Иванов РК 1 ULTIMATE (Резьба)

Посмотреть архив целиком

1. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин.

Машина – устройство, преобразующее энергию, любая машина состоит из деталей.

Деталь – часть машины, изготавливаемая без сборочных операций.

Узел – детали, собранные в одно целое.

Механизм – сборочная единица, предназначенная для преобразования движения.

Работоспособность – состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции.

Критерии работоспособности: прочность, жесткость, износостойкость, виброустойчивость, теплостойкость, коррозионная стойкость, надежность.

Прочность – способность детали выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или возникновения пластических деформаций. Нагрузка бывает – статическая, усталостная, ударная => разный расчет критериев. Т.к. нагрузка различна, при переменной нагрузке учитывается вид нагружения путем введения эмпирических коэффициентов.

Способы повышения прочности: 1) избежать изгибных напряжений, стараться, чтоб деталь работала на растяжение, либо на сжатие 2) выбор рациональной формы изделия 3) избежание концентраторов напряжений 4) создание в детали начального напряжения обратного знака.

Жесткость — способность деталей, сборочных единиц со­противляться изменению формы под действием нагрузок. Жесткость вызвана собственными упругими деформациями деталей, приближенно вычисляемыми по формулам сопротив­ления материалов и контактными деформациями (перемеще­ниями), определяемыми при начальном контакте деталей по линии или в точке по формулам Герца, а при начальном кон­такте по площади — с помощью экспериментальных зависи­мостей. Методы повышения жесткости: 1) введение дополнительных конструктивных элементов 2) оптимальная форма сечения образца 3) применение материалов с высокими модулями упругости.

Износостойкость — способность материала рабочих по­верхностей деталей сопротивляться изнашиванию. Она опре­деляется видом трения (скольжения или качения), наличием смазочного материала, режимом трения (жидкостным, полу­жидкостным, граничным и сухим), уровнем защиты от загряз­нений, материалом и твердостью трущихся поверхностей. Из­носостойкость — важный критерий работоспособности, так как около 90% деталей, имеющих подвижные сопряжения, выходят из строя именно из-за износа.

Виброустойчивость — способность машины сопротивлять­ся появлению вредных вынужденных колебаний и автоколе­баний, т. е. колебаний, вызываемых ими самими. Колебания вызывают дополнительные деформации деталей, снижая их циклическую прочность,

Теплостойкость — способность машины работать при по­вышенных температурах — особо актуальна в машинах с боль­шим тепловыделением в рабочем процессе (тепловые и элект­рические машины, машины для горячей обработки металлов). Теплостойкость ограничивает работоспособность машин, по­скольку снижаются несущая способность масляного слоя в трущихся парах и точность деталей из-за температурных де­формаций. Так, температурные деформации лопаток турбин могут вызвать выборку зазоров и аварию машины.

Коррозионная стойкость — сопротивление металлов хи­мическому или электрохимическому разрушению поверхност­ных слоев и коррозионной усталости. Средства борьбы — спе­циальное легирование или покрытия.

Надежность – способность сохранять свои эксплуатационные свойства в течение заданного срока службы. Срок службы определяет продолжительность эксплуатации от начала до разрушения. Ресурс – количество циклов работы в часах или циклах нагружения за время срока службы.


2. Резьбовые соединения, их достоинства и недостатки. Основные детали резьбовых соединений: винт, гайка, шпилька, стопорные устройства.

Резьбовые соединения – соединения деталей с помощью резьбы. В качестве резьбовых элементов используют болты, винты и шпильки.

Достоинства: 1) обеспечивает возможность многократной сборки – разборки 2) при незначительной силе на ключе, создается значительная сила затяжки 3) возможна сборка при различном взаимном расположении деталей 4) простота и возможность точного изготовления.

Недостатки: 1) относительно большие размеры 2) масса фланцев для размещения гаек и головок винта.

Основным пре­имуществом болтового соединения (рис. 14.1, а) является то, что оно не требует выполнения резьбы в соединяемых деталях. Применяют болтовые соединения при относительно неболь­шой толщине соединяемых деталей и когда материал детали не обеспечивает достаточной прочности резьбы. Винты (рис. 14.1, б) применяют, когда корпусная деталь большой толщины не позволяет выполнить сквозное отверстие для установки болта, или при жестких ограничениях конструк­ции по весовым параметрам. Шпильки (рис. 14.1, в) применя­ют вместо винтов, если прочность материала детали с резьбой недостаточна (сплавы на основе алюминия), а также при час­тых сборках и разборках соединений. В этом случае шпилька завинчивается в деталь один раз на все время работы соедине­ния, а при сборках и разборках работает более прочная резьба на участке свинчивания с гайкой. Формы головок винта (бол­та) и гайки могут быть различными в зависимости от условий конструкции, сборки и т. д.

3. Типы резьб и область из применения. Основные геометрические параметры резьбы.

Резьба может выполняться на цилиндрических и конических поверхностях. Основа резьбы – винтовая линия, в зависимости от ее направления резьба бывает правая и левая. По форме сечения резьбы различают: треугольную метрическую, трапецеидальную, упорную.

Типы резьб: 1) крепежно-регулировочные (метрическая, часовая) 2) крепежно-управляющие (трубная, нет острых углов) 3) резьбы движения (прямоугольная, трапецеидальная, упорная). Чаще всего применяют однозаходные резьбы.

Метрическая резьба

Трапецеидальная резьба

Упорная резьба

Немного о винтовой линии:


4. Вывод расчетных зависимостей для определения момента сопротивления в резьбе и момента трения на торце гайки или головки болта. Вывод формулы для определения момента в резьбе при силе затяжки Fзат (случай завинчивания). Что называется приведенным коэффициентом трения в резьбе.

Резьбовые соединения собирают завинчиванием винтов (га­ек) с помощью гаечных ключей. Момент Тзав, который созда­ется гаечным ключом, преодолевает момент трения в резьбе Тр и момент трения Тт на торце гайки (головки винта) о неподвижную поверхность детали:

Момент трения в резь­бе Тр определяют исходя из взаи­модействия элемента витка резь­бы гайки с витком резьбы винта. Рассмотрим прямоугольную резь­бу. На рис. показана сис­тема сил, действующих при за­винчивании гайки, F — осевая сила в винте, Ft — окружная си­ла, приложенная к гайке на сред­нем диаметре d2, FN — сила, действующая на гай­ку со стороны опорной поверхно­сти резьбы. Сила трения Fтр, про­порциональна нормальной силе FN и направлена в сторону, проти­воположную движению гайки.

Сила Ft находится из многоугольника сил, где Ψ— угол подъема винтовой линии; φ — угол трения, равный arctg(f) (f — коэффициент трения). Стрелка показывает направ­ление движения гайки. Из рисунка следует

Тогда момент в резьбе Тр при условии приложения силы Ft на среднем диа­метре d2

Окружная сила трения в треугольной резьбе больше, чем в прямоугольной. Если окружная сила трения для витка прямоугольного профиля Ft = Ff, то для витка треугольного про­филя


Где , α – угол профиля резьбы; - приведенный коэффициент трения в резьбе.

- приведенный угол трения, тогда

Момент трения Тт на торце гайки вычисля­ют, принимая, что равнодействующая сил трения приложена по среднему диаметру кольцевой опорной поверхности с наружным диаметром, равным размеру под ключ а, и внутренним диаметром, равным диаметру отверстия под винт с d0.


5. Условия самоторможения винтовой пары. Способы повышения КПД винтовой пары.

Условие самоторможения резьбы Ψ<φ. Для треугольной метрической резьбы это условие имеет вид Ψ<φ1, где φ1 — приведенный угол трения. В реальных резьбовых соединениях это условие выполняется, даже если используется резьба с крупным шагом. Для нее угол подъема Ψ винтовой линии по среднему диаметру резьбы меняется в пределах 2°30'...3°30', а приведенный угол трения φ1 изменяется в пределах от 6° (при f~0,1) до 16° (при f~ 0,3). Таким образом, все крепежные резьбы самотормозящиеся.

КПД резьбовой пары определяют из условия , где Апол – полезная работа, Азатр – работа, затраченная на завинчивание гайки.

Рассмотрим поворот гайки на малый угол dγ, при котором силы считаем постоянными.

Тогда КПД резьбовой пары .

Чтобы увеличить КПД необходимо либо уменьшить φ1, т.е. уменьшить коэффициент трения f, изготовив гайку и винт из антифрикционных материалов (φ1 < Ψ для ходовых резьб), либо увеличить Ψ, т.е. повысить заходность резьбы (если резьба должна быть самотормозящейся, то φ1 > Ψ).


6. КПД винтовой пары. Способы повышения КПД винтовой пары. (Вывод формулы для расчета КПД винтовой пары).

КПД резьбовой пары определяют из условия , где Апол – полезная работа, Азатр – работа, затраченная на завинчивание гайки.

Рассмотрим поворот гайки на малый угол dγ, при котором силы считаем постоянными.

Тогда КПД резьбовой пары .

Чтобы увеличить КПД необходимо либо уменьшить φ1, т.е. уменьшить коэффициент трения f, изготовив гайку и винт из антифрикционных материалов (φ1 < Ψ для ходовых резьб), либо увеличить Ψ, т.е. повысить заходность резьбы (если резьба должна быть самотормозящейся, то φ1 > Ψ).


7. Распределение осевой силы по виткам резьбы. Конструктивные меры, применяемые для улучшения распределения нагрузки по виткам.

Распределение нагрузки между витками резьбы может быть равномерным в случае, если отсутствуют зазоры (податливость резьбы выше податливости тела винта).

Задача Жуковского (абсолютная погрешность шага равна 0):