книги из ГПНТБ / Биргер И.А. Резьбовые соединения

Таким обратом, сокращение продолжительности или устранение калиброва­ ния в процессе накатывания является необходимым условием повышения вы­ носливости резьбовых соединений из титановых сплавов.

Усилие накатывания .целесообразно подбирать минимальным из условия полного выдавливания профиля резьбы.

В табл. 71 приведены рекомендуемые параметры режимов накатывания резьбы на болтах (шпильках) из титановых сплавов, а также жаропрочных и высоко­ прочных сталей и сплавов.

Существенное повышение выносливости резьбовых соединений из титановых сплавов может быть достигнуто путем увеличения радиуса закругления во впа­ динах до г — 0,18 S. Такой радиус не

Выносливость соединений при этом существенно возрастает также из-за сни­ жения концентрации напряжений в резьбе и приближается к прочности стальных резьбовых соединений (рис. 239). Увеличение радиуса закругления до указан­ ных пределов приводит к повышению статической прочности соединений (вслед­ ствие увеличения внутреннего диаметра резьбы) и размерной стойкости резьбонакатного инструмента из-за уменьшения удельных давлений по вершинам витков.

Режимы накатывания для ответственных резьбовых соединений нужно выби­ рать из условий наибольшей прочности.

3. ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Накатанная резьба теряет свои преимущества, если термическая обработка производится после накатки, так как связанный с термической обработкой нагрев уничтожает полезные остаточные напряжения (табл. 72). Поэтому термическая обработка болтов после изготовления резьбы методом пластической деформации нецелесообразна, так же как и термическая обработка болтов, головки которых получены холодной высадкой.

Следует отметить, что при термической обработке готовых болтов происхо­ дит обезуглероживание поверхностных слоев, которое снижает выносливость соединений с накатанной резьбой до уровня выносливости соединений с нарезан­ ной резьбой.

220

Влияние содержания углерода в поверхностном слое на выносливость болтовых соединений исследовалось также Валькером и Мейером [57]. На рис. 240 показана зависимость долговечности от содержания углерода. Как показано на рисунке, в высокопрочных болтах следует избегать как малого, так и слишком большого содержания углерода.

221

Азотирование напоминает операцию обкатки, так как и в том, и в другом слу­ чаях в поверхностных слоях создаются остаточные напряжения сжатия.

Необходимо иметь в виду, что азотированные слои обладают хрупкостью и растрескиваются, когда напряжение доходит до 0,7 аТ и выносливость при этом снижается. Поэтому азотирование можно применять, если затяжка болтов не­ велика <зт = (0,2 -г- 0,3) аТ.

4. ВЛИЯНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

Состояние поверхности оказывает существенное влияние на выносливость соединений. Обычно при нарезании резьбы получают поверхность 6—7 классов чистоты, при шлифовании 7—8-го, при накатывании — 8—11-го классов чистоты. Качество поверхности влияет в большей степени на выносливость резьбовых соединений из легированных сталей, чем из углеродистых сталей. В опытах А. И. Якушева [34] при шлифовании резьбы на проход с глубиной 0,05 мм (10-й

Для защиты резьбовых деталей от коррозии, а также для улучшения свинчиваемости применяют окисные пленки и гальванические покрытия.

металлические покрытия практически не влияют на выносливость соединений. Лишь окисные пленки, создавая остаточные напряжения сжатия во впадинах, повышают на 40—50% предел выносливости соединений.

б.ВЛИЯНИЕ ПОСАДОК И ДОПУСКОВ В РЕЗЬБОВОМ СОЕДИНЕНИИ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ

Влияние посадок и допусков в резьбовом соединении на выносливость иссле­ довалось авторами. Испытывали шпильки из стали 38ХА с термической обработ­ кой заготовок на о„ = 115 кгс/мм2 и гайки из стали 45 (а„ = 95 кгс/мм2) при H = 0,8d. Резьба шпилек накатывалась на резьбонакатном станке; средний диа­ метр контролировался на резьбовом пассаметре, а внутренний диаметр dl и угол профиля а — на инструментальном микроскопе. Гайки имели резьбу стандарт­ ного профиля, нарезанную метчиками. Средний диаметр резьбы гаек d2 контро-

* По данным Н. С, Ь у і к і ш а и О, ф , Поготкова,

222

резьбы М10 испытанных шпилек и гаек и значения пределов выносливости резь­ бовых соединений приведены в табл. 74.

В результате испытаний установлено, что при скользящей посадке с умень­ шением зазора в резьбе от 266 до 15—20 мкм предел выносливости соединений увеличивается на 35% (рис. 241). Это связано, по-видимому, с более правильной фиксацией резьбы гайки по отношению к резьбе шпильки (болта) и с уменьшением напряжений изгиба во впадинах резьбы.

личении натяга наблюдается интенсивное снижение предела выносливости вслед­ ствие появления надиров в резьбе и пластических деформаций при монтаже соединений.

223

Как показывают опыты, с увеличением зазоров в резьбе наблюдается снижение выносливости соединений в среднем на 20—30%.

