Kenntnisse über Schraubverbindungen, das grundlegendste Fachwissen!

Aufgrund ihrer einfachen Struktur, der bequemen Demontage und Montage wurden Gewindeverbindungen standardisiert, in Massenproduktion hergestellt, sind kostengünstig, zuverlässig verbunden, verfügen über ausreichende Festigkeit, Steifigkeit und Selbsthemmung und werden häufig in verschiedenen Metallstrukturen und -mechanismen verwendet.

Tuofa CNC-Bearbeitung Erklären Sie den Fall der Gewindeverarbeitung ausführlich und lassen Sie durch die Vorstellung unseres Herstellungsprozesses alle mehr über den Spaß an der Herstellung erfahren.

Hauptparameter von Gewinde und Gewindeverbindung

Die Außenfläche des Gewindes ist eine zylindrische Spirale. Eine zylindrische Helix ist die Flugbahn eines Punktes, der sich entlang der zylindrischen Oberfläche bewegt, und die axiale Verschiebung a des Punktes ist proportional zur entsprechenden Winkelverschiebung a. Auf der zylindrischen Oberfläche werden die entlang der Helix gebildeten durchgehenden Vorsprünge und Rillen als Gewinde bezeichnet.
ein Bild

Das Gewinde besteht aus einem Außengewinde und einem Innengewinde. Je nach Form des Grundkörpers wird das Gewinde in ein zylindrisches Gewinde und ein konisches Gewinde unterteilt. Je nach Zahntyp kann es in Dreiecksgewinde, Rechteckgewinde, Trapezgewinde und Zackengewinde unterteilt werden. Der dreieckige Faden dient der Verbindung und die letzten drei Fäden dienen der Übertragung.

Die Hauptparameter des Threads sind:

① Anzahl der Linien: Wenn mehr als zwei Bewegungspunkte vorhanden sind und dieselbe Spiralbewegung gleichzeitig auf derselben zylindrischen Oberfläche ausgeführt wird und die axiale Richtung gleich weit entfernt ist, wird eine Mehrlinienhelix gebildet. Die Anzahl der Helixlinien wird als Anzahl der Gewindegänge des Gewindes bezeichnet, die durch n dargestellt werden.

② Drehrichtung: Die Winkelverschiebungsrichtung und die axiale Verschiebungsrichtung des Punktes, der sich entlang der Zylinderoberfläche bewegt, sind unterschiedlich. Die Spirallinie ist in Rechts- und Linkshänder unterteilt. Die Schraube, die im Uhrzeigersinn eingeschraubt wird, wird als Rechtsgewinde bezeichnet, und die Schraube, die gegen den Uhrzeigersinn eingeschraubt wird, wird als Linksgewinde bezeichnet. , die meisten der am häufigsten verwendeten Threads sind rechtshändig.

③ Zahnwinkel α: Zahnhalbwinkel α/2: Beim Gewindeprofil wird die Seitenfläche, die den Zahnkopf und den Zahnboden verbindet, als Zahnflanke bezeichnet, und der Winkel α zwischen den benachbarten Zahnflanken wird als Zahnwinkel bezeichnet. Der Winkel α/2 zwischen der Flanke und der Vertikalen der Gewindeachse wird Zahnhalbwinkel genannt.

④ Außendurchmesser (Hauptdurchmesser) d: Der Durchmesser der imaginären zylindrischen Oberfläche, die mit dem Scheitelpunkt des Außengewindes oder dem Grund des Innengewindes zusammenfällt, wird als Außendurchmesser (oder Hauptdurchmesser) des Gewindes bezeichnet, auch bekannt als Nenndurchmesser.

⑤ Innendurchmesser (kleiner Durchmesser) d1: Der Durchmesser der imaginären zylindrischen Oberfläche, die mit dem Grund des Außengewindes oder dem Scheitel des Innengewindes zusammenfällt, wird als Innendurchmesser (oder kleinerer Durchmesser) des Gewindes bezeichnet.

⑥ Teilungsdurchmesser d2: Bezieht sich auf den Durchmesser eines imaginären Teilungszylinders, und die Erzeugende des Kreises verläuft durch die Stelle, an der die Breite der Nut und der Vorsprung am Zahnprofil gleich sind.

