Рекомендації щодо методики розрахунку різьбових з’єднань

Мета даного завдання – допомога студентам в надбанні необхідних практичних навичок проведення розрахунків. Методичні рекомендації містять стислі теоретичні відомості, необхідні для виконання практичних завдань, приклади їх визначення за наведеними методиками та завдання для самостійного виконання.

РІЗЬБОВІ З’ЄДНАННЯ

Різьбове з’є́днання — це розбірне нерухоме з’єднання деталей машин за допомогою нарізі, у якому одна з деталей має зовнішню нарізь, а інша — внутрішню.
Різьбові з’єднання внаслідок їх універсальності, простоти виготовлення, надійності, зручності збирання і розбирання, повної взаємозамінності широко використовуються в усіх галузях техніки. Основні деталі різьбових з’єднань – болти, гвинти, гайки і шайби.
Болт – це стрижень з головкою на одному кінці і різьбою на іншому, на який зазвичай нагвинчується гайка (діаметром стрижня від 6 мм) (Мал.1) . Болти застосовують для з’єднання деталей в тому випадку, коли матеріал деталей не забезпечує необхідної надійності нарізі. При достатній товщині та міцності одної з деталей, болт може вгвинчуватися в неї.

Мал..1

Гайка – це кріпильна деталь з нарізевим отвором і конструктивним елементом для прикладення крутного моменту (Мал.2) . Застосовується в болтових і шпилькових з’єднаннях, часто у поєднанні з шайбою.

Мал.. 2

Шайби підкладають під головку болта або гвинта для збільшення опорної поверхні і зниження напруги зминання при затягуванні нарізного сполучення; для зберігання від пошкоджень захисних покриттів на деталях, що з’єднуються; для забезпечення стопоріння різьбових з’єднань від самовідгвинчування (Мал.3)

Мал. 3

Гвинт – це стрижень з головкою на одному кінці і різьбою на іншому, яким він вгвинчується в отвір для гвинта в одній з деталей, що з’єднуються (Мал.4) . Зазавичай діаметри гвинтів до 6 мм. З’єднання гвинтами застосовують при відсутності місця під гайку і в тому випадку, якщо одна з деталей має відносно велику товщину. Гвинти також можуть застосовуватися для з’єднання у парі з гайкою.
Найбільш поширеним типом гвинта в техніці є кріпильний гвинт. Такий гвинт є головною деталлю роз’ємного гвинтового з’єднання, і являє собою стрижень з різьбленням на одному кінці і головкою на іншому.
Головка гвинта служить для притиснення деталей, що з’єднуються і захоплення гвинта викруткою, гайковим ключем, шестигранним ключем (шестигранником) або іншим інструментом. Набули поширення кріпильні гвинти з круглою, шестигранною, квадратною, потайною та іншими головками.

Мал.. 4

Шпильки використовують замість гвинтів (Мал.5) коли матеріал з’єднуваної деталі з різьбою не забезпечує необхідної міцності і надійності різьблення при частих зборках і розборках. Наприклад, в деталях з алюмінієвих сплавів. Їх також застосовують в конструкціях, що піддаються дії змінних навантажень, так як в шпильці відсутній концентратор напружень в місці переходу від стрижня до голівки болта або гвинта.

