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

6.5. Сопротивление усталости соединений шпильками

Предел выносливости соединений шпильками при осевом растяжении обычно выше, чем болтов, так как нагрузка на первый виток не столь велика. Однако в большей части конструкций завинченный в корпус конец шпильки вследствие изгиба оказывается в более напряженном состоянии, чем гаечный. Изгиб может возникнуть в конструкции как после монтажа соединения, так и при работе от действия внешних нагрузок.

Рис. 6.30. Способы установки шпилек: а — на сбег резьбы; б - с натягом по резьбе или на клее; в — с упором в дно отверстия; г - на вставке

Рис. 6.31. Способы установки шпильки с упором в бурт (а) и в дно отверстия (б)

Для сравнительного исследования сопротивления усталости испытывали шпильки из сталей и 14X17112 с накатанной резьбой завинченные в корпуса из алюминиевого сплава и стали Посадку шпилек в корпуса осуществляли разными способами (рис. 6.30).

Результаты испытаний, представленные в табл. 6.19, показывают, что при посадке шпилек с помощью вставки соединение обладает наибольшим пределом выносливости.

Таблица 6.19. Значения для соединений шпильками в зависимости от способа посадки (резьба от

Значения при посадке шпилек с натягом, на сбеге резьбы и в гладкое отверстие несколько меньше, чем при посадке с применением спиральной вставки. Однако эти значения существенно больше, чем для гаечного конца. Это объясняется уменьшением концентрации напряжений в резьбе из-за «стесненного» изгиба витков, а для корпусов из дополнительным в нем свойств материала корпуса.

Натяг в соединении не должен превышать для стальных соединений и для соединений стальных шпилек с корпусами из алюминиевых сплавов,

Отметим, что эффект стесненного изгиба при посадке на сбег проявляется для стального и алюминиевого корпуса неодинаково в связи с разной длиной посадочного участка.

Соединения при посадке шпилек на клее и с упором в дно резьбового отверстия имеют такой же предел выносливости, как и болтовые соединения с гайками из алюминиевого сплава.

При действии в соединении изгибающих сил эффективна посадка шпилек с упором в бурт (рис. 6.31, а) и центрированием по кольцевому пояску (рис. 6.31, б). Бурт позволяет дать шпильке предварительную затяжку, может передавать часть переменной нагрузки, минуя резьбу, на стержень шпильки или корпус. Выемка под буртом увеличивает податливость, поэтому погрешности в разметке отверстий не вызывают дополнительных нагрузок в резьбе.

Заметим, что при несоосности резьбы и оси отверстия для посадки шпилек с упором в дно в резьбе появляются значительные напряжения изгиба.

Рис. 6.32. Конструктивные схемы установки шпилек в детали

Сравнение пределов выносливости соединений при установке шпилек с резьбой в корпуса путем упора в бурт, на сбег резьбы и в дно резьбового отверстия (рис. 6.32) проведено также А. Брауном и У. Макклаймонгом (табл. 6.20).

Наряду с усталостным разрушением шпилек на практике встречаются случаи разрушения корпусных деталей. Это связано с тем, что картеры ряда двигателей внутреннего сгорания, а также других машин изготовляют из легких сплавов и чугунов, обладающих невысокими механическими характеристиками Максимальные растягивающие нагрузки на корпус возле шпильки действуют в сечении (рис. 6.33, б), где, кроме того, имеется и большая нагрузка на виток (рис. 6.33, в). Именно в этом сечении часто зарождаются трещины. Необходимо учесть, что часто применяемая в таких конструкциях посадка шпилек с натягом по среднему диаметру создает зону напряжений растяжения, снижающих прочность материала картера.

Напряжения в сечении можно снизить следующими способами: увеличением длины свинчивания; предварительным нагружением шпильки (например, упором в бурт); увеличением

Таблица 6.20. Значения для шпилек с нарезанной резьбой Витворта

Рис. 6.33. Резьбовое соединение (а) и эпюры сил, действующих на корпус (б) и витки резьбы (в)

длины отверстия под шпильку, применением шпилек в засверленной полостью, переменным поперечным сечением (см. рис. 6.31, а).