⑦ Teilung P: der axiale Abstand zwischen den entsprechenden Punkten auf der Mittellinie zweier benachbarter Zähne.

⑧ Steigung S: der axiale Abstand zwischen den entsprechenden zwei Punkten auf der Mittellinie zweier benachbarter Zähne auf derselben Helix, S=nP, für Einzelgewinde, weil n=1, also S=P.

⑨ Helixwinkel φ: auf dem Zylinder mit mittlerem Durchmesser der Winkel zwischen der Tangente der Helix und der Ebene senkrecht zur Gewindeachse.

Die wichtigsten für die Verbindung verwendeten Gewinde sind: normales Gewinde und Rohrgewinde. Der normale Gewindeprofilwinkel beträgt 60° und der Außendurchmesser d ist der Nenndurchmesser. Der gleiche Nenndurchmesser kann Gewinde unterschiedlicher Steigung haben. Das Gewinde mit der größten Steigung wird als Grobgewinde bezeichnet, der Rest als Feingewinde. Im Allgemeinen wird für den Anschluss häufig ein Grobgewinde verwendet, das gemäß der Prüfnorm für den Nenndurchmesser ausgewählt wird. Das Feingewinde hat einen kleinen Steigungswinkel und eine gute Selbsthemmung. Das Feingewinde hat eine höhere Festigkeit als das Grobgewinde, ist jedoch nicht verschleißfest und leicht zu rutschen und wird hauptsächlich für dünnwandige Teile verwendet.

Das Rohrgewinde ist ein Zoll-Feingewinde mit einem Profilwinkel von 55°. Der Nenndurchmesser ist der Innendurchmesser des Rohres. Es gibt auch konische Rohrgewinde mit einem Profilwinkel von 55° und 60°. Verschiedene Füllstoffe können die Dichtheit der Verbindung gewährleisten.

Haupttypen von Gewindeverbindungen, Standard-Verbindungsteile

Die wichtigsten Arten von Schraubverbindungen sind:

①Schraubenverbindung: Wenn die verbundenen Teile nicht zu dick sind, durchdringen Sie zwei (oder mehr) verbundene Löcher mit gewöhnlichen Schrauben und ziehen Sie dann die Muttern fest. Dies ist die am weitesten verbreitete Methode.

② Schraubverbindung: Wenn eine der Verbindungen dick ist, kann eine Schraubverbindung verwendet werden. Die Einschraubtiefe hängt vom Material der Schraube und den verbundenen Teilen ab. Die entsprechend der Festigkeitsgleichheitsbedingung ermittelte Mindesteinschraubtiefe ist dem jeweiligen Handbuch zu entnehmen. Diese Art der Verbindung eignet sich nicht für Verbindungen, die häufig demontiert werden, und die häufige Demontage kann zum Verschleiß der Schraubenlöcher führen, was zu Reparaturschwierigkeiten und zur Verschrottung der verbundenen Teile führt.

③ Doppelendige Bolzenverbindung: Wird in Fällen verwendet, in denen eines der verbundenen Teile dick ist und häufig zerlegt wird. Bei der Demontage genügt es, die Mutter zu entfernen, der Stehbolzen muss nicht abgeschraubt werden.

Achten Sie bei der Konstruktion darauf, dass die Stehbolzen festgezogen werden müssen. Achten Sie beim Lösen der Mutter darauf, dass sich der Bolzen im Gewindeloch nicht verdreht. Die am häufigsten verwendeten Befestigungsmethoden für doppelseitige Bolzenverbindungen sind in der folgenden Abbildung dargestellt:

(a) Schrauben Sie das Presspassungsgewinde in das Gewindeloch, um eine horizontale Verschraubung über die gesamte Länge der Schraubverbindung zu erreichen.

(b) Drücken Sie das Ende des Gewindes (unvollständiges Gewinde) in das Gewindeloch, um eine lokale seitliche Spannung zu erzeugen.

(c) Drücken Sie mit der Endfläche des Sicherungsrings gegen das Gewindeloch und positionieren Sie den Bolzen axial.

(d) Drücken Sie die obere Struktur des Bolzens gegen die Unterseite des Gewindelochs, um eine axiale Befestigung zu bilden.

