Мощность машин и её преобразование в механизмах 30 страница
Соединение винтом упрощенное. ГОСТ 2.315–68
В винтовом соединении (рис.35), как и в шпилечном, резьбовая часть винта ввинчивается в резьбовое отверстие детали. Граница резьбы винта должна быть несколько выше линии разъема деталей. Верхние детали в отверстиях резьбы не имеют. Между этими отверстиями и винтами должны быть зазоры.
Рис.35
Шайбы
Под гайки, головки болтов и винтов, как правило, устанавливают шайбы.
Шайбы условно делят на простые и стопорные (предохранительные).
Простые шайбы ставят под гайку или головку болта для уменьшения смятия детали или для перекрытия зазора в отверстии при большой его величине, а также для предохранения поверхности детали от царапин при завинчивании. В других случаях ставить простую шайбу нецелесообразно.
Для стопорения (контровки) служат специальные шайбы. Наибольшее распространение в машиностроении получили шайбы круглые (рис. 36, а). Первые изготовляют штамповкой, вторые обрабатывают на токарных станках. Толщина шайбы и наружный диаметр зависят от диаметра резьбового изделия. Шайбу плоскую квадратную или особой формы (рис.36, б) применяют для стопорения гайки; круглую лепестковую (рис. 36, в) — для стопорения круглых гаек со шлицами; круглую пружинную (рис. 36, г) — для стопорения любых гаек. Шайбы пружинные изготавливаются из Ст.65Г с термообработкой, отгибные пластины и проволока для завязывания - из Ст.1.
|
|
|
Рис.36. Шайбы
Стопорение резьбовых соединений
Даже мелкие резьбы под действием вибрационных и ударных нагрузок склонны к постепенному ослаблению и развинчиванию. В этих условиях необходимо применять дополнительные средства, предотвращающие самоотвинчивание резьбовых соединений. Известно множество приёмов борьбы с самоотвинчиванием резьбовых соединений. Применение любого из таких приёмов и называют стопорением (контровкой) резьбового соединения от самоотвинчивания.
При статическом нагружении в этом нет надобности, т.к. сохраняется требование самоотражения: угол подъёма резьбы 1°40’ – 3°30’ меньше угла трения. Предохранение от самоотвинчивания важно для повышения надежности резьбовых соединений и совершенно необходимо при вибрациях, переменных и ударных нагрузках. Вибрации понижают трение и нарушают условие самоторможения в резьбе.
1. Стопорение дополнительным трением (рис.37), за счёт создания дополнительных сил трения, сохраняющихся при снятии с винта внешней нагрузки (контргайка, воспринимающая основную осевую нагрузку, и ослабляющая силу трения и затяжки в резьбе основной гайки, необходима взаимная затяжка гаек; самоконтрящиеся гайки с радиальным натягом резьбы после нарезания резьбы и пластического обжатия специальной шейки гайки на эллипс; самоконтрящиеся гайки с несколькими радиальными прорезями; гайки с полиамидными кольцами без резьбы, которая нарезается винтом при завинчивании, обеспечивают большие силы трения, в винте применяют полиамидную пробку; контргайка цангового типа (сверху) при навинчивании обжимается на конической поверхности; арочного типа (снизу) при навинчивании разгибается и расклинивает резьбу; пружинные шайбы, усиливающие трение в резьбе; пружинные шайбы с несколькими отогнутыми усиками; специальные винты через медную или свинцовую прокладку или деформированием гайки с прорезями, перпендикулярными оси, применяют при спокойных нагрузках.
|
|
|
Рис. 37. Стопорение за счёт дополнительной силы трения
2. Стопорение специальными запирающими элементами (рис.38), полностью исключающими самопроизвольный проворот гайки (шплинты ГОСТ 397-79 сгибаемые из проволоки полукруглого сечения плоскими сторонами внутрь, их выпадению препятствуют петля и разогнутые концы; шайбы с лапками ГОСТ 3693/95-52, одна из которых отгибается по грани гайки, а другая по грани детали, стопорение такими шайбами, как и шплинтами, весьма надёжно и широко распространено; шайбы с лапками ГОСТ 11872-80 стопорят гайки со шлицами при регулировке подшипников качения на валу, внутренний носик отгибается в канавку винта, а наружные лапки – в шлицы гайки; обвязка головок болтов проволокой через отверстия в групповых соединениях с натяжением проволоки в сторону затяжки болтов.
|
|
|
Рис. 38. Стопорение запирающими элементами
3. Стопорение может выполняться также пластическим деформированием или приваркой после затяжки.