Посадка шпилек в гладкие цилиндрические отверстия. Общеизвестные способы посадки шпилек весьма трудоемки их можно реализовать лишь при наличии резьбы в корпусе.

В ряде конструкций эффективна посадка шпилек в гладкие цилиндрические бтверстия, что довольно просто применить при изготовлении корпусов из алюминиевых и магниевых сплавов.

Для монтажа шпилек в деталях корпусов сверлят отверстия диаметром, равным среднему диаметру резьбы по ГОСТ 9150-81, и фаской для предотвращения выпучивания металла на стыковую поверхность (рис. 6.34), Далее шпильку со смазанной резьбой, захваченную либо за гаечный конец обычным инструментом, либо за гладкую часть стержня специальным быстросъемным инструментом, завинчивают в корпус с частотой вращения (такая технология допускает групповой монтаж шпилек). Если на выступающие над корпусом концы шпилек установлен жесткий допуск, шпильки следует завинчивать по упорам. Центрирование длинных шпилек можно выполнять по кондукторной плите (втулке), короткие шпильки завинчивают без дополнительного центрирования.

Основная технологическая особенность монтажа заключается в том, что образование резьбы в гнезде происходит путем накатывания ее резьбой монтируемой шпильки (накатывание внутренней резьбы раскатниками широко применяется). В табл. 6.21 приведены рекомендуемые диаметры отверстий и размеры фасок в корпусах для посадки шпилек, а также значения (наименьшие и наибольшие) моментов завинчивания шпилек (рис. 35, 36) в корпуса из сплава при частоте вращения инструмента и моментов, при которых сечение шпильки по резьбовой части охвачено пластическими деформациями.

Посадка шпилек может выполняться и в сквозные, и в глухие отверстия. В последнем случае воздух из полости под шпилькой выходит в процессе монтажа по естественным зазорам в образуемом соединении.

Соединение может быть разобрано, и при повторной сборке та же шпилька завинчивается в полученное при первой сборке резьбовое гнездо, как при посадке на резьбе с натягом по среднему диаметру. В табл. 6.22 приведены наименьшие значения моментов вывинчивания шпилек после первого и второго завинчивания. Анализ показывает, что даже при втором вывинчивании

Рис. 6.34. Схема монтажа шпильки в гладкое отверстие

Рис. 6.35. Зависимость момента первого завинчивания от частоты вращения шпильки (материал корпуса — магниевый сплав резьба

Рис. 6.36. Зависимость момента первого завинчивания шпильки от длины свинчивания (материал корпуса — сплав резьба

стопорящие свойства, оцениваемые по моменту вывинчивания, таких соединений не ниже, чем при посадке шпилек на тугой резьбе.

Согласно результатам статических испытаний, при увеличении диаметра отверстия от номинального значения сила, разрушающая резьбу соединения, снижается вследствие уменьшения перекрытия витков. Однако рекомендуемая для обычных резьбовых соединений длина свинчивания оказывается достаточной и для соединений при посадке шпилек в гладкие отверстия. Дальнейшее увеличение I не приводит к повышению несущей способности соединений, которая ограничена либо прочностью стержня шпильки на разрыв, либо прочностью витков резьбы корпуса на срез из-за наступления предельного пластического состояния.

Таблица 6.21. Рекомендуемые диаметры отверстий и размеры фасок для посадки шпилек в гладкие отверстия

Таблица 6.22. Наименьшие значения моментов вывинчивания шпилек с резьбой при посадке в гладкие цилиндрические отверстия корпуса из

Предел выносливости соединений (см. табл. 6.20) при посадке в гладкие отверстия несколько ниже, чем при посадке на сбег или тугой резьбе, но превышает предел выносливости гаечного конца шпильки.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление