 |
Классы прочности резьбовых деталей и допускаемые напряжения
|
|
|
|
Стальные винты и шпильки в соответствии с ГОСТ 1759-82 изготавливают 12-ти классов прочности. Класс прочности обозначают двумя цифрами, например 5.8. Первая цифра, умноженная на 100, указывает минимальное значение предела прочности (МПа), а их произведение, умноженное на 10, соответствует приблизительно пределу текучести. В данном случае σ_в=500 МПа, σ_т=400 МПа.
Допускаемые напряжения при действии на резьбовое соединение постоянной нагрузки выбирают в зависимости от предела текучести материала винта (болта) и коэффициента запаса (S), принимаемого равным 1,5…2,5:
[σ_допускаемое ]=σ_текучести⁄S
Стандартные резьбовые крепежные изделия
Для соединения деталей применяются стандартные крепежные резьбовые детали: болты, винты, шпильки, гайки. Все крепежные резьбовые изделия выполняются с метрической резьбой (как правило, с крупным шагом, реже с мелким) и изготовляются по соответствующим стандартам, устанавливающим требования к материалу, покрытию и прочим условиям изготовления этих деталей. Каждая крепежная деталь имеет условное обозначение, в котором отражаются: форма, основные размеры, материал и покрытие.
В зависимости от необходимых механическихсвойств материала, из которого изготовлена крепежная деталь, она характеризуется определенным классом прочности или относится к определенной группе, которые устанавливает ГОСТ 1759-70. Каждый класс прочности и каждая группа определяют требования к механической прочности резьбовой детали и предусматривают марки материалов, из которых могут изготавливаться эти детали. Класс прочности болтов, винтов и шпилек обозначается двумя числами, каждое из которых отражает различные параметры, характеризующие прочность материала детали. Класс прочности гаек обозначается одним числом, которое отражает состояние материала детали при воздействии на нее испытательной нагрузки.
|
|
|
Для предохранения крепежных деталей от коррозии применяются соответствующие защитные покрытия. ГОСТ 1759-70 устанавливает следующие условные обозначения покрытий: цинковое с хроматированием - 01; кадмиевое с хроматированием - 02; многослойное (медь - никель) - 03; многослойное (медь - никель - хром) - 04; окисное - 05; фосфатное с промасливанием - 06; оловянное - 07; медное - 08; цинковое - 09; окисное анодизационное с хромированием - 10; пассивное - 11; серебряное - 12.
Детали, выполняемые без покрытия, характеризуются индексом 00.
Условное обозначение любой стандартной крепежной детали должно отражать:
· форму и основные размеры детали и ее элементов, определяемые соответствующим размерным стандартом;
· класс прочности или группу детали, характеризующие механические свойства материала детали;
· условное обозначение покрытия, предохраняющего деталь от коррозии.
Болт
Болт - крепежное резьбовое изделие, состоящее из двух частей: головки и стержня с резьбой (рис.15). В большинстве конструкций болтов на его головке имеется фаска, сглаживающая острые края головки и облегчающая наложение гаечного ключа при свинчивании. Болты с шестигранной головкой выпускаются в трех исполнениях (рис.16):
исполнение 1 - без отверстий в головке и стержне;
исполнение 2 - с отверстием для шплинта на нарезанной части стержня болта;
исполнение 3 - с двумя отверстиями в головке болта (в них заводится проволока для соединения группы нескольких однородных болтов).
Болты исполнения 2 и 3 употребляются для соединения деталей машин, испытывающих вибрации, толчки и удары, ведущие к самоотвинчиванию гаек и болтов. Шплинт или проволока будут этому препятствовать.
|
|
|
Основные размеры наиболее распространенных в машиностроении болтов с шестигранной головкойприведены в таблице 1.
Рис.15
Рис.16
Каждому диаметру резьбы болта d соответствуют определенные размеры его головки. При одном и том же диаметре резьбы d болт может изготавливаться различной длины l, которая стандартизована. Длина резьбы болта l0, которая также стандартизована и устанавливается в зависимости от его диаметра d и длины l (ГОСТ 7798-70).