Мал.. 5

Основним елементом нарізного сполучення є нарізь . Профіль різьби визначається формою перетину витків в осьовій площині. За призначенням різьби поділяють на кріпильні, призначені для з’єднання деталей, і нарізь для ходових механізмів. За напрямком лінії витків нарізь може бути правою і лівою, за кількістю заходів – однозаходною і багатозаходною.
Основними кріпильними різьбленнями є метрична різьба (кут 60 град.) та дюймова різьба (кут 55 град.) трикутного профілю зі зрізаними вершинами і западинами (Мал.6а) . Геометричні параметри різьби: зовнішній d , середній d 2 і внутрішній d1 діаметри, крок наріззі S, кут профілю а та число заходів п. Стандартом передбачена нарізь з великим і дрібним кроком. Профілі їх геометрично подібні. Основний видом є різьба з великим кроком. Різьба з дрібним кроком має меншу глибину і відповідно меншу концентрацію напружень. Застосовують її в конструкціях, схильних до динамічних навантажень, в малорозмірних і порожнистих деталях. Метричні різьби на кресленнях позначаються великою літерою М. Наприклад М6 – різьба метрична діаметром 6 мм. Якщо ніяких позначень після цифри немає – по різьба має нормальний крок (дивимося за таблицею – М6 має крок 1 мм). Якщо є позначки – наприклад М6х0.75 – то це означає, що різьба метрича діаметром 6 ммм та кроком 0,75 мм.
У дюймових різьбах всі розміри вказуються в дюймах (дюйм = 25.4 мм), а крок вказується кількістю витків (ниток) на довжину дюйма – наприклад 1/4″х28 (діаметр 1/4″ та крок – 28 ниток на дюйм)
Прямокутна різьба (Мал.6б) використовується у гвинтових ходових механізмах.
Трапецеїдальна різьба використовується в якості основного різьблення для ходових механізмів (Мал.6в). Вона має менший коефіцієнт тертя і відповідно вище коефіцієнт корисної дії механізму. В осьовому перерізі ця нарізь має форму рівнобедреної трапеції.
Упорна різьба застосовується при дії великих односторонніх навантажень (механізми пресів, домкратів та ін.) (Мал.6г). Вона є різновидом трапецеїдальної різьби із зрізаною гранню з одного боку.
Кругла різьба (Мал.6д) виготовляється накаткою і видавлюванням на тонкостінних металевих і пластмасових деталях, а також литтям на чавунних, скляних, пластмасових і інших виробах.
Всі кріпильні різьби при стаціонарних навантаженнях є самогальмуючі, тобто НЕ самовідгвинчуваються. Однак при випадкових або систематичних вібраціях, до яких схильні практично всі механізми, самогальмування не забезпечується. Тому необхідно оберігати нарізні сполучення від самовідгвинчування, тобто вводити їх додаткове стопоріння. Здійснюється стопоріння на двох принципах: підвищенням тертя в різьбі і спеціальними фіксуючими елементами.

Мал.. 6

При затягуванні контргайки (Мал.7а) стрижень болта розтягується, і під дією сил пружності в різьбі створюється додаткове тертя. Цей спосіб стопоріння використовується в основному в стаціонарних конструкціях, так як збільшується маса сполуки. Найчастіше для стопоріння використовують пружинні шайби (Мал.7б) . Сили пружності шайби при затягуванні гайки створюють сили тертя в різьбі. Зчеплення між гайкою і шайбою забезпечується, крім того, за рахунок урізування гострих кромок шайби в гайку. Недоліком цього способу є додатковий вигин стержня болта внаслідок зсуву осьової сили відносно центру болта. Для виключення вигину болта використовують шайби стопорні з зовнішніми або внутрішніми зубами (Мал.7в) У цьому випадку сумарна результуюча осьова сила від гайки діє на болт без осьового зсуву і болт працює тільки на розтягування. Стопоріння пружинними шайбами не є високонадійним і використовується в невідповідальних з’єднаннях.
У авіаційному і транспортному машинобудуванні використовують самоконтрові гайки, в яких тертя в різьбі виникає за рахунок радіального натягу. У верхній частині гайка має прорізи (Мал.7г). Після нарізування нарізі верхню частину гайки обжимають, зменшуючи діаметр. Інша самоконтрова гайка має всередині завальцоване поліамидне (в авіації – щільне шкірне) кільце (Мал.7д) , в якому нарізь не нарізають, а вона утворюється при нагвинчуванні гайки на болт.
Стопоріння шплинтом (Мал.7е) з корончатой гайкою використовують в з’єднаннях без контрольованої затяжки. Різьбове з’єднання з контрольованим затягуванням при стопорінні шплинтами може виявитися недотягненим або перетягнутим, так як необхідно поєднати проріз в гайці з поперечним отвором в стрижні болта. Різьбові деталі, розташовані на краю корпусу, фіксуються стопорними шайбами (Мал.7ж) з лапками. Одну лапку відгинають на край корпусу, а дві інших на межі гайки.
Групові нарізні сполучення можна стопорити спеціальними шайбами попарно (Мал.7 з ) , або обв’язкою дротом, пропущеного крізьотвори з натяжкою в сторону загвинчування гайки (Мал.7і) . З’єднання, що не піддаються розбиранню, можна фіксувати пластичним деформуванням (Мал.7к) . Різьбові ненавантажені з’єднання також стопоряться за допомогою фарби, лаку, клею.