4. Гаечные замки. Во избежание самоотвинчивания гаек, винтов применяют особые устройства, называемые гаечными замками. При установке контргайки 2 (рис. 39, а) создается дополнительное натяжение и трение в резьбе, поэтому самоотвинчивание гайки 1 затрудняется. При установке пружинной шайбы (см. рис. 39, г) самоотвинчивание исключается за счет упругости шайбы. Кроме того, упругость этой шайбы значительно уменьшает вибрации гайки. При установке шплинта (рис. 39, б, в) или при обвязке группы болтов проволокой (рис. 39, г) гайка жестко соединяется со стержнем болта (шпильки). Иногда гайки жестко соединяют с деталью с помощью специальной шайбы (см. рис. 36, б), планки (рис. 39, д) и т. п.
|
|
|
Рис. 39. Конструкции гаечных замков
5. Гайки самостопорящиеся
Самостопорящимися называют гайки, обеспечивающие фиксацию соединения за счёт дополнительных сил трения, возникающих между деформированными участками резьбы гайки или неметаллической вставки и резьбой стержневой детали – болта, винта, шпильки, или иным способом. Деформированный участок резьбы препятствует свободному (без усилия) завинчиванию или отвинчиванию гайки. Характеристику этого явления называют «преобладающим моментом» завинчивания гайки на болт до приложения момента затяжки или отвёртывания после снятия усилия затяжки. Величину преобладающего момента измеряют во время вращения гайки. Надёжная фиксация резьбовых соединений обеспечивается без использования таких вспомогательных деталей, как контргайки, пружинные, стопорные (зубчатые), тарельчатые шайбы или шплинты.
Основополагающим стандартом является ГОСТ Р 50271-92 Гайки шестигранные стальные самостопорящиеся. Механические и эксплуатационные свойства (на основе ИСO 2320-83). На гайки самостопорящиеся цельнометаллические имеется ГОСТ Р 50272-92 (соответствует ИСO 7042-83), а с неметаллической вставкой – ГОСТ Р 50273-92 (ИСO 7043-83).
В цельнометаллических гайках увеличение трения в резьбе достигается за счёт некоторого местного искажения резьбы на небольших участках с помощью операции, которую принято называть «обжатием». Она производится на специальных автоматах после нарезки резьбы и термообработки. Обжатие может производиться в радиальном направлении (по граням или по торцевому выступу), в осевом направлении или под углом к оси резьбы со стороны торца или торцевого выступа (рис.40).
img002
Рис. 40. Гайки самостопорящиеся
Гайки с неметаллической вставкой (кольцом из полимера). При сборке с корпусом гайки вставку фиксируют от проворачивания. Внутренний диаметр вставки примерно равен среднему диаметру резьбы. При навинчивании гайки на болт в полимерной вставке выдавливается резьба, а упругие свойства этого материала обеспечивают стопорение. После снятия гайки резьба во вставке не сохраняет своей формы – частично заплывает, что позволяет сохранять стопорящие свойства при многократных сборках – разборках.
Гайки с резьбовой пружинной вставкой, известной под торговым названием HeliCoil® plus Screwlock (самостопорящаяся), имеющей обжатый виток, например, на эллипс или многогранник, представляют значительный интерес. Такие вставки обеспечивают эластичный и надёжный зажим гайки на резьбе болта. Эти гайки, кроме стопорящих свойств, обладают всеми другими, присущими системе HeliCoil.
Свойства всех перечисленных гаек регламентированы величиной преобладающего вращающего момента во время 1-го завёртывания, 1-го и 5-го отвёртывания, которые должны быть в пределах величин, указанных в соответствующих стандартах. Например, для самостопорящейся цельнометаллической гайки М8 класса прочности 8 (цинковое покрытие, без смазочного материала) момент затяжки составляет 20,7…30,4 Нм (min-max). Преобладающий момент 1-го завёртывания должен быть не более 6,0 Нм, 1-го отвёртывания не менее 0,85 Нм, а 5-го отвёртывания не менее 0,6 Нм. При таких показателях гайка признаётся самостопорящейся.
Самостопорящиеся гайки могут быть с фланцем. Это способствует повышению надёжности стопорения за счёт увеличения момента страгивания при отвинчивании.
Гайки с зубчатым опорным торцом (чаще всего на фланце) не имеют преобладающего момента. Стопорение возникает непосредственно после завершения процесса затяжки соединения. При затяжке зубья врезаются в поверхность сопрягаемой детали, фиксируя положение гайки. Этот вид гаек не стандартизован, проверить их стопорящие свойства можно по результатам сравнительных стендовых испытаний или величине момента страгивания при отвинчивании. Гайки с зубчатым торцом по прочности должны быть примерно одинаковы с присоединяемой деталью, иначе обеспечение стопорения не гарантировано.