Таблица 1. Размеры болтов с шестигранной головкой нормальной точности (выдержка из ГОСТ 7798-70) мм.
| Номинальный диаметр резьбы d | S | H | D, не менее | r | d3 | d4 | l2 | |
| Не менее | Не более | |||||||
| 26,5 33,3 39,6 50,9 | 0,6 0,8 0,8 | 1,6 2,2 2,2 2,7 | 6,3 | 6,5 7,5 9,5 |
Таблица 2. Длина болтов с шестигранной головкой нормальной точности (выдержка из ГОСТ 7798-70) мм.
| Номинальная длина болта l | Длина резьбы l0 и расстояние от опорной поверхности головки до оси отверстия в стержне l1 при номинальном диаметре резьбы d (знаком х отмечены болты с резьбой на всей длине болта.) | |||||||
| l1 | l0 | l1 | l0 | l1 | l0 | l1 | l0 | |
| х | х | |||||||
| х | ||||||||
Рабочий чертеж болта выполняется по размерам, взятым из соответствующего стандарта.
Обычно резьбовые крепежные детали изображаются на чертеже так, чтобы ось их резьбы располагалась параллельно основной надписи чертежа.
Условное обозначение болта:
Болт 2 М16 х 1.5.2а х 75.68.09 ГОСТ 7798-70.
Расшифровывается: Болт - название детали; 2 - исполнение 2; М16 - тип и размер резьбы; 1,5 - величина мелкого шага резьбы; 2а - класс (степень) точности резьбы; 75 - длина болта; 68 - условная запись класса прочности 68, указывающего, что болт выполнен из стали с определенными механическими свойствами; 09 - цинковое покрытие; ГОСТ 7798 - 70 - размерный стандарт, указывающий, что болт имеет шестигранную головку и выполнен с нормальной точностью. На учебных чертежах обозначение болта упрощают: Болт 2 М16 х 1.5 х 75 ГОСТ 7798-70.
Гайка
Гайки - изделие с резьбовым отверстием для навинчивания на резьбовой конец болта, при этом соединяемые детали зажимаются между гайкой и головкой болта.
|
|
|
По форме гайки могут быть шестигранными, шестигранными прорезными, корончатыми, круглыми, барашковыми и др. Шестигранные гайки подразделяются по высоте: нормальной высоты, низкие, высокие, особо высокие. По виду резьбы различают гайки с метрической резьбой с крупным или мелким шагом. Гайки изготавливают нормальной точности, повышенной и грубой.
Наиболее распространенные шестигранные гайки нормальной точности (рис.17, а) по ГОСТ 5915-70 в двух исполнениях: с двумя и одной наружными фасками (рис.17, б).
а) б)
Исполнение 1 Исполнение 2
Рис.17
Таблица 3. Гайки шестигранные (нормальной точности) (выдержка из ГОСТ 5915-70) мм.
| Номинальный диаметр резьбы d | Размер под ключ S | Диаметр описанной окружности D, не менее | Высота H |
| 26,5 | |||
| 33,3 | |||
| 39,6 | |||
| 50,9 |
Чертеж гайки выполняется по размерам, взятым из соответствующего стандарта, низкие гайки (ГОСТ 5916-70), высокие (ГОСТ 15523-70) и особо высокие (ГОСТ 15525-70).
Условное обозначение гаек на учебных чертежах:
Гайка М24 ГОСТ 5915-70 - шестигранная гайка, нормальной точности, первого исполнения, с диаметром метрической резьбы 24 мм шаг крупный.
Изображение фасок на головках болтов и гайках. Дуги кривых на гранях гаек и головках болтов являются дугами гипербол, но их, как правило, заменяют на изображениях дугами окружностей. Построения показаны на рис.18.