Вигандом и Иллгнером проведено исследование влияния зазоров на выносли­

Анализ результатов также свидетельствует о повышении выносливости резь­ бовых соединений при уменьшении зазоров в резьбе. Следует отметить, что эти данные соответствуют вероятности разрушения, равной 50%, т. е. относятся

224

к уровню напряжений, при котором наблюдается наибольшее рассеяние ре­ зультатов. Этим фактором, а также возможностью появления радиального натяга в резьбе по вершинам витков при малых зазорах может быть объяснено обратное влияние зазоров на прочность, которое имело место в нескольких сериях опытов.

К недостаткам этих работ можно отнести принятие слишком широких интер­ валов зазоров для исследуемых соединений.

Прочность резьбовых соединений при посадке на тугой резьбе изучали позд­ нее А. И. Якушев и P. X . Мустаев. Полученные ими результаты подтвердили нецелесообразность увеличения натяга в резьбе свыше 60 мкм для соединений из сталей и титана. В соединениях стальных шпилек с корпусами из мягких материалов (алюминиевые и магниевые сплавы) натяг может быть увеличен до 100 мкм (табл. 77).

77. Выносливость соединений с резьбой М10 при посадке с натягом

Необходимо отметить, что в некоторых опытах А. И. Якушева [34], когда твердость материала болта была значительно выше, чем твердость материала гайки, наблюдалось повышение предела выносливости соединений при увеличе­ нии зазоров,

Несмотря на это можно считать, что уменьшение зазоров в резьбе является фактором, способствующим повышению выносливости резьбовых. соединений.

Изменение угла профиля резьбы болта или гайки (в пределах 0,5°) не снижает выносливости соединений.

в.ЭФФЕКТИВНЫЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ

ВРЕЗЬБОВОМ СОЕДИНЕНИИ

Для расчета выносливости необходимо знать величину предела выносливости

Заметим, что при увеличении среднего напряжения величина £с т будет несколько

П р и м е ч а н и е . В числителе дроби приведены значения пределов выносливо­ сти соединений с болтами (шпильками), термически обработанными после изготовле­ ния резьбы, а в знаменателе — то же , с болтами, термически обработанными до изго­ товления резьбы.

226

в) основных параметров резьбы; г) конструктивной формы и материала гайки; д) технологии изготовления; е) допусков и посадок.

В табл. 78 приведены значения пределов выносливости соединений из различ­ ных материалов и при разной технологии изготовления резьбы при ат = (0,4-г- -f- 0,5) оу

В тех случаях, когда опытные данные отсутствуют, величину аап можноопределить лишь при известном эффективном коэффициенте концентрации напряже­

8*

Г л а в а X.

ЗАТЯЖКА РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

1. ВЫБОР ВЕЛИЧИНЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ЗАТЯЖКИ

Напряжения предварительной затяжки устанавливают из условия герметич­ ности и плотности (жесткости) стыка. Последнее является необходимым условием обеспечения прочности резьбовых соединений при переменных нагрузках. Это условие в приближенных расчетах имеет вид

Р, возникающее в стержне болта (шпильки) при работе; х — коэффициент основ­ ной нагрузки, обычно х = 0,2 -н 0,4. Если о 3 sS о р (1 — х)> т 0 происходит рас­ крытие стыка, и внешняя нагрузка полностью передается на болт, резко снижая долговечность соединения.

На практике, как правило, происходит снижение напряжения предваритель­

к существенному уменьшению доли рабочей нагрузки, воспринимаемой болтами соединения, и способствует ее сохранению в эксплуатации. Таким образом, вы­ сокая затяжка является эффективным средством повышения надежности работы резьбовых соединений.

Во избежание появления пластических деформаций (остаточного удлинения и скручивания) верхний предел напряжений затяжки ограничивают минимально допустимой величиной запаса прочности по постоянным напряжениям

(410)

223

где I — коэффициент, учитывающий форму стержня болта; ß — коэффициент при­ ведения, учитывающий закручивание стержня болта. Если стержнень болта состоит из і участков с длинами /0,- и площадями F0i, то

i = \

Коэффициент ß зависит только от отношения — (см. гл. II):

о-3 =М0,5ч}-0,7) о^- Следует отметить, что увеличение напряжения затяжки иногда понижает

предельную амплитуду цикла (предел выносливости соединения). Однако в этом случае доля внешней нагрузки, воспринимаемой болтом, как правило, сущест­

2.КОНТРОЛЬ УСИЛИЯ ЗАТЯЖКИ Практика показала, что во всех ответственных резьбовых соединениях необ­

ходимо контролировать величину усилия (напряжения) затяжки, так как чрез­ мерная или недостаточная затяжка может привести к поломкам резьбовых деталей

Наиболее точно усилие затяжки контролируется при первом методе, поэтому обеспечение возможности контроля затяжки по замеру удлинения — важная задача конструктора. Этот метод широко применяется при контроле затяжки особо ответственных резьбовых соединений (шатунных болтов, стяжных болтов,

случае следует учитывать деформацию болта в пределах резьбы путем добавления к расчетной длине « 1/3 высоты гайки, а для коротких шпилек — также и дефор­ мацию стержня шпильки в пределах длины свинчивания.

Для длинных болтов (шпилек) можно замерять изменение расстояния при затяжке между концом болта и корпусом, применяя для этого индикаторы или шаблоны.

* Подробнее см. в книге Г. Б. Иосилевича, Ю. В. Шарловского « З а т я ж к а и стопорение резьбовых соединений», М., «Машиностроение», 1971,

229