④Schraubverbindung einstellen: Schrauben Sie den Nagel in das Gewindeloch eines Teils, sodass das Ende des Nagels an der Oberfläche eines anderen Teils oder in der entsprechenden Grube anliegt. Es wird hauptsächlich zur Fixierung der gegenseitigen Position zweier Teile verwendet und ist nicht zur Übertragung großer Kräfte oder Momente geeignet.

Es gibt im Wesentlichen die folgenden sechs Arten von Standardverbindern für Gewindeverbindungen:

① Bolzen: Je nach Bearbeitungsgenauigkeit gibt es zwei Arten von Rohbolzen und verfeinerten Bolzen. Die am häufigsten verwendeten Schraubenköpfe sind Standard-Sechskantkopf, kleiner Sechskantkopf, Vierkantkopf ...

② Doppelendiger Bolzen: Beide Enden sind mit einem Gewinde versehen, und die Länge des in das Gehäuseende eingeschraubten Gewindes beträgt L1. Die Größe von L1 hängt vom Material der verbundenen Teile ab. Wenn Stahl mit Stahl verbunden ist, ist L1=d, und wenn Stahl mit Gusseisen verbunden ist, ist L1=d. Wenn L1=1.25d und L1=1.5d, wenn der Stahl mit einer Aluminiumlegierung verbunden ist, ist L1=2d.

③ Schraube: Der Aufbau und die Form ähneln denen von Schrauben, es gibt jedoch viele Formen von Schraubenköpfen, bei denen der Innen- und Außensechskantkopf ein größeres Anzugsdrehmoment aufbringen kann. Der runde Kopf und der Kreuzkopf sind unpraktisch, um ein großes Drehmoment auszuüben, daher sollte der Durchmesser nicht zu groß sein, im Allgemeinen nicht mehr als 10 mm.

④ Stellschraube: Es gibt viele Formen von Kopf und Schwanz. Die am häufigsten verwendeten Schwanzformen sind konisches Ende, flaches Ende und zylindrisches Ende. Generell muss das Schwanzende eine ausreichende Härte aufweisen.

⑤ Mutter: Sechskantmuttern werden häufig verwendet, es gibt aber auch grobe und raffinierte. Je nach Höhe wird es in Standardmutter, Flachmutter und Dickmutter unterteilt. Wenn eine Gewichtsreduzierung und eine seltene Demontage erforderlich ist, können flache Muttern und bei häufiger Demontage dicke Muttern verwendet werden.

⑥ Unterlegscheibe: Ein häufig verwendetes Zubehörteil, das zwischen der Mutter und dem Verbindungsstück platziert wird, kann die Auflagefläche schützen oder verhindern, dass sich die Mutter löst (Federscheibe usw.).

Festigkeitsniveau von Schraubverbindungen

Die nationale Norm schreibt vor: Verbindungselemente mit Gewinde werden nach ihren mechanischen Materialeigenschaften klassifiziert und die Festigkeitsstufe wird durch Zahlen dargestellt: Schrauben werden durch zwei Zahlen dargestellt, die Zahl vor dem Dezimalpunkt stellt 1/100 der Zugfestigkeitsgrenze des Materials dar und die Zahl nach dem Dezimalpunkt stellt die Zugfestigkeitsgrenze des Materials dar. Das 10-fache Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeitsgrenze. Die Nuss wird durch eine Zahl dargestellt. Um ein Festfressen des Gewindepaares zu verhindern und den Verschleiß zu verringern, sollte der Materialpegel der Mutter niedriger sein als der der Schraube.

Vorspannen und Lösen von Gewindeverbindungen verhindern

Je nachdem, ob die Schraubverbindung festgezogen ist oder nicht, wird sie in lose Verbindung und feste Verbindung unterteilt. Ein typisches Beispiel für eine lose Verbindung ist der Kupplungsbolzen, der die Riemenscheibe fixiert und nur durch eine äußere Last beaufschlagt wird.

In praktischen Anwendungen müssen die meisten Verbindungen während der Montage festgezogen werden, und die Kraft, die zu diesem Zeitpunkt auf die Schraube wirkt, wird als Voranzugskraft bezeichnet. Die Vorspannung kann die Steifheit und Straffheit der Gelenke erhöhen und die Lockerungsfähigkeit verbessern.

Die Standardteile des Verbindungsgewindes können die Selbsthemmungsbedingungen erfüllen. Die Reibung zwischen der Mutter oder dem Nagelkopf und der Auflagefläche des zu verbindenden Teils verhindert außerdem, dass sich die Mutter löst. Wenn sich die Temperatur jedoch stark ändert oder die Mutter einer Stoßbelastung ausgesetzt ist oder Vibrationen die Mutter allmählich lockern, muss die Konstruktion auf Arbeitsbedingungen, Zuverlässigkeitsanforderungen und strukturellen Merkmalen basieren, um die Einrichtung von Lockerungsschutzvorrichtungen in Betracht zu ziehen. Solche Lockerungssicherungen lassen sich grundsätzlich in drei Kategorien einteilen:

① Durch die Verwendung von Reibung zur Verhinderung eines Lösens ist die Federscheibe ein einfaches und benutzerfreundliches Anti-Lockerungsteil, das jedoch aufgrund der ungleichmäßigen Elastizität nicht sehr zuverlässig ist. Um ein Lösen zu verhindern, können auch Doppelmuttern verwendet werden. Um ein Lösen zu verhindern, können auch Sicherungsmuttern verwendet werden. Das obere Ende der Sicherungsmutter wird geöffnet und radial geschlossen, und nach dem Anziehen wird es geöffnet und die Mutter wird elastisch verriegelt, was einfach und zuverlässig ist und für wichtigere Anlässe viele Male zerlegt und zusammengebaut werden kann.

② Nutzen Sie die Form der Kupplung, um ein Lösen zu verhindern

Nutzen Sie die Form der Zusatzkupplung oder ändern Sie die Form des Gewindepaares so, dass sich die Gewindepaare nicht relativ zueinander verdrehen können. Zu seinen Praktiken gehören:

Sechskant-Schlitzmutter: Setzen Sie einen Splint ein und bohren Sie während der Installation Löcher am Ende der Schraube (siehe Splint). Dies kann für Verbindungen mit großen Änderungen der Stoßlinienlast verwendet werden.

Einohr-Sicherungsring: Eine Seite ist nach oben gebogen und an der Seite der Mutter befestigt, die andere Seite ist gebogen und an der Seitenwand des Verbindungsstücks befestigt, um ein Lösen zuverlässig zu verhindern.
 

Dreifache Anschlagscheibe: Ziehen Sie nach dem Festziehen der drei Muttern die beiden Seiten der Unterlegscheibe hoch und kleben Sie sie auf die Seiten der drei Muttern, sodass sich die drei Muttern gegenseitig einschränken.

Tandem-Stahldraht: Wird für Verbindungen mit wenigen Schrauben und dichter Anordnung verwendet. Achten Sie auf die Richtung der Kabelverbindung. Die Richtung rechts im Bild ist sinnvoll und hat eine Anti-Lockerungswirkung, die Installation ist jedoch zeitaufwändig.

Endschlagpunkt: Es handelt sich um einen dauerhaften Anschlag und wird für Gewindeverbindungen verwendet, die nicht demontiert werden sollen.

③ Verwenden Sie zusätzliche Materialien, um ein Lösen zu verhindern, z. B. das Anschweißen der Mutter an der Nagelstange, das Festschweißen der Seite oder das Beschichten der Gewindeoberfläche mit Klebstoff, der nicht nur ein Lösen verhindert, sondern auch abdichtet.

Faktoren, die bei der Konstruktion der Schraubengruppe berücksichtigt werden müssen

① Aus verarbeitungstechnischer Sicht sollte die Geometrie der Verbindungsfläche möglichst einfach sein, und der Schwerpunkt der Schraubengruppe fällt häufig mit dem Schwerpunkt der Verbindungsfläche zusammen. Es ist am besten, zwei Symmetrieachsen zu haben, die für die Verarbeitung von Berechnungen praktisch sind. Um den Bearbeitungsaufwand und die Auswirkungen unebener Verbindungsflächen zu reduzieren und gleichzeitig die Steifigkeit der Verbindung zu erhöhen, werden üblicherweise streifenförmige oder ringförmige Verbindungsflächen verwendet.

