книги из ГПНТБ / Серебренников Ю.Н. Детали машин учебник для авиационных специалистов

КПД при спуске тела с наклонной плоскости, изменив

знак перед р, будет выражаться формулой г/ = •

Таким образом, на основании вышеизложенного для случая завинчивания гайки, что соответствует подъему тела

по наклонной плоскости, необходимая горизонтальная сила

будет

Q —Ptg (а + р),

а КПД

_ tg а

71 — tg (« + р) ’

а для случая отвинчивания гайки, что соответствует спуску тела по наклонной плоскости, Q' и if соответственно равны

Q' = Ptg (а —р);

В треугольной резьбе, кроме движения по винтовой ли­ нии, гайка будет скользить и заклиниваться по наклонным поверхностям профиля резьбы, следовательно, сила Q, не­ обходимая для завинчивания или отвинчивания гайки, бу­ дет больше, чем в прямоугольной резьбе, и, как показали на­ блюдения, превысит ее примерно на 10—15%, а КПД тре­ угольной резьбы будет меньше КПД прямоугольной резьбы.

Это обстоятельство и заставляет использовать прямо­ угольную резьбу, а также трапециевидную и упорную резь­ бы как ходовые, где для перемещения гайки желательно

•затратить минимальную силу, а треугольные резьбы — для

крепления деталей, где, особенно при отвинчивании гайки, желательно иметь максимальную силу, препятствующую

самопроизвольному отвинчиванию.

Условием самоторможения на наклонной плоскости, как известно, является а «С р, т. е. гайка не должна самопроиз­

89

вольно отвинчиваться, если угол наклона винтовой линии а не будет превышать угла трения р. Практически это усло­ вие выполняется в крепежных резьбах тем, что угол подъ­ ема резьбы берут в пределах от 11° до 55°26', в то время как угол трения для стальных деталей колеблется в преде­ лах от 5° до 6°.

§ 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ РЕЗЬБОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Наиболее распространенными резьбовыми деталями в технике являются болты, винты, шпильки и гайки, при по­ мощи которых и осуществляются различные, рассмотрен­ ные ранее, виды резьбовых соединений. Ниже будут даны основные конструктивные формы этих деталей.

Болты. Болты по характеру обработки поверхности де­ лят на три сорта:

1. Черные болты. Это болты, получаемые путем холод­ ной или горячей штамповки или ковки без обработки по­ верхностей стержня и головки. Резьба образуется накаты­ ванием или нарезанием.

Согласно ОСТ 20035—38 различают 12 типов черных болтов, отличающихся главным образом формой и разме­

рами головки. На рис. 90 показаны основные типы черных болтов, где а и б — болты с шестигранной и четырехгран­

ной уменьшенными головками, ваг— с полукруглыми го­ ловками с усом и квадратным подголовником, д — с круг­ лой потайной головкой и усом, е и ж — с большими шести­ гранной и четырехгранной головками.

2. Получистые болты. Эти болты изготовляются так же, как и черные болты, но опорная поверхность головки и ко­ нец стержня болта обтачиваются.

90

Согласно OCT 3524 эти болты бывают двух типов: с нор­

мальной шестигранной головкой под обыкновенную и ко­

рончатую гайки.

3. Чистые болты. Эти болты изготовляются токарной обработкой из чистотянутого шестигранного металла. Резь­

На рис. 92 даны типы болтов, изготовленных в соответ­ ствии с нормалями Министерства авиационной промышлен­ ности с шестигранной головкой а и с головками под от­ вертку бив.

Рис. 93. Формы заточки концов болта

Заточка концов болта может быть сделана по одной из следующих форм (рис. 93): по плоской а (применяется только на черных болтах), по конической б, по сфериче­

ской в (применяются на получистых и чистых болтах) и по цилиндрической г (применяется только на чистых болтах).

91

Кроме рассмотренных выше болтов с цилиндрическим стержнем, имеются болты со стержнем конической формы, называемые коническими болтами (рис. 94). Эти болты устанавливаются в отверстия, точно подогнанные по диа­ метру болта. Конические болты стандартизованы ОСТ 4151.

