Інженерна механіка ч2

ПРАКТИЧНА РОБОТА

 

РОЗРАХУНКИ РІЗЬБОВИХ З`ЄДНАНЬ

 

Мета роботи: Закріплення знань з теоретичних відомостей про різьби і різьбові з’єднання. Одержання практичних навичок у розрахунку найбільш поширених видів кріпильних різьбових з’єднань для різних випадків навантаження.

 

1        ВКАЗІВКИ З САМОПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ

1.1 Завдання для самостійної підготовки

Під час підготовки до даного практичного заняття проробити матеріали лекції Різьбові з’єднання“.

При ознайомленні з матеріалами лекцій та літературних джерел по темі заняття звернути увагу на:

-         роль і місце рознімних з’єднань і зокрема різьбових в техніці;

-         класифікацію різьб за основними ознаками – по призначенню, по формі стержня, по формі перерізу витка та ін.;

-         основні переваги і недоліки різьбових з’єднань та область застосування того чи іншого типу різьбових з’єднань;

-         спільні риси та відмінності основних видів кріпильних з’єднань, таких як болтові, з’єднання гвинтами та шпильками;

-         номенклатуру основних кріпильних деталей, таких як болти, гвинти, шпильки, гайки та допоміжних, зокрема шайб;

-         способи виготовлення різьби;

-         основні елементи і характеристики різьби, такі як діаметри (номінальний, внутрішній, середній), крок, число заходів, хід, коефіцієнт повноти;

-         основні критерії роботоздатності кріпильних різьбових деталей, розрахунки на міцність елементів різьби;

-         матеріали і допустимі напруження при розрахунках;

-         ступінь стандартизації кріпильних деталей, забезпечення принципу рівної міцності стандартних різьбових деталей;

-         умовні позначення стандартних кріпильних деталей, класи міцності;

-         момент тертя в різьбі, момент загвинчування (відгвинчування), коефіцієнт корисної дії і умову самогальмування;

-         способи запобігання мимовільного відгвинчування (способи стопоріння) різьбових кріпильних з’єднань;

-         основні види навантаження на кріпильні деталі і їх вплив на методи розрахунків з’єднань.

1.2 Питання для самопідготовки

1.2.1 Класифікація різьбових з’єднань.

1.2.2 Способи стопоріння різьбових з’єднань.

1.2.3  Види розрахунків різьбових з’єднань.

 

1.3 Рекомендована література

1. Деталі машин : підручник : затверджено МОН України / А. В. Міняйло [та ін.]. - К. : Агроосвіта, 2013. - 448 с.

2. Павлище В. Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин: Підручник. – Афіша. – С. 560. – ISBN 966-8013-58-1.

3. Проектування привода транспортера в САПР КОМПАС. Курсове проектування з інженерної механіки (деталей машин): навч. посіб. / Укл. О.О. Дереза, С. М. Коломієць. – Мелітополь: ВПЦ «Люкс», 2019. – 197с.

 

2 ВКАЗІВКИ ДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

2.1 Програма роботи

– Визначити допустимі напруження.

– Визначити силу затягування болта та діаметр різьби.

– Виконати перевірку болтового з’єднання на міцність.

– Зробити висновок.

Скласти звіт та захистити роботу.

 

2.2 Оснащення робочого місця

2.2.1 Методичні вказівки.

2.2.2 Навчальна та наукова література.

 

2.3 Теоретичні відомості

З'єднання деталей за допомогою різьби є одним із найстарших і найбільш поширених видів рознімного з'єднання. Легко і просто забезпечує складання і розбирання. Різьбове з'єднання утворюють дві деталі. У однієї з них на зовнішній, а у іншої на внутрішній поверхні виконані розташовані по гвинтовій поверхні виступи - відповідно зовнішня і внутрішня різьба.

Різьба – це поверхня, яка утворюється при гвинтовому русі плоского контуру (профілю) по циліндричній або конічній поверхні.

Різьбові з’єднання – це з’єднання, виконані за допомогою кріпильних деталей з різьбою (рисунок 1): болтів, гвинтів, шпильок, гайок, шайб та інших стопорних пристроїв.

Основні переваги різьбових з’єднань:

-       висока навантажувальна здатність і надійність;

-       можливість створення значних осьових сил у з’єднанні шляхом прикладення порівняно невеликих зовнішніх зусиль;

-       зручність з’єднання і роз’єднання деталей;

-       низька вартість завдяки стандартизації і високотехнологічним процесам масового виробництва.

Основний недолік – порівняно низька витривалість різьбових деталей при змінних навантаженнях.

Болтові з’єднання (рисунок 1, а) найбільш прості та дешеві, бо не потребують нарізання різьби в деталях, що з’єднуються. Недолік болтового з’єднання – те, що обидві деталі повинні мати місце для розміщення гайки і головки болта, причому з доступом для утримування ключем при загвинчуванні та розгвинчуванні.

-  з’єднання гвинтами (рисунок 1, б) – гайка відсутня, гвинт загвинчується в різьбовий отвір в деталі.

-       з’єднання шпильками (рисунок 1, в): сама шпилька загвинчується нарізаним кінцем у різьбовий отвір однієї деталі, на другий нарізаний кінець шпильки, який із зазором розміщується в гладкому отворі іншої деталі, нагвинчується гайка.

При частому загвинчуванні і відгвинчуванні з’єднання слід надавати перевагу шпилькам.