② Bei Schraubengruppen, die vom Moment beeinflusst werden, sollten die Schrauben so weit wie möglich von der Symmetrieachse entfernt angeordnet werden und die Anzahl der Schrauben auf demselben Kreis sollte 4, 6, 8, 12 ... betragen, um die Markierung zu erleichtern Indizierung.

③ Die Kraft der Schrauben sollte angemessen sein und die Entlastungsvorrichtung kann für normale Schrauben verwendet werden, die seitlichen Belastungen ausgesetzt sind. Oder verwenden Sie Schrauben mit Passbohrung, um zusätzliche Biegebelastungen der Schrauben zu vermeiden (z. B. unebene Auflagefläche, falsche Mutternlöcher, geringe Steifigkeit der verbundenen Teile, Durchbiegung der Verbindungskörperlöcher usw.).

④ Achten Sie beim Zusammenbau auf die gleiche Vorspannkraft jeder Schraube, um einen gleichmäßigen Druck auf die Verbindungsfläche zu erzeugen. Daher sollte der Achsabstand t benachbarter Bolzen grundsätzlich kleiner als 10d sein. Bei Verbindungen mit Dichtheitsanforderungen sollte der t-Wert nach einschlägigen Vorschriften ausgelegt werden. Bei der Größe des t-Werts wird auch der bewegliche Raum des Schraubenschlüssels berücksichtigt, sodass der t-Wert nicht zu klein sein darf.

Spannungszustand der Schraubengruppe

① Schraubengruppenverbindung unter seitlicher Belastung: einschließlich Schraubengruppenverbindung, gewöhnlicher Schraubenverbindung und Schraubenverbindung zum Aufbohren von Löchern.

Bei gewöhnlichen Schraubverbindungen wird die Druckkraft zwischen den Verbindungsflächen erzeugt, nachdem die Schrauben vorgezogen wurden, und der seitlichen äußeren Belastung wird durch Reibung standgehalten.

Das Scharnierloch ist mit Bolzen verbunden, und die Bolzenstange wird unter der Einwirkung seitlicher äußerer Belastung einer Scherung und Extrusion ausgesetzt.

② Bei der Schraubengruppenverbindung, die einem Drehmoment ausgesetzt ist, ist der Kraftzustand im Wesentlichen derselbe wie bei der seitlichen Belastung.

③ Schraubengruppenverbindung unter axialer Belastung: Mehrere Schrauben werden gleichmäßig beansprucht und ihre Achsen sind gleich. Es wird davon ausgegangen, dass die Schrauben gleichmäßig verteilt sind und jede Schraube der gleichen äußeren Belastung ausgesetzt ist.

④ Schraubengruppe, die einem Drehmoment ausgesetzt ist: Der Drehtrend ist der gleiche wie beim M-Drehen.

Abbildung (b) zeigt die Verteilung der Extrusionsspannung zwischen den Verbindungsflächen unter Einwirkung der Vorspannung.

Abbildung (c) zeigt die Verteilung der Extrusionsspannung zwischen den Verbindungsflächen unter Einwirkung des Kippmoments.

Abbildung (d) ist das Verteilungsdiagramm der Extrusionsspannung nach der Kombination der durch das Kippmoment erzeugten Spannung und der Vorspannkraft ohne Berücksichtigung der Änderung der Vorspannkraft der belasteten Schrauben. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die Extrusionsspannung am linken Rand der Verbindungsfläche am kleinsten und die Extrusionsspannung am rechten Rand am größten ist.

Bei der Konstruktion einer Schraubenverbindung wird unabhängig von der Art der äußeren Belastung zunächst die resultierende Gesamtkraft der Schraubengruppe ermittelt und anschließend die Festigkeit einer einzelnen Schraube berechnet.

