Міцність витків різьби гайок і шпильок для фланцевих з'єднань

1. Вплив конструктивних параметрів різьби на її міцність
2. Вплив діаметра різьби
3. Вплив кроку різьблення
4. Співвідношення міцності матеріалу гайки і болти
5. Необхідна висота гайки (довжина згвинчування)
6. Вплив матеріалу болта і гайки на міцність витків різьби
7. Зріз витків шпильки або болта
8. Зминання витків різьби
9. Зріз витків гайки: найбільша міцність
10. висновок
11. Список літератури

Руйнування витків різьби - досить поширений вид поломок кріпильних виробів . Основними конструктивними параметрами, визначальними міцність витків, є діаметр d і крок різьби Р, радіус западини різьблення R, висота гайки Н (довжина згвинчування), співвідношення механічних характеристик матеріалів болта (шпильки) і гайки (корпусу). У меншій мірі впливають поперечні розміри гайки (розмір під ключ).

Вплив конструктивних параметрів різьби на її міцність

Мал. 1. Залежність мінімальної розриває
сили від відносної довжини свинчивания гайки

результати випробувань різьбових з'єднань при осьових розтягуючих навантаженнях показують, що при недостатній висоті гайки відбувається поломка з'єднання внаслідок руйнування різьблення. Для підвищення несучої здатності різьблення збільшують висоту гайки (довжину згвинчування з'єднання). На рис. 1 приведена типова залежність сили, яка руйнує з'єднання, від довжини свинчивания. Світлими точками на кривих позначено руйнування різьблення, темними - обрив стержня по різьбової частини поза корпусом. Матеріал гайок - сталь 45 нормалізована (σв = 680 МПа), болтів - сталь 45 термоулучшенная (σв = 950 МПа). Криві 1 отримані при випробуванні з'єднань з діаметром різьблення d = 32 мм, криві 2 - d = 24 мм, криві 3 - d = 18 мм, криві 4 - d = 12 мм, крива 5 - d = 6 мм.

Вплив діаметра різьби

Встановлено, що зі збільшенням діаметра різьби (при незмінних кроці і висоті гайки) несуча здатність з'єднання, що оцінюється по навантаженню, руйнує різьблення, зростає або пропорційно діаметру (для з'єднань сталевих шпильок з корпусними деталями з алюмінієвих і магнієвих сплавів, або нелінійно (для сталевих з'єднань ). у останньому випадку інтенсивність підвищення несучої здатності різьблення знижується при великих діаметрах, однак несуттєво, і в практичних розрахунках можна вважати, що міцність різьби збільшується проп рціонально її діаметру.

Вплив кроку різьблення

Зменшення кроку різьблення (див. Рис. 1) при незмінних зовнішньому діаметрі і висоті гайки знижує міцність з'єднання, так як для дрібної різьблення важче в межах одного класу точності забезпечити перекриття витків, однакове з великої різьбленням. Крім того, радіальні деформації тіла гайки при навантаженні також сильніше позначаються на несучої здатності сполук з дрібною різьбою. Зниження міцності з'єднання при зменшенні кроку різьблення було виявлено пізніше.

Співвідношення міцності матеріалу гайки і болти

Ступінь впливу кроку різьблення на міцність з'єднання в значній мірі залежить від матеріалів різьбових деталей трубопроводів . При істотному розходженні меж міцності матеріалів болта і гайки (σв, б / σв, г> 1,4) і однакових модулях пружності (Е б = Е г) міцність різьби зі збільшенням кроку змінюється пропорційно відношенню σв, б / σв, м

Це можна пояснити поліпшенням умов деформування і руйнування витків різьби гайки внаслідок зсуву найбільшого тиску в зоні контакту до основи витків гайки. Відзначимо, що при σв, б >> σв, г пластичні деформації витків різьби болта мізерно малі.

Для з'єднання з гайками з матеріалу з меншим модулем пружності (наприклад, з магнієвого сплаву з Е = 40 ГПа) вплив кроку позначається не в меншій мірі, ніж для сталевих з'єднань.

Необхідна висота гайки (довжина згвинчування)

З аналізу кривих на рис. 1 випливає, що при σв, б / σв, г <3 в певному діапазоні значень d / P (до d / P <12) можна знайти необхідну відносну висоту гайки H н / d, при якій забезпечується равнопрочность стрижня болта на розрив і витків на зріз (смятие).

Необхідна висота гайки залежить від діаметра і кроку різьблення, співвідношення механічних властивостей матеріалів різьбових деталей, а також типу з'єднання, що впливає на характер розподілу навантаження між витками. Збільшення висоти гайки понад необхідної неефективно, так як міцність з'єднань, обмежена несучою здатністю стрижня болта, при цьому не підвищується. На рис. 1 показані криві зміни необхідної висоти гайки (довжини свинчивания) в залежності від ставлення d / P для з'єднань болтів зі сталі 38ХА (σв = 1150 МПа) з гайками зі сплаву МЛ7 (σв = 160 МПа, крива 1), сплаву АЛ5 (σв = 220 МПа, крива 2), стали 20 (σв = 450 МПа, крива 3), стали 35 (σв = 550 МПа, крива 4). Збільшення необхідної висоти гайки з ростом відносини d / P пов'язано з впливом діаметра і кроку на міцність різьби з'єднання і стержня болта (або шпильки для фланцевих з'єднань ). Рекомендації по вибору необхідної висоти гайки дані в таблиці. 1.

Таблиця 1.