 

Основні параметри різьби

Зовнішній діаметр різьби d  – діаметр уявного циліндра, описаного навколо вершин зовнішньої різьби або впадин внутрішньої.

Внутрішній діаметр різьби d₁ – діаметр уявного циліндра, вписаного у впадини зовнішньої різьби або у вершини внутрішньої.

Середній діаметр різьби d₂ – діаметр уявного співвісного з різьбою циліндра, твірна якого перетинає профіль різьби в точці, де ширина канавки дорівнює ширині виступу.

Для конічної різьби вказані діаметри визначають в розрахунковому перетині, розміщеному на заданій відстані від бази конуса.

Зусилля в з'єднанні може бути спрямоване як вздовж стержня болта, так і поперек. Якщо зусилля, що діє в з'єднанні, спрямоване перпендикулярно до осі стержня болта, то таке з'єднання працює на зсув. Якщо зусилля, що діє на з'єднання, спрямоване паралельно поздовжній осі болтів, то вони працюють на розтяг.

Механічні властивості матеріалу гайок повинні бути такими, щоб не відбувалося зрізу різьби при затяжці болта до значень пробної сили.

У більшості випадків різьбові деталі виконують із сталі.  Рекомендації по призначенню класів міцності і марок сталей для болтів приведені в таблиці 1.

Принципова схема розрахунку

Для різьбового з'єднання характерне розміщення різьбового стрижня (гвинта, болта, шпильки) в отворі деталі, що з'єднується, з зазором. У цьому випадку зовнішнє навантаження зсуву сприймається силами тертя в стику деталей, а сила тертя створюється зусиллям стрижня, що його розтягує. У цих умовах основним навантаженням, що може сприймати стрижень, є осьова сила, яка його розтягує. Якщо з'єднання виконане стандартними різьбовими деталями зі стандартною різьбою (міцність різьби гарантована стандартом) і дотримані норми глибин закручування гвинтів і шпильок, критерієм працездатності різьбового з'єднання буде міцність різьбового стрижня на розтяг у місці, ослабленому різьбою. Тому прийнятий розрахунок різьбового з'єднання умовно ведуть на розтяг різьбового стрижня, а специфічні особливості його навантаження враховують вибором навантаження для розрахунку.

Приймаючи в якості розрахункової умови s_р ≤ [s]_рб, маємо формулу для розрахунку напруження

На підставі розрахунку призначається стандартна різьба з параметрами, найближче більшими від розрахункових, а потім вибираються стандартні різьбові деталі з призначеною різьбою. Перелік стандартів на конструкцію і розміри болтів подано в додатку А.

 

Завдання та вихідні дані для розрахунків

1 Оформлення вихідних даних на розрахунок:

Задача 1. Навантаження поперечною силою

Вихідні дані:

-  сила розтягу                                      F = 2,2 кН;

-  матеріал болтів                                 сталь 20;

-  вид навантаження                            постійне.

 

Необхідний запас міцності рекомендується приймати в залежності від номінального розміру різьби. Неконтрольоване затягування:

· [s_т] = 5...4 – для різьб М6... М16;

· [s_т] = 4...2,5 – для різьб М16... М30;

· [s_т] = 2,5...1,7 – для різьб вище М30.

 

де К – коефіцієнт запасу по зсуву деталей, К = 1,4 – 2;

f – коефіцієнт тертя Для стальних і чавунних поверхонь f = 0,15 - 0,2;

і – число стиків;

z – число болтів.

Згідно додатку А приймається різьба і вибирається болт. Умовне позначення болта

Болт М14 – 6gх50.46 ГОСТ7798–70.

Встановлення болта без зазора (рисунок 1, б).

Вихідні дані беруться з попереднього розрахунку. Таке з'єднання розраховують на зріз болта.

Умова міцності:

де τ_зр – розрахункове напруження зрізу болта, МПа;

F – поперечна сила, Н;

d – діаметр стержня у небезпечному перетині, мм;

i – число площин зрізу;

[τ]_зр – допустиме напруження зрізу для матеріалу болта, МПа;

[τ]_зр = (0,2 – 0,3)σ_т,

де σ_т – границя текучості, МПа.

Болт, вибираний з попереднього розрахунку, перевірити на зріз. Якщо умова не виконується, прийняти болт більшого діаметру, який буде задовольняти умові міцності.

Висновки по розрахунку

Після вирішення типових задач по розрахунках різьбових з’єднань необхідно провести аналіз їх результатів і зробити висновки по застосуванню того чи іншого методу розрахунку з’єднання на міцність.

 

Контрольні запитання

1 Які переваги різьбових з’єднань забезпечують їм широке застосування в техніці?

2 Дайте визначення таким параметрам різьби: профіль, крок, хід, кут профілю і кут підйому гвинтової лінії.

3 Які розрізняють типи різьб по профілю, по призначенню, по кроку, числу заходів, по напрямку гвинтової лінії?

4 Назвіть основні способи виготовлення різьби і інструменти, які при цьому застосовуються.

5 За якими параметрами метрична різьба відрізняється від дюймової?

6 На яких принципах основані способи стопоріння різьбових деталей? Перелічить всі відомі вам способи стопоріння.

7 З яких матеріалів виготовляють різьбові деталі?

8 Що характеризують числові позначення класу міцності болта?

9 Від яких основних факторів залежить значення моменту закручування в різьбовому з'єднанні?

10 Які методи застосовують для контролю зусилля затягу різьбового з’єднання?