Мал.. 7

Нарізання різьби
Нарізання різьби – це утворення гвинтової поверхні шляхом зняття стружки чи пластичним деформуванням на зовнішніх або внутрішніх циліндричних і конічних поверхнях.
Нарізання зовнішньої і внутрішньої різьби відбувається за однаковим принципом, відрізняються ці процеси інструментом, що для цього використовується.
Зовнішню різьбу нарізають за допомогою плашок, а внутрішню – мітчиками. Також нарізання різьби виконують на токарних верстатах (Мал.8) . При масовому виробництві різьба виконується пластичною деформацією – накатуванням.

Мал..8

Плашка – інструмент, виготовлений із загартованої сталі, для нарізання зовнішньої різьби трикутного профілю (Мал.9).

Мал..9

Мітчик – інструмент, виготовлений із загартованої сталі, для нарізання внутрішньої різьби трикутного профілю (Мал.10).

Мал..10

На останок пропоную таблицю визначення діаметра свердла для отвору під нарізання внутрішньої різьби (Мал.11).

Мал..11

Параметри болтового з’єднання. Робоча довжина болта l (рис. 12) розраховується за формулою:

або за спрощеною формулою:

висота гайки; k – запас різьби на виході, що включає висоту фаски, k = 0,5 d .

Після обчислення робоча довжина болта l заокруглюється до найближчого стандартного значення із ряду: 10, 12, 14, 16, 20, 25, 30,35,40,45, 50, 55, 60, 65, 70,75, 80, 90, 100, 110, 120,

Рис. 12 – Болтове з’єднання; а – повне зображення, б – спрощене зображення

Формули для розрахунку розмірів болтів і гайок

Внутрішній діаметр різьби

Діаметр описаного кола головки болта, або гайки

Висота головки болта

Довжина різьбової частини болта

Діаметр фаски головки болта

Зовнішній діаметр шайби

Внутрішній діаметр шайби

Діаметр отвору в деталях

R визначаються графічно

Розміри болтів, гайок і шайб відповідно до їх діаметра різьби наведені у таблиці

Параметри болтів, гайок і шайб, мм

Момент затягування болтів: розрахунок, перевірка, визначення максимального моменту

У більшості випадків для відповідальних різьбових з’єднань передбачений такий параметр як момент затяжки болтів. Це означає, що кожен конкретний болт або гайка, повинні бути затягнуті в певному вузлі з точно виміряним зусиллям, для того щоб можна було гарантувати надійність його подальшої експлуатації. Визначення моменту затягування болтів можливо розрахунковим шляхом (що робиться при розробці та проектуванні обладнання та техніки).

Для того, щоб пересічні користувачі мали можливість без розрахунку моменту затягування болтів, уникнути проблеми “згорнутої” різьблення (особливо коли справа стосується автомобілів, де прийнято затягувати кожен гвинт з гранично можливою силою) і, з іншого боку, не допускати самовільного відкручування кріплення застосовуються динамометричні ключі. З використанням динамометричного ключа момент затяжки болтів головки вимірюється з високою точністю і дає можливість самостійного якісного виконання робіт.

Цей інструмент за своєю конструкцією може бути вимірювальним або контрольно-вимірювальним.

