезанным профилем t'2 |
и t!2m i n определяют наибольшее |
|||||
и наименьшее перекрытие витков резьбы и гайки. Угол подъема резьбы (винтовой линии)
Для многозаходных резьб в числитель этой формулы следует подставлять вместо S произведение n0S.
Длина свинчивания / (высота гайки Н) — длина (высота) соприкосновения поверхностей болта и гайки, измеренная вдоль оси.
2. ДОПУСКИ И ПОСАДКИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Резьба должна сопрягаться только по сторонам резьбового профиля *, по этому основным параметром, определяющим характер посадки резьбовой пары, является средний диаметр.
Допуски на наружный и внутренний диаметры строятся так, чтобы исключить
возможность защемления по |
вершинам и впадинам |
резьбы. |
В СССР стандартизованы |
предельные отклонения |
резьб в посадках скользя |
щих и с зазорами (ГОСТ 16093—70), а также в посадках с натягом (ГОСТ 4608—62). Расположение полей допусков болтов и гаек по ГОСТу 16093—70 показано на рис. 3, а, б. Отклонения (приведены в ГОСТе) отсчитываются от номинального
* Исключение составляю! паронепроницаемые резьбы
6
Рис. 3. Схемы расположения полей допусков для резьбы:
а — болтов; б — гаек
профиля резьбы, показанного на рис. 3 утолщенной линией, в направлении, перпендикулярном оси резьбы.
Расположение полей допусков резьбы относительно номинального профиля определяется основным отклонением — верхним для болтов (см. рис. 3, а) и ниж ним для гаек (см. рис. 3, б).
ГОСТом предусмотрены следующие ряды основных отклонений: для резьбы болтов — A, g, е, d;
для резьбы гаек — Я , G.
Допуски для диаметров резьбы болтов и гаек определяются в зависимости от принятой степени точности и обозначаются числами. Приняты следующие степени точности:
Диаметры болта: |
Степени |
точности |
|
|
|
|
|
наружный |
4; 6; |
8 |
|
средний |
4; 6; |
7; 8 |
|
Диаметры гайки: |
|
|
|
внутренний |
5; |
6; |
7 |
средний |
4; 5; |
6; 7 |
|
Таким образом, поле допуска для диаметров |
резьбы по ГОСТу образуется |
||
сочетанием значения допуска (определяемого степенью точности) и основного от клонения.
Обозначение поля допуска диаметра резьбы состоит из цифры, показываю щей степень точности, и буквы, обозначающей основное отклонение.
Обозначение поля допуска резьбы включает поле допуска среднего диаметра, помещаемого на первом месте, и обозначения поля допуска наружного диаметра
для болтов (внутреннего диаметра для гаек). |
|
|
|
|
|
|||
Если обозначение поля допуска диаметра по вершинам |
резьбы |
совпадает |
||||||
с обозначением поля допуска среднего диаметра, |
то оно в обозначении |
поля до |
||||||
пуска резьбы |
не повторяется. |
|
|
|
|
|
|
|
Примеры |
обозначения полей допусков: |
|
|
|
|
|
||
резьба с крупным шагом — |
резьба |
с |
мелким |
шагом • |
|
|
||
|
болта |
MIO — 6g; |
болта |
M l O x l — 6g; |
|
|
||
|
гайки М 1 0 - 6 Я ; |
гайки M l O x l - б Я . |
|
|
||||
Посадки резьбовых деталей обозначают дробью, в числителе которой |
ука |
|||||||
зывают обозначение поля допуска гайки, |
а в знаменателе — обозначение |
поля |
||||||
допуска болта. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Например: MIO — 6#/6g или MIO X 1 — 6 #/6g. |
|
|
|
|||||
В зависимости |
от требований, предъявляемых к точности |
резьбового соеди |
||||||
нения, поля допусков резьбы болтов и гаек установлены в трех |
классах точности: |
|||
Класс |
точности |
Точный |
Средний |
Грубый |
Поля |
допусков: |
Ah |
6/î; 6g*, бе; 6d |
|
болтов |
8Л; 8g* |
|||
гаек |
4Я5Я |
5Я6Я; 6Я*; 6G |
7Я*; 7Û |
|
Поля д о п у с к о в предпочтительного применения .
Согласно ГОСТу 16093—70 допускаются любые сочетания полей допусков резьбы болтов и гаек, но сочетание полей допусков разных классов точности на средний и наружный (или внутренний для гаек) диаметры резьбы должно быть
обосновано. |
разработанной в соответствии с ГОСТами 9253—59 |
Поля допусков в ранее |
|
и 10191—62 документации |
можно заменять при переиздании согласно табл. 1. |
8
1. Рекомендуемые замены допусков
|
|
|
Болты |
|
|
Гайки |
|
|
|
|
|
|
З а м е н я ю щ е е |
З а м е н я е м о е |
поле |
З а м е н я ю щ е е |
|
Заменяемое |
поле |
допуска |
поле д о п у |
допуска по |
ранее |
поле |
допуска |
|
по |
ранее |
действующим |
ска |
действующим |
стандар |
по |
Г О С Т у |
|
|
стандартам |
по ГОСТу |
там |
|
16093—70 |
|||
|
|
|
|
16093—70 |
|
|
|
|
|
|
|
Кл. 1 |
4Л |
|
Кл. 1 |
4Я5Я |
|
ГОСТ |
9253-59 |
Кл. 2 |
6g |
ГОСТ |
Кл. 2 |
|
6Я |
|
Кл. 2а |
6g |
9253-59 |
Кл. 2а |
|
Ш |
|||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
Кл. 3 |
8g |
|
Кл. 3 |
|
1Н |
ГОСТ |
10191—62 |
2aD |
6g |
ГОСТ |
ЗХ |
|
6G |
|
|
|
|
ЗА |
бе |
10191-62 |
|
|
|
Для резьбы шпилек, а также при наличии специальных требований к резьбо вым соединениям, применяются посадки с гарантированным натягом и посадки типа плотных, при которых в соединении возможен как натяг, так и зазор.
Схема расположения полей допусков в посадках с.натягом показана на рис. 4. По наружному и внутреннему диаметрам предусмотрены зазоры, ко торые должны компенсировать пластическое течение материала к вершинам резьбы.
ѵтяъ |
Поле |
допуска гнезда |
ta is V |
|
|
|
Поле |
допуска |
шпильки |
|
|
|
|
|
|||
|
|
Рис. 4. Допуски метрической резьбы с натягами: |
|||
о — общая |
схема; б |
— схема р а с п о л о ж е н и я полей |
д о п у с к о в среднего диаметра |
||
Для |
метрических |
резьб с d = 5 -г- 48 мм и S = |
0,8 -f- 3 мм установлены че |
||
тыре посадки с натягами (рис. 4, б). Эти посадки, кроме ~ - , предусматривают
Та
сортировку гнезд и шпилек на группы по среднему диаметру.
Плотные посадки применяют в тех случаях, когда резьба должна иметь воз можно меньший зазор, но свинчиваться «от руки».