Стандарты не устанавливают конструкцию и размеры стопорящих элементов, допуская различные варианты их исполнения. Главное, чтобы было обеспечено выполнение требований ГОСТ Р 50271 (ИСО 2320). Это обстоятельство объясняет многообразие видов самостопорящихся гаек – в одной машине можно увидеть отличающиеся исполнения самостопорящихся гаек. Широкое использование самостопорящихся гаек позволяет сократить количество крепёжных деталей в соединениях и на порядок увеличить их надёжность и межремонтное обслуживание техники.
О дополнительных методах стопорения
Основная задача крепёжных деталей создать и надёжно сохранить усилие затяжки соединения на период эксплуатации узла. Значит, в первую очередь надо обеспечить создание этого усилия. Приведённые выше способы и детали для стопорения играют важную роль, но лишь при обеспечении первоначальной затяжки. Для повышения стопорящих свойств часто применяют крепёжные детали с мелкой резьбой.
На работоспособность резьбового соединения при правильной его затяжке оказывает влияние множество факторов. Это прочность крепёжных и соединяемых деталей, шероховатость контактирующих поверхностей, наличие смазки и др. Снижение усилия затяжки и в результате ослабление резьбового соединения происходят по разным причинам – под влиянием внешних знакопеременных сил, ударных нагрузок, направленных вдоль оси или под углом к ней, из-за пластических деформаций материала соединяемых деталей под головкой болта или гайкой. При этом, чем больше деталей в соединении (включая и шайбы), тем быстрее произойдёт его ослабление во время эксплуатации.
На рис.41 показаны обобщенные кривые самоотвинчивания различных резьбовых соединений и способов их фиксации, построенные по результатам сравнительных испытаний циклическими нагрузками при колебаниях в плоскости стыка соединяемых деталей по методу Юнкера. Число колебаний 13…16 в минуту, создаваемое испытательным стендом, позволяет моделировать наиболее жесткие условия, возникающие при эксплуатации автомобилей.
Кривые самоотвинчивания
Рис. 41
Рассмотрим применение для стопорения пружинных шайб. Их повсеместно и в больших количествах применяют в продукции отечественного машиностроения. Что же дают такие шайбы в конструкции соединений? Важно знать, что они способны создавать некоторый эффект стопорения лишь с болтами низкой прочности и малой длины. Например, переменная нагрузка на болт М10х15 в соединении с небольшим усилием затяжки может быть снижена на 30…40%. В соединении с болтом средней длины, например, М10х45 снижение уже не превышает 8…10%. Известный ученый в области крепёжных соединений и их стопорения Г.Б.Иосилевич в своих работах называл шайбы пружинные и зубчатые «мнимыми» формозапирающими элементами. Германский институт стандартизации ещё в 1987 году ограничил применение пружинных и зубчатых шайб по ДИН 127, 128. 7880 с болтами классов прочности не выше 6.8, установил срок в 5 лет для полного отказа от этих конструкций и запланировал их отмену без замены. У нас такие шайбы очень часто ставят под детали класса прочности 8.8 – 8 и выше.
Кривые самоотвинчивания показывают, что пружинные и стопорные шайбы имеют худшие показатели. Повсеместно в соединениях болт-гайка пружинную шайбу устанавливают только под гайку, что нарушает принцип «глобального» стопорения, который гласит, что стопорить надо обе детали. Для справки: отношение упругой силы нормальных (Н) пружинных шайб к усилию затяжки резьбового соединения для класса прочности 6.8 составляет 1,2…1,8%, а для 8.8 всего 1…1,4% ( ГОСТ 6402-70).
Таким образом, применение в машиностроительной продукции пружинных и стопорных (зубчатых) шайб ничем не обосновано. От такой «традиции» не надо бояться отказываться. Мировая практика автомобиле-строения достаточно убедительно это доказывает.
Имеется немалый опыт создания специальных крепёжных деталей, обеспечивающих повышенную надёжность, например, для высоконагруженных узлов (болты шатунов, болты крепления головки к блоку цилиндров и др.). К ним относят так называемые «податливые» болты с утонённым стержнем (Таблица 9, п .4.3). Они, как правило, имеют класс прочности не ниже 10.9 и длину стержня не менее 8…10 диаметров резьбы. При затяжке болта напряжения в утонённом стержне доводят до состояния упругих деформаций, что обеспечивает надёжное сохранение усилий затяжки на длительный период. Высокими стопорящими свойствами обладают специальные болты и гайки для крепления колёс автомобилей. Они имеют коническую или сферическую опорную поверхность и мелкую резьбу.
Большую применяемость получило использование резьбовых анаэробных герметиков, их наносят на резьбу болтов или гаек. При сборке герметик заполняет зазоры в резьбе и в отсутствие кислорода воздуха затвердевает, обеспечивая надёжное стопорение. Созданы составы гранулированных герметиков, которые наносят на резьбу заблаговременно. В таком виде крепёжные детали удобно хранить и транспортировать. При сборке гранулы разрушаются и происходит фиксация соединения. Применение герметиков позволяет также отказаться от тугой и иной специальной резьбы с натягом, часто применяемых на ввёртываемом конце шпилек.
