Главная > Разное > Резьбовые и фланцевые соединения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5.4. Прочность витков резьбы

Разрушение витков резьбы — довольно распространенный вид поломок резьбовых деталей. Основными конструктивными параметрами, определяющими прочность витков, являются диаметр и шаг резьбы Р, радиус впадины резьбы высота гайки Н (длина свинчивания соотношение механических характеристик материалов болта (шпильки) и гайки (корпуса). В меньшей степени влияют поперечные размеры гайки (размер под ключ).

Влияние диаметра и шага резьбы. Результаты испытаний резьбовых соединений при осевых растягивающих нагрузках показали, что при недостаточной высоте гайки происходит поломка соединения вследствие разрушения резьбы. Для повышения несущей способности резьбы увеличивают высоту гайки (длину свинчивания соединения). На рис. 5.6 приведена типичная зависимость силы, разрушающей соединение, от длины свинчивания. Светлыми точками на кривых обозначено разрушение резьбы, темными — обрыв стержня по резьбовой части вне корпуса. Материал гаек — сталь 45 нормализованная болтов — сталь 45 термоулучшенная Кривые 1 получены при испытании соединений с диаметром резьбы кривые кривые кривые кривая

Авторами совместно с Ю. Г. Рысем исследовано влияние конструктивных параметров резьбы и соединений на предел прочности. Установлено, что с увеличением диаметра резьбы (при неизменных шаге и высоте гайки) несущая способность соединения, оцениваемая по нагрузке, разрушающей резьбу, возрастает либо пропорционально диаметру (для соединений стальных шпилек с корпусными деталями из алюминиевых и магниевых

Рис. 5.7. Кривые изменения необходимой относительной высоты гайки в зависимости от отношения

сплавов), либо нелинейно (для стальных соединений). В последнем случае интенсивность повышения несущей способности резьбы снижается при больших диаметрах, однако несущественно, и в практических расчётах можно считать, что прочность резьбы увеличивается пропорционально ее диаметру.

Уменьшение шага резьбы (см. рис. 5.6) при неизменных наружном диаметре и высоте гайки снижает прочность соединения, так как для мелкой резьбы труднее в пределах одного класса точности обеспечить перекрытие витков, одинаковое с крупной резьбой. Кроме того, радиальные деформации тела гайки при нагружении также сильнее сказываются на несущей способности соединений с мелкой резьбой. Снижение прочности соединения при уменьшении шага резьбы было обнаружено позднее Г. Вигандом, К. Г. Иллгнером и П. Штригенсом.

Степень влияния шага резьбы на прочность соединения в значительной мере зависит от материалов резьбовых деталей. При существенном различии пределов прочности материалов болта и гайки и одинаковых модулях упругости прочность резьбы с увеличением шага изменяется пропорционально отношению

Это можно объяснить улучшением условий деформирования и разрушения витков резьбы гайки вследствие смещения наибольшего давления в зоне контакта к основанию витков гайки. Отметим, что при пластические деформации витков резьбы болта ничтожно малы.

Для соединения с гайками из материала с меньшим модулем упругости (например, из магниевого сплава с влияние шага сказывается не в меньшей степени, чем для стальных соединений.

Из анализа кривых на рис. 5.6 следует, что при в определенном диапазоне значений можно найти необходимую относительную высоту гайки при которой обеспечивается равнопрочность стержня болта на разрыв и витков на срез (смятие).

Необходимая высота гайки зависит от диаметра и шага резьбы, соотношения механических характеристик материалов резьбовых деталей, а также типа соединения, влияющего на характер распределения нагрузки между витками. Увеличение высоты гайки

Рис. 5.8. Зависимость несущей способности соединений от отношения при различной прочности материала шпилек:

сверх необходимой неэффективно, так как прочность соединений, ограниченная несущей способностью стержня болта, при этом не повышается, На рис. 5.7 приведены кривые изменения необходимой высоты гайки (длины свинчивания) в зависимости от отношения для соединений болтов из стали с гайками из сплава кривая сплава кривая 2), стали кривая 3), стали кривая 4). Увеличение необходимой высоты гайки с ростом отношения связано с влиянием диаметра и шага на прочность резьбы соединения и стержня болта (шпильки). Рекомендации по выбору необходимой высоты гайки даны в табл. 5.9 [22].

Влияние материала болта и гайки. Соотношение механических характеристик материалов болта и гайки существенно влияет на процесс деформирования и характер разрушения витков резьбы, поэтому несущая способность соединений при разных отношениях значительно различается, даже для материалов болта и гайки с одинаковыми модулями упругости.

На рис. 5.8 показаны кривые изменения нагрузки, разрушающей резьбу соединений, в зависимости от отношения

Таблица 5.9. Необходимая длина свинчивания (высота гайки) для стальных шпилек

(кликните для просмотра скана)

при различной прочности шпилек из сталей (сплошные линии) и 45 (штриховые линии). Материал гаек — сталь Видно, что, увеличивая предел прочности шпилек от 740 до можно более чем в 2 раза повысить несущую способность резьбы соединения. Это обстоятельство, объясняемое улучшением условий деформирования витков гайки (смещением нагрузки к основанию витков гайки), следует учитывать при проектировании и изготовлении соединений литых, кованых или штампованных корпусов из пластичных и, как правило, малопрочных низкоуглеродистых сталей (например, соединения корпусов сосудов высокого давления и др.).

Отметим, что при наблюдается срез витков шпильки; прочность соединения в этом случае невелика (кривая 4 на рис. 5.8). При соединение разрушается вследствие пластического изгиба витков (смятия); при этом нередко происходит выламывание витков одной из деталей. Несущая способность соединения в таком случае значительно выше, чем при разрушении от среза витков шпильки. Отсюда следует важный практический вывод: для более полного использования механических характеристик гаек (корпусных деталей) необходимо применять болты (шпильки) из материала с

При больших диаметрах резьбы наблюдается одновременное выламывание витков болта и гайки в результате пластического изгиба.

При соединения разрушаются, как правило, в результате среза витков гайки; прочность при этом наибольшая (кривая 1 на рис. 5.8). На рис. 5.9 показаны схемы деформации витков (рисунки шлифов) соединений стальных болтов с гайками из стали и дуралюмина при ступенчатом нагружении до разрушения. Согласно зависимостям, иллюстрирующим изменение относительной деформации соединения (по резьбовой части), небольшие пластические деформации в резьбе появляются уже при напряжениях, составляющих разрушающих. Интенсивный рост пластических деформаций начинается при напряжениях разрушение носит «взрывной» характер и сопровождается повышением температуры в соединении до 60 °С.

Если стальные шпильки свинчены с корпусами из легких материалов, например из алюминиевых и магниевых сплавов, то несущая способность резьбы таких соединений также возрастает при увеличении прочности материала шпилек.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление