Знание резьбовых соединений, самые базовые профессиональные знания!

Благодаря своей простой конструкции, удобной разборке и сборке резьбовые соединения стандартизированы, производятся серийно, имеют невысокую стоимость, надежное соединение, достаточную прочность, жесткость и самоконтрящиеся, широко применяются в различных металлических конструкциях и механизмах.

Обработка Туофа с ЧПУ подробно объясним процесс обработки резьбы и, поделившись нашим производственным процессом, расскажем всем больше об удовольствиях от производства.

Основные параметры резьбы и резьбового соединения

Наружная поверхность резьбы представляет собой цилиндрическую спираль. Цилиндрическая спираль — это траектория движения точки по цилиндрической поверхности, причем осевое смещение точки а пропорционально соответствующему угловому смещению а. На цилиндрической поверхности образующиеся по винтовой линии сплошные выступы и канавки называются резьбой.
картина

Резьба состоит из внешней и внутренней резьбы. По форме основного тела резьбу разделяют на цилиндрическую и коническую. В зависимости от типа зуба ее можно разделить на треугольную, прямоугольную, трапециевидную и зубчатую резьбу. Треугольная резьба используется для соединения, а последние три нити — для передачи.

Основными параметрами резьбы являются:

① Количество линий: если имеется более двух движущихся точек, одно и то же винтовое движение выполняется на одной и той же цилиндрической поверхности одновременно, а осевое направление равноудалено, будет сформирована многолинейная спираль. Число линий спирали называется числом витков нити, которое обозначается буквой n.

② Направление вращения: направление углового смещения и направление осевого смещения точки, движущейся по поверхности цилиндра, различны. Спиральная линия делится на правостороннюю и левовинтовую. Винт, завинчиваемый по часовой стрелке, называется правой резьбой, а винт, завинчиваемый против часовой стрелки, — левой. , большинство обычно используемых резьб являются правосторонними.

③ Угол зуба α: угол половины зуба α/2: В профиле резьбы боковая поверхность, соединяющая гребень зуба и нижнюю часть зуба, называется боковой поверхностью зуба, а угол α между соседними боковыми сторонами зуба называется углом зуба. Угол α/2 между боковой поверхностью и вертикальной линией оси резьбы называется полууглом зуба.

④ Наружный диаметр (большой диаметр) d: Диаметр воображаемой цилиндрической поверхности, которая совпадает с вершиной внешней резьбы или основанием внутренней резьбы, называется внешним диаметром (или большим диаметром) резьбы, также известным как номинальный диаметр.

⑤ Внутренний диаметр (меньший диаметр) d1: Диаметр воображаемой цилиндрической поверхности, которая совпадает с основанием внешней резьбы или гребнем внутренней резьбы, называется внутренним диаметром (или меньшим диаметром) резьбы.

⑥ Делительный диаметр d2: относится к диаметру воображаемого делительного цилиндра, а образующая окружности проходит через место, где ширина канавки и выступ на профиле зуба равны.

⑦ Шаг P: осевое расстояние между соответствующими точками на средней линии двух соседних зубов.

⑧ Вывод S: осевое расстояние между соответствующими двумя точками на центральной линии двух соседних зубов на одной и той же спирали, S=nP, для одинарной резьбы, поскольку n=1, поэтому S=P.

⑨ Угол спирали φ: на цилиндре среднего диаметра угол между касательной спирали и плоскостью, перпендикулярной оси резьбы.

Основные резьбы, используемые для соединения: обычная резьба и трубная резьба. Угол профиля обычной резьбы составляет 60°, а внешний диаметр d является номинальным диаметром. Один и тот же номинальный диаметр может иметь резьбу с различным шагом. Резьба с наибольшим шагом называется крупной резьбой, остальные - мелкой. Обычно для соединения используется грубая резьба, и ее выбирают в соответствии со стандартом проверки номинального диаметра. Тонкая резьба имеет небольшой угол подъема и хорошую самоблокировку. Мелкая резьба имеет более высокую прочность, чем грубая, но она не износостойкая, легко скользит и в основном применяется для тонкостенных деталей.

Трубная резьба имеет дюймовую мелкую резьбу с углом профиля 55°. Номинальный диаметр – это внутренний диаметр трубы. Также существуют конические трубные резьбы с углом профиля 55° и 60°. Различные наполнители позволяют обеспечить герметичность соединения.

Основные виды резьбовых соединений, стандартные соединительные детали

Основными видами резьбовых соединений являются:

①Болтовое соединение: если соединяемые детали не слишком толстые, используйте обычные болты, чтобы пробить два (или более) соединенных отверстия, а затем затяните гайки. Это наиболее широко используемый вариант.