Мінімальна довжина згвинчування (висота гайки) для сталевих шпильок

Матеріал гайки σв, МПа l min / d (H min / d) при σm, МПа 400 ... 700 850 ... 1200 1300 ... 1700 Сталь (сплав титану) 400 ... 700 0,6 ... 0,8 0,9 ... 1,1 1,2 ... 1,6 850 ... 1200 0,9 ... 1,1 0,6 ... 0,8 0,9 ... 1,1 1300 ... 1700 - 0,9 ... 1 , 1 0,6 ... 0,8 Чавун 180 ... 250 1,3 ... 1,5 - - дуралюмина 360 ... 440 0,8 ... 0,9 1,3 ... 1,8 - Силумін (литий) 150 ... 200 1, 3 ... 1,5 - - Бронза 200 ... 250 1,3 ... 1,5 - - Сплав берилію 400 ... 650 0,6 ... 0,8 1,1 ... 1,3 -

Примітка. Символом "-" позначено, що равнопрочность стрижня шпильки (болта) на розрив витків різьби на зріз забезпечити неможливо.

↑ На початок

Вплив матеріалу болта і гайки на міцність витків різьби

Мал. 2. Залежність несучої здатності
від відносної довжини свинчивания H / d
при різній міцності матеріалу
різьбових деталей.
1 - σв = 1660 МПа; 2 - σв = 1210 МПа;
3 - σв = 930 МПа; 4 - σв = 740 МПа;
5 - σв = 680 МПа.

Співвідношення механічних характеристик матеріалів болта і гайки істотно впливає на процес деформування і характер руйнування витків різьби, тому несуча здатність з'єднань при різних відносинах σв, б / σв, г істотно відрізняється, навіть для матеріалів болта і гайки з однаковими модулями пружності.

На рис. 2 показані криві зміни навантаження, руйнує різьблення М24х1 з'єднань, в залежності від ставлення H / d при різної міцності шпильок з сталей 30ХГСА (лінії 1 і 2) і 45 (лінії 3, 4, і 5). Матеріал гайок - сталь 45 (σв = 680 МПа). Видно, що, збільшуючи межа міцності шпильок від 740 до 1660 МПа ( високоміцні шпильки ), Можна більш ніж в 2 рази підвищити несучу здатність різьблення з'єднання. Ця обставина, що пояснюється поліпшенням умов деформування витків гайки (зміщенням навантаження до основи витків гайки), слід враховувати при проектуванні і виготовленні з'єднань литих, кованих або штампованих корпусів з пластичних і, як правило, маломіцних низьковуглецевих сталей (наприклад, з'єднання корпусів судин і апаратів високого тиску фланцями та ін.).

Мал. 3. Схема деформації витків і криві деформування при збільшенні навантаження на з'єднання сталевих болтів і гайок.

Зріз витків шпильки або болта

Відзначимо, що при σв, б≈σв, г спостерігається зріз витків шпильки; міцність з'єднання в цьому випадку невелика (крива 4 на рис. 2).

Зминання витків різьби

При σв, б≈ (1,3 ... 1,8) σв, г з'єднання руйнується внаслідок пластичного вигину витків (зминання); при цьому нерідко відбувається виламування витків однієї з деталей. Несуча здатність з'єднання в такому випадку значно вище, ніж при руйнуванні від зрізу витків шпильки. Звідси випливає важливий практичний висновок: для більш повного використання механічних характеристик гайок (корпусних деталей) необхідно застосовувати болти (шпильки) з матеріалу з σв, б≥1,3σв, г. При великих діаметрах різьблення (d> 24 мм) спостерігається одночасне виламування витків болта і гайки в результаті пластичного вигину.

Зріз витків гайки: найбільша міцність

При σв, б> 2σв, г сполуки руйнуються, як правило, в результаті зрізу витків гайки; міцність при цьому найбільша (крива 1 на рис. 2). На рис. 3 показані схеми деформації витків (малюнки шлифов) з'єднань сталевих болтів М16 (σв, б = 880 МПа) з гайками зі сталі (σв, г = 435 МПа) при ступінчастому навантаженні до руйнування. Згідно залежностям, що показує зміну відносної деформації з'єднання (по різьбової частини), невеликі пластичні деформації в різьбі з'являються вже при напрузі, що становлять 40% руйнують. Інтенсивне зростання пластичних деформацій починається при напрузі σ = (0,7 ... 0,9) σт; руйнування носить дуже різкий характер і супроводжується підвищенням температури в поєднанні до 60 ° С.

Якщо сталеві шпильки згвинчений з корпусами з легких матеріалів, наприклад з алюмінієвих і магнієвих сплавів, то несуча здатність різьблення таких з'єднань також зростає при збільшенні міцності матеріалу шпильок.

↑ На початок

висновок

Таким чином, на міцність витків різьби впливають як конструктивні геометричні фактори: діаметр, крок різьблення, довжина згвинчування, радіус западини різьблення R і їх взаємні співвідношення, - так і матеріал обох деталей, що з'єднуються.

Міцність різьблення збільшується зі зростанням її діаметра, кроку, висоти гайки, міцності матеріалу болта (шпильки). Найбільше навантаження витримують нарізні сполучення, в яких відбувається руйнування зрізом витків гайки.

Список літератури

1. Іосілевіч Г. Б., Строганов Г. Б., Шарловскій Ю. В. Затягування і стопоріння різьбових з'єднань .. - М.: Машинобудування, 1985. - 224 c.
2. Wiegand H., Illgner K.-H., Striegens P. Einfluss der Gewingesteigerung auf die Haltbarkeit von Schraubenverbindungen bei zugiger Beanspruhung // Industrie Anzeiger, 1969, Nr. 38.
3. Якушев А. І. Вплив технології виготовлення і основних параметрів різьби на міцність різьбових з'єднань .. - М.: Оборонгиз, 1956.

Отримавши доступ до даної сторінки, Ви автоматично приймаєте Користувача угода .