Таблиця 1. Практичні моменти затяжок болтів з вуглецевої сталі

Різьба / крок мм Клас міцності болтів 4,6 5,8 8,8 10,9 12,9 момент затяжки Н * м 5 / 0.8 2,1 3,5 5,5 7,8 9,3 6 / 1.0 3, 6 5,9 9,4 13,4 16,3 8 / 1.25 8,5 14,4 23,0 31,7 38,4 10 / 1.5 16,3 27,8 45,1 62,4 75,8 12 /1.75 28,8 49,0 77,8 109,4 130,6 14 / 2.0 46,1 76,8 122,9 173,8 208,3 16 / 2.0 71,0 118,1 189,1 265,9 319,7 18 / 2.5 98,9 165,1 264,0 370,6 444,5 20 / 2.5 138,2 230,4 369,6 519,4 623,0 22 / 2.5 186,2 311,0 497, 3 698,9 839,0 24 / 3.0 239,0 399,4 638,4 897,6 1075,2 27 / 3.0 345,6 576,0 922,6 1296,0 1555,2 30 / 3.5 472,3 786 , 2 1257,6 1766,4 2121,6 33 / 3.5 636,5 1056,0 1699,2 2380,8 2860,8 36 / 4.0 820,8 1363,2 2188,8 3081,6 3696,0 39 / 4.0 1056,0 1756,8 2820,2 3955,2 4742,4

Моменти затягування різьбових зєднань DAF 95XF / XF95 з 1997 року

Зазвичай користувачі нашого сайту знаходять цю сторінку за такими запитами:
моменти затягування DAF 95 XF , моменти затягування гбц DAF 95 XF , момент затягування двигуна DAF 95 XF , затягування болтів DAF 95 XF , моменти затягування DAF XF 95 , моменти затягування гбц DAF XF 95 , момент затягування двигуна DAF XF 95 95

6. Моменти затягування різьбових з’єднань

Види різьбових з’єднань

У автомобілях DAF використовуються різьбові з’єднання з попереднім нанесенням мастила. Болти та гайки з гальванічним покриттям обробляються зануренням у восковий склад. Болти з чорним відпалом або фосфатовані, а також гайки обробляються зануренням у оливу. Перевага використання мастила полягає в зниженні тертя при затягуванні різьбових з’єднань, завдяки чому необхідне переднатяг досягається з витратою менших зусиль і більш точно. При цьому величина моменту затяжки при рівному зусиллі натягу значно знижується.

Для досягнення малого розтягування зусилля переднатягу різьбові з’єднання з попереднім мастилом повинні затягуватися з дотриманням встановлених моментів затягування. Тому необхідно завжди використовувати надійні та точні динамометричні ключі.

Примітка:
Необхідно регулярно проводити перевірку та калібрування динамометричних ключів.

Для досягнення правильного натягу при повторному використанні різьбового з’єднання важливо ретельно очистити різьблення. Після очищення нанести по одній краплі масла на перший виток різьблення і на поверхні гайки або болта, що примикають. Як мастило для використаних болтів і гайок застосовувати тільки моторне масло. Змащення крім моторного масла або нанесеного виробником складу не повинні застосовуватися за жодних обставин, оскільки коефіцієнт тертя при цьому відрізнятиметься. При використанні складу для фіксації різьблення з болтами, обробленими мастилом, необхідно дотримуватися наведених нижче інструкцій.

Увага:
Сухе затягування різьбових з’єднань не допускається, оскільки в цьому випадку коефіцієнти тертя при затягуванні суттєво відрізняються.

У автомобілях DAF використовуються такі види різьбових кріплень:

• Кріплення класу міцності 8.8 та 8.
• Фланцеві болти та гайки класу міцності 10.9 та 10.
• Фланцеві болти та гайки класу міцності 12.9 та 12.
• Стяжні фланцеві болти та гайки класу міцності 12.9 та 12.