② Винтовое соединение: если одно из соединений толстое, можно использовать винтовое соединение. Глубина ввинчивания зависит от материала винта и соединяемых деталей. Минимальную глубину ввинчивания, определенную из условия равной прочности, можно найти в соответствующем руководстве. Такой вид соединения не подходит для соединения, которое часто разбирается, а частая разборка может вызвать износ резьбовых отверстий, что приводит к затруднению ремонта и слому соединяемых деталей.

③ Двустороннее резьбовое соединение: используется в случаях, когда одна из соединяемых частей толстая и ее часто разбирают. При разборке достаточно снять гайку и не нужно откручивать шпильку.

При проектировании обратите внимание на то, что шпильки должны быть затянуты. Ослабляя гайку, следите за тем, чтобы шпилька не проворачивалась в резьбовом отверстии. Обычно используемые методы крепления двусторонних шпилек показаны на рисунке ниже:

(а) Используя резьбу с натягом, вверните ее в резьбовое отверстие так, чтобы образовалась горизонтальная затяжка по всей длине винтового соединения;

(b) Используйте конец резьбы (неполная резьба), чтобы вдавить ее в резьбовое отверстие, чтобы создать местную боковую затяжку;

(c) Используйте торцевую поверхность стопорного кольца, чтобы прижать его к резьбовому отверстию и расположить шпильку в осевом направлении;

(d) Используйте верхнюю часть шпильки, чтобы прижать ее к нижней поверхности резьбового отверстия, чтобы образовать осевое крепление.

④Установочное винтовое соединение: вверните гвоздь в резьбовое отверстие одной детали так, чтобы конец гвоздя упирался в поверхность другой детали или в соответствующую ямку. В основном он используется для фиксации взаимного положения двух частей и не подходит для передачи большой силы или момента.

В основном существуют следующие шесть типов стандартных соединителей для резьбовых соединений:

① Болты: существует два типа грубых шпилек и усовершенствованных болтов в зависимости от точности обработки. Обычно используемые головки болтов: стандартная шестигранная головка, маленькая шестигранная головка, квадратная головка...

② Двусторонняя шпилька: оба конца имеют резьбу, а длина резьбы, ввинченной в конец корпуса, равна L1. Размер L1 связан с материалом соединяемых деталей. Когда сталь соединена со сталью, L1=d, а когда сталь соединена с чугуном, L1=d. Когда L1=1.25d и L1=1.5d, когда сталь соединена с алюминиевым сплавом, L1=2d.

③ Винт: структура и форма аналогичны болтам, но существует множество форм головок винтов, из которых внутренний и внешний шестигранные головки могут применять больший момент затяжки. Круглая и крестовая головки неудобны для приложения большого крутящего момента, поэтому диаметр не должен быть слишком большим, обычно не более 10 мм.

④ Установочный винт: головка и хвостик имеют множество форм. Обычно используемые формы хвоста: конический конец, плоский конец и цилиндрический конец. Как правило, хвостовая часть должна иметь достаточную твердость.

⑤ Гайка: обычно используются шестигранные гайки, а также грубые и очищенные. По высоте он делится на стандартную гайку, плоскую гайку и толстую гайку. Если требуется уменьшить вес и нечасто разбирать, можно использовать плоскую гайку, а при частой разборке — толстую гайку.

⑥ Шайба: обычно используемый аксессуар, помещаемый между гайкой и соединительной деталью, может защитить опорную поверхность или предотвратить ослабление гайки (пружинная шайба и т. д.).

Уровень прочности резьбовых соединений

Национальным стандартом установлено: резьбовые соединения классифицируются по механическим свойствам материала, а уровень прочности обозначается цифрами: болты обозначаются двумя цифрами, число перед десятичной запятой соответствует 1/100 предела прочности материала на разрыв. , а число после десятичной точки представляет собой предел прочности материала на разрыв. В 10 раз превышает отношение предела текучести к пределу прочности на разрыв. Гайка представлена ​​числом. Чтобы предотвратить заедание резьбовой пары и уменьшить износ, уровень материала гайки должен быть ниже, чем у болта.

Предварительная затяжка и предотвращение ослабления резьбовых соединений.

В зависимости от того, затянуто или нет резьбовое соединение, оно делится на свободное соединение и герметичное соединение. Типичным примером неплотного соединения является стяжной болт, фиксирующий шкив, на который действует только внешняя нагрузка.

На практике большинство соединений необходимо затягивать во время сборки, а усилие, действующее на болт в этот момент, называется усилием предварительной затяжки. Предварительная нагрузка может увеличить жесткость суставов, герметичность и улучшить способность противостоять расшатыванию.