7. Maßnahmen zur Verbesserung der Schraubenverbindungsfestigkeit

①Verbessern Sie die ungleichmäßige Lastverteilung zwischen den Gewindegängen

Aus der Analyse der Steifigkeitsverformung geht hervor, dass im Prozess der Kraftübertragung die Schraube gezogen wird und die Steigung zunimmt, während die Mutter zusammengedrückt wird und die Steigung abnimmt. Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Verformung des ersten Ringgewindes von der Auflagefläche der Mutter aus am größten ist, gefolgt vom zweiten Ring, und dann allmählich abnimmt. Daher kann die Verwendung einer Mutter mit zu vielen Windungen die Verbindungsfestigkeit nicht verbessern. Um die ungünstige Situation der Lastverteilung auf dem Thread zu verbessern, werden häufig folgende Methoden eingesetzt:

Stellen Sie die Aufhängungsmutter so ein, dass sowohl der Mutterkörper als auch die Schraube gezogen werden, wodurch der Unterschied in der Steigungsvariation verringert und die Lastverteilung auf dem Gewinde gleichmäßig verteilt wird.

Verwenden Sie eine schräge Innenmutter, und das Schraubenende der Mutter weist einen schrägen Innenwinkel von 10° bis 15° auf. Der Belastungspunkt der unteren Gewindezahnkreise mit der ursprünglichen Kraft wird nach außen verschoben, die Steifigkeit wird verringert und die Last wird nach oben bewegt, um die Lastverteilung vorzunehmen. neigen dazu, einheitlich zu sein.

Ringnutmutter, die Mutter schneidet die Nut, wodurch der Mutterteil gezogen wird, und der Effekt ist der gleiche wie der der Aufhängungsmutter.

Diese Maßnahmen sind kompliziert in der Abwicklung und eignen sich nur für wichtige Anlässe.

②Reduzieren Sie die Spannungsamplitude der Schrauben

Bei wechselbeanspruchten Schraubenverbindungen kann eine Vergrößerung der Schraubenlänge, eine Verringerung der Querschnittsfläche der Schraube oder eine Verringerung des elastischen Querschnitts E des Schraubenmaterials zu einer Verringerung der Steifigkeit der Schraube führen, wie z Verwendung flexibler Bolzen.

③ Um Spannungskonzentrationen zu reduzieren, gibt es Spannungskonzentrationen an den Gewindezähnen der Schraube, am Ende des Gewindes, an der Übergangskehle und am Übergang des Stangenabschnitts. Dabei hat die Spannungskonzentration am Gewindegrund einen großen Einfluss und der Kehlradius am Gewindegrund kann vergrößert werden. Wenn beispielsweise r=0.1443p auf r=0.21p erhöht wird, kann die Festigkeit der Schraubenverbindung um 24 % bis 40 % erhöht werden. Darüber hinaus kann die konzentrierte Spannung durch die Vergrößerung der Übergangskehle von Nagelkopf und -schaft, das Schneiden der Entlastungsnut unter Verwendung des Entlastungsübergangs und der Gewinderückzugsnut verringert werden.

Der Nachteil dieser Maßnahmen liegt im erhöhten Aufwand und wird nur bei wichtigen Verbindungen eingesetzt.

④ Vermeiden Sie zusätzlichen Stress

Wenn die Auflagefläche nicht flach ist, das Mutternloch nicht korrekt ist, die verbundenen Teile nicht in einer geraden Linie gestanzt sind, die Steifigkeit der verbundenen Teile zu gering ist und die Hakenkopfverbindung zu einer zusätzlichen Belastung der Verbindung führt, was zu einer zusätzlichen Belastung der Verbindung führt sollten bei der Gestaltung vermieden werden.

⑤ Nehmen Sie einen angemessenen Herstellungsprozess an

Der Herstellungsprozess hat einen großen Einfluss auf die Dauerfestigkeit der Schraube und die bei der Verarbeitung in der Gewindeoberflächenschicht entstehende Restspannung sollte beseitigt werden.

Gerollte Gewinde sind besser als Drehgewinde. Es ist unvernünftig, die Metallfasern durch Drehen des Gewindes mit der besseren Oberflächenqualität zu entfernen, während das Rollgewinde die plastische Umformung des Materials nutzt. Nach dem Walzen ist die Metallstruktur dicht. Die Faserrichtung ist die gleiche und ihre Festigkeit ist 40 bis 95 % höher als die von Drehgewinden.

Nitrieren, Zyanidieren und andere Oberflächenhärtungsbehandlungen an der Gewindeoberfläche können ebenfalls die Dauerfestigkeit der Schraube verbessern.