Різьбові з’єднання класу міцності 10.9/10

Різьбові з’єднання класу міцності 10.9/10 затягуються з дотриманням необхідного моменту затягування з наступною дотяжкою з доворотом болта на певний кут. Розмір кутової дотяжки варіюється залежно від довжини стрижня болта (див. розділ нижче).

Якщо різьбове з’єднання класу міцності 10.9/10 для конкретного компонента повинно затягуватися будь-яким особливим способом, ця обставина відображається у відповідних інструкціях з розбирання та збирання цього компонента.

Інші різьбові з’єднання

Різьбові з’єднання класів міцності 8.8/8, 12.9/12 та стяжні фланцеві болти 12.9/12 затягуються лише встановленими моментами затягування (див. розділ нижче).

Якщо будь-які з цих з’єднань повинні затягуватися особливим способом, ця обставина відображається у відповідних інструкціях щодо розбирання та збирання конкретного компонента.

Використання складу для фіксації різьблення

1. Очистити внутрішню та зовнішню різьблення сполучних компонентів.

2. Знежирити різьблення відповідним розчинником, який не залишає слідів, які можуть вплинути на нормальне функціонування деталі.

3. Залежно від діаметра болта нанести на його різьблення одну або кілька крапель фіксуючого складу. Не опускати болт або гайку до складу для фіксації різьблення.

4. Нанести краплю оливи під головку болта. Склад для фіксації різьблення також знижує опір тертя, тому у нанесенні оливи на різьблення немає необхідності.

5. Затягнути з’єднання встановленим моментом затягування.

Таблиці стандартних моментів затягування

Моменти затягування, наведені в таблиці нижче, є стандартними і застосовуються тільки до різьбових з’єднань з нанесенням мастила на різьблення.

Маркувальні позначення наносяться на гайку та болт, крім стяжних фланцевих болтів. Стяжний фланцевий болт можна розпізнати канавкою між головкою болта і фланцем. У звичайних фланцевих болтах така канавка відсутня.

Стандартні моменти затягування фланцевих болтів і гайок DAF класу міцності 10.9/10

Довжина стрижня болта L – це відстань між головкою болта та гайкою.

Якщо компонент прикріплений кількома болтами, всі болти повинні бути спочатку послідовно затягнуті встановленим моментом затягування, а потім у тій же послідовності дотягнути певний кут.

Стандартні моменти затягування для болтів та гайок DAF класу міцності 8.8/8

Стандартні моменти затягування для фланцевих болтів та гайок DAF класу міцності 12.9/12

Стандартні моменти затягування для стяжних фланцевих болтів та гайок DAF класу міцності 12.9/12

Стандартні моменти затягування для болтів «банджо»

Повторне використання різьбових елементів кріплення (болтів/гайок/різьбових шпильок)

1. Очистити різьблення та посадкові поверхні, звертаючи особливу увагу на видалення залишків складу для фіксації різьблення.

2. Перевірити різьблення на наявність пошкоджень. Вручну вкрутити нові болти/гайки в різьблення для перевірки. Якщо нові болт/гайка не вкручуються в різьблення елемента кріплення, такий елемент не можна використовувати повторно.

3. Нанести по одній краплі моторного масла на перший виток різьблення болта/різьбової шпильки або на крайній виток різьблення гайки та на стискаючі поверхні (нижня сторона головки болта або бічна поверхня гайки).

4. Якщо передбачено нанесення складу для фіксації різьблення, наносити масло на різьблення не потрібно.

Нові болти / гайки

Нові болти та гайки DAF, крім болтів М4~М8 із внутрішнім гніздом Torx, мають спеціальне мастильне покриття. Якщо таке покриття відсутнє, необхідно його нанести.

1. Нанести по одній краплі моторного масла на перший виток різьблення болта/різьбової шпильки або на крайній виток різьблення гайки та на стискаючі поверхні (нижня сторона головки болта або бічна поверхня гайки).

2. Якщо передбачено нанесення складу для фіксації різьблення, наносити масло на різьблення не потрібно.