Стандартные части соединительной резьбы могут соответствовать условиям самоблокировки. Трение между гайкой или шляпкой гвоздя и опорной поверхностью соединяемой детали также помогает предотвратить ослабление гайки. Однако, если температура сильно меняется, или гайка подвергается ударной нагрузке, или вибрация постепенно ослабляет гайку, при проектировании необходимо учитывать условия работы, требования к надежности и структурные характеристики, чтобы рассмотреть возможность установки устройств, предотвращающих ослабление. Такие устройства против расшатывания в целом можно разделить на три категории:

① Использование трения для предотвращения ослабления. Пружинная шайба представляет собой простую и удобную в использовании деталь, предотвращающую ослабление, но она не очень надежна из-за неравномерной эластичности. Для предотвращения ослабления также можно использовать двойные гайки. Для предотвращения ослабления также можно использовать контргайки. Верхний конец стопорной гайки открывается и радиально закрывается, а после затяжки он открывается, и гайка эластично фиксируется, что является простым и надежным, и его можно разбирать и собирать много раз для более важных случаев.

② Используйте форму муфты, чтобы предотвратить ее ослабление.

Используйте форму дополнительной муфты или измените форму резьбовой пары так, чтобы резьбовая пара не могла вращаться относительно друг друга. Его практика включает в себя:

Шестигранная шлицевая гайка: установите шплинт и во время установки просверлите отверстия на конце винта (см. шплинт), которые можно использовать для соединений с большими изменениями ударной нагрузки на линию.

Стопорное кольцо одноушковое: одна сторона загнута вверх и прикреплена к боковой стороне гайки, а другая сторона загнута и прикреплена к боковой стенке соединяемой детали для надежного предотвращения ослабления.
 

Тройная стопорная шайба: после затяжки трех гаек потяните вверх две стороны шайбы и приклейте их по бокам трех гаек так, чтобы три гайки ограничивали друг друга.

Тандемная стальная проволока: используется для соединений с небольшим количеством винтов и плотным расположением. Обратите внимание на направление подключения проводов. Направление справа на рисунке является разумным и предотвращает расшатывание, но его установка требует много времени.

Концевой пуансон: это постоянный упор, который используется для резьбовых соединений, не предназначенных для разборки.

③ Используйте дополнительные материалы, чтобы предотвратить ослабление, например, приварите гайку к стержню гвоздя, заварите боковую сторону до упора или нанесите на поверхность резьбы клей, который не только предотвращает ослабление, но и герметизирует.

Факторы, которые следует учитывать при проектировании конструкции болтовой группы

① С точки зрения обработки геометрия поверхности соединения должна быть как можно более простой, а центр тяжести группы болтов часто совпадает с центром тяжести поверхности соединения. Лучше всего иметь две оси симметрии, удобные для обработки расчетов. Полосовые или кольцевые поверхности соединения обычно используются для уменьшения объема обработки и воздействия неровных поверхностей соединения, одновременно увеличивая жесткость соединения.

② Для групп болтов, на которые действует момент, болты должны быть расположены как можно дальше от оси симметрии, а количество болтов на одном круге должно быть 4, 6, 8, 12... для облегчения маркировки и индексация.

③ Усилие болтов должно быть разумным, а устройство сброса нагрузки можно использовать для обычных болтов, подвергающихся боковым нагрузкам. Либо используйте болты с расширенными отверстиями, чтобы избежать дополнительных изгибающих нагрузок на болты (таких как неровная опорная поверхность, неправильные отверстия под гайки, низкая жесткость соединяемых деталей, прогиб отверстий соединительного корпуса и т. д.).

④ При сборке усилие предварительной затяжки каждого болта должно быть одинаковым, чтобы обеспечить равномерное давление на поверхность соединения. Следовательно, межосевое расстояние t соседних болтов обычно должно быть меньше 10d. Для соединений, к которым предъявляются требования по герметичности, значение t должно рассчитываться в соответствии с соответствующими правилами. Размер значения t также учитывает подвижное пространство ключа, поэтому значение t не может быть слишком маленьким.

Напряженное состояние болтовой группы

① Болтовое соединение, подверженное боковой нагрузке: включая болтовое соединение, обычное болтовое соединение и болтовое соединение для рассверливания отверстий.

В обычных болтовых соединениях сжимающая сила создается между поверхностями соединения после предварительной затяжки болтов, а боковой внешней нагрузке противодействует трение.

Шарнирное отверстие соединено болтами, а стержень болта подвергается срезу и выдавливанию под действием боковой внешней нагрузки.