Рис.18
Шпилька
Шпилька применяется в тех случаях, когда у деталей нет места для размещения головки болта, или если одна из деталей имеет значительно большую толщину, тогда применять слишком длинный болт неэкономично.
Шпилька представляет собой цилиндрический стержень, имеющий с обоих концов резьбу (рис.19).
Рис.19
Одним нарезанным концом шпилька ввинчивается в резьбовое отверстие, выполненное в одной из деталей. На второй конец с резьбой навинчивается гайка, соединяя детали. Размеры шпильки стандартизованы. Длина l1 ввинчиваемого резьбового конца определяется материалом детали, в которую он должен ввинчиваться, и может выполняться разной величины. В таблице4 приведены данные о длине ввинчиваемого конца шпильки в зависимости от области ее применения.
|
|
|
Таблица 4
| Длина ввинчиваемого резьбового конца | ГОСТ | Область применения |
| l1=d | 22032-76* | для стальных, бронзовых и латунных деталей |
| l1=1,25d | 22034-76* | для деталей из ковкого и серого чугуна |
| l1= 1,6d | 22036-76* | |
| l1=2d | 22038-76* | для деталей из легких сплавов |
| l1=2,5d | 22040-76* |
(d - наружный диаметр резьбы). Резьбовой конец шпильки l0 предназначен для навинчивания на него гайки при соединении скрепляемых деталей. Под длиной шпильки l понимается длина стержня без ввинчиваемого резьбового конца. Длина резьбового (гаечного) конца l0 может иметь различные значения, определяемые диаметром резьбы d и длиной шпильки l. Шпильки изготавливаются на концах с одинаковыми диаметрами резьбы и гладкой части стержня посередине (рис.19) нормальной и повышенной точности.
Таблица 5.Длина шпилек общего применения (выдержка из ГОСТ 22032-76) мм.
| Номинальная длина шпильки l (без резьбового ввинчиваемого конца l1) | Длина резьбового конца l0 (без сбега резьбы) при d. | |||
| х | х | - | ||
| х | х | |||
| х | ||||
Условное обозначение шпильки на учебных чертежах:
Шпилька M24х80 ГОСТ 22032-76 означает: М24 - номинальный диаметр метрической резьбы с крупным шагом; 80 - длина шпильки.
Шайба
Шайба -деталь, которую устанавливают под гайку, головку болта или винта. Шайба предохраняет опорную поверхность детали от задиров при затяжке гайки ключом; позволяет распределить усилия на соединяемые детали (когда мала опорная поверхность гаек); предотвращает возможность самоотвинчивания. Шайбы разделяют на круглые, пружинные, стопорные и др. Шайбы круглые делят на: шайбы обычные нормального ряда, шайбы увеличенные, шайбы уменьшенные.
Наиболее часто применяются шайбы нормального ряда по ГОСТ 11371-78, имеющие два исполнения (рис.20): исполнение 1 - без фаски; исполнение 2 - с фасками. Условное обозначение шайбы: Шайба 12 ГОСТ 11371-78.
Исполнение 1 Исполнение 2
Рис.20
Таблица 6. Шайбы нормальные (выдержка из ГОСТ 11371-78) мм.
| Номинальный диаметр резьбы крепежной детали | d1 | d2 | s | e | X, не менее |
| 0,75-1,50 | 1,50 | ||||
| 0,75-1,50 | 1,50 | ||||
| 1,00-2,00 | 1,50 | ||||
| 1,00-2,00 | 1,50 |
В целях предупреждения самоотвинчивания болтов, винтов и гаек от вибрации и толчков применяют пружинные шайбы (рис.21, а),которые представляют собой как бы виток пружины квадратного профиля с левым направлением навивки. Пружинная шайба разрезана поперек, под углом 70-85° к плоскости опоры. Острые края ее при сжатии гайкой стремятся внедриться в торец гайки (рис.21, б) и опорную поверхность детали, тем самым задерживая обратное вращение гайки или болта. Кроме того, пружинная шайба обеспечивает постоянное натяжение между витками резьбы болта и гайки и этим самым способствует задержке обратного поворота гайки.
|
|
|
Шайба пружинная, выполненная по ГОСТ 6402-70 диаметром 12 мм обозначается: Шайба 12 ГОСТ 6402-70.