Часто вместо конических болтов применяются точно по­ догнанные к отверстию цилиндрические болты, входящие в отверстия из-под развертки.

К специальным болтам, применяемым как в общем ма­ шиностроении, так и в авиационных конструкциях, отно­ сятся:

а) Рым-болты (рис. 95), применяемые для удобства транспортировки тяжелых деталей. Рым-болты стандартизо­ ваны ГОСТ 4751—52. Их можно встретить на корпусах электромоторов, на редукторах, они имеются и на коробке приводов и в корпусе компрессора авиационного реактив­

ного двигателя.

б) Откидные болты (рис. 96). Эти болты изготовляются

по ГОСТ 3033-45 и используются как откидные зажимы.

Они широко применяются для крепления крышки аккуму­ ляторов, для крепления крышки автоклава и др. По типу откидных болтов работают и накидные болты, служащие для стыковки частей фюзеляжа на некоторых типах само­ летов.

в) Своеобразную конструктивную форму имеют авиа­

ционные стыковые болты (рис. 97). Для увеличения площа­ ди смятия они делаются большого диаметра, а для умень­ шения веса — пустотелые. Сделанные из стали ЗОХГСНА, они обладают высокой прочностью как на растяжение, так и на срез и смятие.

92

Материалом для изготовления болтов слу­ жит сталь различных марок. В общем машино­ строении согласно ГОСТ 1759—42 применяют Ст. 3, Ст. 5, стали 10—45. В авиаконструк­ циях для болтов применяется легированная

сталь марок 38ХА, ЗОХГСА, Я1Т и др.

Винты. Винты делят на две основные группы:

1.Винты для соединения металлических де­

талей.

2.Винты для соединения деревянных де­

талей.

Винты первой группы могут быть:

а) с головкой под отвертку (ГОСТ 1472—

1480) цилиндрической, полукруглой, потайной

(рис. 99).

Винты для соединения деревянных деталей отличаются резьбой с увеличенным шагом, нарезанной на поверхности, сходящей на конус. Они бывают с полукруглой, потайной и полупотайной головкой под отвертку (рис. 100) и называ­ ются шурупами (ГОСТ 1144—1146).

Винты для дерева с шестигранной и квадратной голов­ кой называют глухарями (рис. 101). Изготовляются они по

ГОСТ 1432 и 1433.

Гайки. Гайки к болтам и шпилькам цо характеру обработ­ ки поверхности делятся на чистые, получистые и черные.

По форме согласно ГОСТ 5909—51, 5935—51, 3104—46, 3105—46 и ГОСТ 3032—45 гайки делятся на 35 различных

93

типов. Наиболее распространенные формы гаек показаны

на рис. 102.

По высоте гайки могут быть нормальной высоты (Н — = 0,8 d), низкие (И = 0,5 d), высокие (Н = 1,2 d) и особо вы­ сокие (Н — 1,6 d, рис. 103).

Шпильки. Шпильки согласно ОСТ 20001-38 делятся на два типа:

1.Тип А без проточки (рис. 104, а).

2.Тип Б с проточкой (рис. 104,6),

В зависимости от глубины завинчивания шпильки разли­

чают:

а) шпильки с глубиной завинчивания около 1,35cZ, б) шпильки с глубиной завинчивания около 1,0с?.

В качестве материала для шпилек используются стали

тех же марок, что и для болтов,

94

Шайбы. Неотъемлемой частью любого резьбового соеди­ нения являются шайбы, т. е. детали, служащие для защиты поверхности от задирания гайкой при завинчивании, а так­ же для увеличения опорной площади гайки, что особенно

необходимо, когда материал соединяемых деталей мягче материала гайки.

Шайбы бывают:

а) Черные — штампованные без фаски и без механиче­

ской обработки (ОСТ 3100, рис. 105, а); б) Чистые — точеные с фаской (ОСТ 3233, рис, 105, б)

Материал шайб Ст. 0 — Ст. 3.

Средства против самоотвинчивания гаек. Как было ука­ зано выше, все крепежные резьбы выполняются самотормозящимися, т. е. угол подъема винтовой линии у них мень­ ше угла трения (а<р).