Для стопорения допустимо применение шплинтов, шплинт-проволоки, шайб с лапками или носиком, контргаек, стопорных винтов и других приёмов стопорения вспомогательными деталями. Все они предусматривают ручные операции, удорожающие и усложняющие сборку. Вспомогательных деталей имеется много, и все они на современном этапе развития крепёжной техники приемлемы лишь для единичного или мелкосерийного производства. В большинстве случаев отказаться от вспомогательных деталей позволяет применение прогрессивных крепёжных деталей.
Инструмент для завинчивания и отвинчивания
Завинчивают и отвинчивают винты и гайки (кроме винтов со шлицем под отвертку) ключами (рис. 42).
Для винтов и гаек с шестигранными и квадратными головками при наличии свободного доступа обычно применяют ключи обыкновенные (рис.43,а) или двусторонние (рис.42,б).
Последние изготовляют с двумя растворами. Замкнутый ключ с удвоенным числом граней (рис. 42, в) позволяет завинчивать гайки при повороте ключа на уменьшенный угол.
При отсутствии свободного доступа к головкам и гайкам с боковых сторон применяют торцевые ключи с прямым стержнем и захватом по всем граням.
Для винтов с внутренним шестигранником применяют ключи в виде шестигранного прутка, изогнутого под углом 90° (рис.42, г).
Рис.42. Гаечные ключи
Ключ для круглых шлицевых гаек показан на рис.42,д.
При редком завинчивании и отвинчивании винтов и гаек разных размеров применяют раздвижные ключи с регулируемым раствором (рис.42, е). Однако эти ключи не допускают таких больших моментов затяжки, как нераздвижные, и менее долговечны.
Важное значение для прочности винтов, особенно подверженных переменной нагрузке, имеет установление и контроль требуемой силы начальной затяжки. Применяют следующие способы затяжки с контролем силы:
- Ключами предельного момента. При превышении этого момента происходит проскальзывание.
- Динамометрическими ключами, имеющими обычно упругую рукоятку, прогибы которой, пропорциональны замеряемому моменту. В связи с переменностью коэффициента трения и плотности резьбы точность установления начальной затяжки по моменту невелика.
- Поворотом гайки на рассчитанный заранее угол от положения соприкосновения.
- С помощью тарированных упругих шайб, которые при достижении расчетной нагрузки распрямляются и становятся жесткими.
Наиболее точно можно определить силу начальной затяжки с помощью измерения удлинения болта.
Затяжка резьбовых соединений
Надежность соединений зависит от технического уровня конструкции в целом, качества крепежных деталей, условий сборки, длительного сохранения необходимого усилия предварительной затяжки в период эксплуатации. ГОСТ Р 52627 и 52628-2006 устанавливают основные силовые параметры резьбовых соединений: минимальную разрушающую Рр, Н и пробную нагрузку N, Н. Усилие предварительной затяжки Q, Н (далее – усилие затяжки), на которое производится затяжка резьбового соединения, обычно принимается в пределах 75…80% , в отдельных случаях и 90%, от пробной нагрузки. Существует несколько способов затяжки резьбовых соединений: затяжка до определенного момента, затяжка до определенного угла, затяжка до предела упругости и другие.
Наиболее распространена затяжка соединений до определенного вращающего момента затяжки (далее – момента затяжки, Мкр, Нм), который обычно указывается в чертежах или технологии сборки. В автопроме для назначения моментов затяжки используются отраслевые стандарты и руководящий документ, которые распространяются на резьбовые соединения с болтами, шпильками и гайками с цилиндрической метрической резьбой и зависят от размеров, класса прочности крепежной детали и класса соединения.
В зависимости от степени ответственности соединений назначаются классы резьбовых соединений и соответствующие им величины максимальных и минимальных моментов затяжки, объема их контроля (проверки). Класс 1-й (особо ответственные соединения) Мкр ±5 % и класс 2-й (ответственные) Мкр +5…-15% имеют объём контроля затяжки 100%. Класс 3-й (общего назначения) Мкр +5…-35% и класс 4-й (малоответственные соединения) Мкр +5…-65% контролируют периодически согласно техдокументации.
Номинальный крутящий момент рассчитывается по формуле
Мкр = 0,001Q∙[0,16Р + μр ∙0,58d2 + μт ∙0,25(dт + d0)],
где μр – коэффициент трения в резьбе;
μт - коэффициент трения на опорном торце;
dт – диаметр опорной поверхности головки болта или гайки, мм;
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 259; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!