Рис.21
Резьбовые соединения
Болтовое соединение
В болтовое соединение входят: 1 - болт, 2 - гайка, 3 - шайба (рис.22). Чертеж болтового соединения выполняется по заданным размерам диаметра резьбы болта и толщины соединяемых деталей. Длина болта рассчитывается по формуле:
l = B1 + B2 + Sш + H + k,
где В1 + В2 - толщина соединяемых деталей;
Sш - толщина шайбы
H - высота гайки
k = 0,3d - запас резьбы.
В соответствии со стандартом выбирают l - длину болта, l0 - длину нарезанной части. Диаметр отверстия под болт принимают на 1 мм больше диаметра стержня болта. На чертежах резьбовых соединений болты, винты, шпильки, гайки, шайбы в продольном разрезе изображают не рассеченными.
Пример.
Дано: диаметр резьбы болта d = 20 мм, толщина соединяемых деталей В1 = 30 мм, В2 = 34 мм.
Находим: высота гайки H = 16 мм (ГОСТ 5915-70*, таблица 4.8), толщина шайбы Sш = 3 мм (ГОСТ 11371-78*).
Рассчитываем длину болта: l = 30 + 34 + 3 + 16 + 6 = 89 мм, по ГОСТ 7798-70* принимаем l = 90 мм. Длина нарезанной части l0 = 46 мм
Рис.22
Шпилечное соединение
В шпилечное соединение входят: шпилька, гайка, шайба и соединяемые детали. Чертеж шпилечного соединения выполняется по заданным размерам диаметра резьбы шпильки, толщины В соединяемой детали, марки материала детали с резьбовым гнездом. Длина шпильки рассчитывается по формуле:
l = B + Sш + H + k,
где В - толщина детали;
Sш - высота шайбы
H - высота гайки
k = 0,3d - запас резьбы.
Длину ввинчиваемого конца шпильки l 1 выбирают в зависимости от материала детали, в которую вворачивается шпилька (см. выше). Технологическая последовательность выполнения отверстия с резьбой под шпильку и порядок сборки шпилечного соединения показаны на рис.23 Сверлят отверстие диаметром d1 = 0,85d на глубину l 2 = l 1 + 0,5d (рис.23 а) - сверленое гнездо под шпильку). Отверстие заканчивается конической поверхностью с углом при вершине 1200 (угол на чертеже не показывают). Резьбу в отверстии детали нарезают метчиком, на конце которого имеется заборный конус, предупреждающий его поломку в начале нарезания. Поэтому глубина резьбы l 3 = l 1 + 2Р, где Р - шаг резьбы (рис.23 б) - нарезанное гнездо под шпильку). Шпилька ввинчивается в резьбовое отверстие детали А на всю длину резьбы l 1, сверху устанавливается деталь В с отверстием на 1 мм больше диаметра, чем диаметр шпильки (рис.23 в). На резьбовой конец шпильки надевается шайба и навинчивается гайка (рис.23 г).
а) б) в) г)
Рис.23
Список литературы
1. Чернилевский Д.В. Детали машин и основы конструирования: учебник для вузов.-М.: Машиностроение, 2006, 656 с.
2. Электорнные лекции: http://www.det-mash.ru
3. Гордин П.В., Росляков Е.М., Эвелеков В.И. Детали машин и основы конструирования: Учебное пособие. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2006. - 186 с.
4. Гузенков П. Г. Детали машин: Учеб. для вузов.—4-е изд., испр. М: Высш. шк., 1986.—359 с: ил.
5. Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов.— М.: Машиностроение, 1989.—496 с.
|
|
|