② Для соединения группы болтов, подвергающегося вращающему моменту, условия силы в основном такие же, как и боковая нагрузка.

③ Соединение группы болтов подвержено осевой нагрузке: несколько болтов испытывают равномерную нагрузку и их оси одинаковы. Предполагается, что болты распределены равномерно и на каждый болт действует одинаковая внешняя нагрузка.

④ Группа болтов подвергается вращающему моменту: тенденция поворота такая же, как и при повороте M.

На рисунке (б) показано распределение напряжения выдавливания между соединяемыми поверхностями под действием предварительной нагрузки.

На рисунке (в) показано распределение напряжения выдавливания между соединяемыми поверхностями под действием опрокидывающего момента.

На рисунке (d) представлена ​​диаграмма распределения напряжения выдавливания после сочетания напряжения, создаваемого опрокидывающим моментом и силой предварительного натяга, без учета изменения силы предварительного натяга нагруженных болтов. Из рисунка видно, что напряжение выдавливания левого края суставной поверхности наименьшее, а напряжение выдавливания правого края - наибольшее.

При проектировании болтового соединения, какой бы внешней нагрузке оно ни подвергалось, сначала получают суммарную равнодействующую силу болтовой группы, а затем рассчитывают прочность отдельного болта.

7. Мероприятия по повышению прочности болтового соединения.

①Улучшить неравномерное распределение нагрузки между потоками.

Из анализа деформации жесткости видно, что в процессе передачи усилия болт растягивается и шаг увеличивается, а гайка сжимается и шаг уменьшается. Результаты исследований показывают, что деформация резьбы первого кольца наибольшая от опорной поверхности гайки, за ней следует второе кольцо, а затем постепенно снижается. Следовательно, использование слишком большого количества витков гайки не может улучшить прочность соединения. Для улучшения неблагоприятной ситуации с распределением нагрузки на резьбу часто применяют методы:

Установите подвесную гайку так, чтобы и материнский корпус, и болт были натянуты, уменьшая разницу в изменении шага и обеспечивая равномерное распределение нагрузки на резьбу.

Используйте внутреннюю косую гайку, а навинченный конец гайки имеет внутренний косой угол 10–15°. Точка напряжения нижних кругов зубьев резьбы с исходной силой перемещается наружу, жесткость снижается, а нагрузка перемещается вверх, чтобы обеспечить распределение нагрузки. имеют тенденцию быть однородными.

Гайка с кольцевой канавкой, гайка прорезает канавку, в результате чего часть гайки вытягивается, и эффект такой же, как и у подвесной гайки.

Эти меры сложны в обработке и подходят только для важных случаев.

②Уменьшите амплитуду напряжения болта.

Для болтовых соединений, подверженных переменным нагрузкам, увеличение длины болта, уменьшение площади поперечного сечения винта или уменьшение упругого сечения E материала винта может снизить жесткость винта, например использование гибких болтов.

③ Для снижения концентрации напряжений создаются концентрации напряжений на зубьях резьбы болта, на конце резьбы, на переходном галтеле и при изменении сечения стержня. Среди них большое влияние имеет концентрация напряжений в основании резьбы, а радиус скругления впадины можно увеличить. Например, если r=0.1443p увеличить до r=0.21p, прочность болтового соединения можно увеличить на 24–40%. Кроме того, увеличение переходного скругления головки и стержня гвоздя, вырезание разгрузочной канавки, использование разгрузочного перехода и канавки для втягивания конца резьбы могут уменьшить сосредоточенное напряжение.

Недостатком этих мер является повышенная стоимость, и они используются только для важных соединений.

④ Избегайте дополнительного стресса

Если опорная поверхность не плоская, отверстие под гайку неправильное, соединяемые детали не пробиты по прямой линии, жесткость соединяемых деталей слишком мала, а соединение с головкой крючка вызовет дополнительную нагрузку на соединение, что следует избегать при проектировании.

⑤ Принять разумный производственный процесс

Производственный процесс оказывает большое влияние на усталостную прочность болта, и остаточные напряжения, возникающие в поверхностном слое резьбы во время обработки, должны быть устранены.

Накатанная резьба лучше, чем токарная. Удаление металлических волокон путем обтачивания резьбы с лучшим качеством поверхности нецелесообразно, а при накатывании резьбы используется пластическая формовка материала. После прокатки металлическая конструкция получается герметичной. Направление волокон одинаковое, а их прочность на 40–95 % выше, чем у токарной резьбы.

Азотирование, цианирование и другие виды обработки поверхности резьбы также могут улучшить усталостную прочность болта.