Однако в практике эксплуатации различных механиз­

мов часто наблюдается самопроизвольное отвинчивание гаек или других резьбовых деталей во время работы.

Вопрос о причинах самоотвинчивания резьбовых дета­ лей еще до конца не выяснен, однако одной из причин этого явления считают сотрясения и толчки, возникающие при работе машин. Другой причиной, объясняющей самоотвин-

чивание, являются поперечные деформации соединенных де­ талей в процессе работы.

Для предотвращения самоотвинчивания резьбовых дета­ лей, приводящего к нарушению нормальной работы маши­ ны, а иногда и к аварии, в технике применяют различные

95

средства против самоотвинчивания, из которых наибольшее распространение имеют:

а) контргайки (рис. 106), которые предотвращают самоотвинчивание за счет возникновения дополнительных сил трения; однако контргайки вдвое увеличивают расход гаек и утяжеляют конструкцию;

в) корончатые или прорезные гайки, соединенные со стержнем болта шплинтом; на рис. 108, показаны соединение с корончатой гайкой и форма шплинта по ГОСТ 397—41.

г) стопорные шайбы предотвращают самоотвинчивание

гаек путем механической связи гайки с болтом или соеди­

няемой деталью, исключающей их относительное движение; так, шайба, показанная на рис. 109 и применяемая на авиа­ ционных двигателях, надевается на болт или шпильку, пря­ моугольный язычок отгибается под углом 90° вниз и входит

в специальное гнездо детали, а трапециевидные усики после завинчивания гайки отгибаются вверх под углом 90° так, что их плоскость совпадает с плоскостью одной из граней гайки.

В авиационных конструкциях большое распространение получили так называемые замковые шайбы, применяемые, например, в соединении втулки вала турбины двигателя

свалом турбины или на фланцах кожуха камер сгорания

ит. п. На рис. НО показан вид этой замковой шайбы и со­ единение фланцев кожуха камеры сгорания. Замковая шай­ ба, связывая попарно соседние гайки при помощи отогну­ тых вверх трапециевидных усиков, предотвращает их само­ отвинчивание.

Широко используется против самоотвинчивания резьбо­ вых деталей контровка проволокой. На рис. 111 показана

96

контровка проволокой гаек, в которых для этой цели про­ сверливаются специальные контровочные отверстия.

В некоторых случаях против самоотвинчивания приме­ няют контровку кернением, расклепкой конца болта или приваркой гайки к болту; во всех этих случаях соединение приобретает характер неразъемного соединения.

§ 3. РАБОТА БОЛТОВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Работа болтового соединения на осевую нагрузку

Болтовое соединение предназначено в основном для вос­ принятая осевой растягивающей нагрузки (рис. 112).

Разрушение болтового соединения, работающего на осе­ вую нагрузку, может произойти в следующих трех случаях:

1.При недостаточной высоте гайки может произойти срыв резьбы гайки (рис. 112,а).

2.При недостаточной высоте головки болта может про­ изойти ее разрушение от изгиба, т. е. головка болта как бы

втянется в отверстие (рис. 112,6).

3. При недостаточном диаметре стержня болта может произойти разрыв болта по ослабленному резьбой сечению

(рис. 112, в).

Такие случаи разрушения болтов встречаются в практи­ ке технической эксплуатации авиационной техники. Так, например, на рис. 113 показан разорвавшийся по резьбе болт стыковки крыла с центропланом самолета.

Рис. 112. Схема работы болтового соединения

Кроме того, для деталей, имеющих твердость меньше, чем твердость гайки или головки болта, опасной деформа­

цией может быть смятие деталей. Для предотвращения смятия,..как было сказано выше, устанавливают шайбы, размеры которых должны быть определены расчетом на смятие. Размер стандартной шайбы для стальных деталей принимается DUI = 2,2 d.

Очевидно, что для обеспечения прочности болтового со­ единения необходимо, чтобы прочность всех его элементов на различные деформации была одинаковой, т. е. болтовое соединение должно быть равнопрочным.

Так, например, из условия равнопрочности стержня болта на растяжение под действием осевой нагрузки и резьбы гайки на изгиб, срез

98