3.Резьбовые соединения. Общие сведения. Классификация резьб.

Резьбовые соединения – разъемные соединения деталей с помощью резьбы или резьбовыми крепежными деталями – винтами, болтами, шпильками, гайками. Свыше 60% всех деталей имеют резьбу.

Резьба – нанесенные на поверхность деталей винтовые канавки, с сечением, согласно профилю резьбы.

Резьбу получают (формируют) методом резания, накатыванием (обработкой давлением), литьем и прессованием (композиционных материалов, порошков).

Термин винт применяют как общий (объединяющий также болты и шпильки) и как частный (т.е. крепежная деталь, ввинчиваемая в деталь).

Классификация резьб

Резьба может быть наружной и внутренней.

В зависимости от формы поверхности резьба может быть цилиндрической и конической.

В зависимости от направления винтовой линии резьбы бывают правые и левые.

В зависимости от числа заходов резьба может быть однозаходной и многозаходной.

В зависимости от назначения резьбы делятся на крепежные, крепежно-уплотняющие и кинематические (ходовые и грузовые).

Крепежные резьбы применяют в резьбовых соединениях. Крепежные резьбы имеют треугольный профиль, отличающийся повышенным моментом сопротивления отвинчиванию, высокой прочностью. Как правило, крепежные резьбовые детали имеют однозаходную резьбу.

Крепежно-уплотняющие резьбы применяют в соединениях, требующих герметичности (трубопроводы и т.д.). Они также имеют треугольный профиль, но без зазоров в сопряжении винта и гайки.

Кинематические (ходовые и грузовые) резьбы применяют в передачах винт-гайка. Они имеют минимальный угол наклона рабочей поверхности резьбы (от 0° – у прямоугольной резьбы до 15° – у трапецеидальной резьбы), и, как следствие, меньшие потери на трение.

4.Геометрические параметры резьб.

Рассмотрим цилиндрический стержень с нанесенной на поверхности винтовой линией (рис. 2.1а).

Расстояние 1–2 = – шаг винтовой линии.

Шагом резьбы называется расстояние между двумя одноименными точками двух соседних витков.

Если развернуть боковую поверхность цилиндра на плоскость, то винтовая линии примет вид прямой наклонной линии.

а	б
Рис. 2.1. Геометрические параметры винтовой линии

Угол подъема винтовой линии :

.

Если на поверхность детали наносится один винтовой выступ, резьбу называют однозаходной. В механизмах применяют также двух-, трех- и четырехзаходные резьбы, называемые многозаходными (рис. 2.1б).

Для многозаходной резьбы вместо шага используется ход: ,

где – число заходов.

- для многозаходных резьб.

5.Силы в резьбе.

При рассмотрении сил в винтовой паре в качестве примера возьмем прямоугольную резьбу, которую развернем по среднему диаметру в наклонную плоскость, а гайку заменим ползуном (рис. 2.8а).

При приложении к гайке окружной силы , создаваемой моментом завинчивания , гайка, перемещаясь, создает давление на витки резьбы винта, равнодействующая которого и создает осевую силу . Сила взаимодействия наклонной плоскости с ползуном при относительном движении представляет собой равнодействующую нормальной силы и силы трения. Эта сила наклонена к нормали под углом трения .

В результате разложения силы получаем:

,

где – движущая окружная сила;

– осевая сила на винте;

– угол подъема резьбы: ;

– угол трения: ;

– коэффициент трения в резьбе.

а	б
Рис. 2.8. Силы в резьбе

Окружная сила трения в треугольной резьбе больше чем в прямоугольной, за счет большей площади поверхности резьбы при одинаковых параметрах резьбы. Сила давления на рабочую поверхность резьбы связана с осевой силой через угол наклона рабочей поверхности:

,

где – угол наклона рабочей поверхности.

Через эту зависимость выведем приведенный коэффициент трения и приведенный угол трения:

и .

Для обеспечения самоторможения резьбы должно выполняться условие: приведенный угол трения должен превышать угол подъема резьбы:

.

Момент завинчивания гайки или винта с головкой:

,

где – момент трения в резьбе;

– момент трения на торце гайки или головки винта.

Момент трения в резьбе:

.

Момент трения на торце гайки или головки:

,

где – средний диаметр опорной поверхности торца гайки или головки винта.

Момент трения на торце гайки составляет около 50% всего момента затяжки.

Подставив полученные значения в формулу момента завинчивания, получим:

Для метрической резьбы можно принять: ; ; . Тогда при = 0,15, характерном для резьбы без покрытий:

.

КПД резьбы определяется как отношение полезной работы на винте к затрачиваемой работе на ключе при повороте на произвольный угол.

Элементарное поступательное перемещение винта связано с элементарным поворотом винта на угол :

КПД собственно резьбы без учета сил трения на торце:

При и = 0,1, .

КПД винта с учетом трения на торце гайки: