РОЗДІЛ 2
ГЕОМЕТРИЧНІ ТА СИЛОВІ ПАРАМЕТРИ РІЗЬБОВИХ З'ЄДНАНЬ ІЗ ПІДВИЩЕНИМ САМОГАЛЬМУВАННЯМ
2.1. Загальні положення
Проведений порівняльний аналіз існуючої літератури з теоретичних і експериментальних досліджень об'єктів близького до даної роботи наукового напрямку дозволив встановити необхідність створення більш раціональних конструкцій різьбових з'єднань та впровадження їх у виробництво. Цей процес вимагає виконання нових теоретичних і експериментальних досліджень з визначенням основних геометричних, силових та експлуатаційних характеристик основних елементів і з'єднання в цілому. Необхідно також вивчити питання розподілення навантаження за витками різьби затягнутого та незатягнутого різьбового з'єднання; розробити методику розрахунку нової різьби та з'єднань на міцність; обгрунтувати методику теоретичного і експериментального визначення моменту тертя в різьбі затянутого болтового з'єднання із підвищеним самогальмуванням; виготовити та дослідити міцнісні показники дослідних зразків з'єднань з проектуванням спеціального нарізаного інструменту. Провести теоретичні дослідження, що базуються на загально відомих положеннях, які є дійсними для стандартної різьби. Для перевірки їхніх результатів експериментальним методом розробити, виготовити та апробувати вперше необхідні інструменти для виготовлення різьби спеціального профілю. Експериментальні дослідження виконано на виготовленій установці з обгрунтуванням методики проведення дослідів та обробки результатів.
Перераховані задачі автором успішно розв'язано на основі загальноприйнятих теоретичних положень і математичних моделей, що підтверджує коректність цих задач і вірогідність отриманих результатів.
2.2 Базова теорія досліджень
Предметом досліджень даної дисертації є спеціальне різьбове з'єднання ?18? (рис. 2.1), що захищене авторським свідоцтвом № 482577 і впроваджене на виробництві м. Ленінабада. Воно складається із стержня 1 і гайки 2 (рис. 2.2).
На конічному стержні з кутом конусності 2?= 4040/ нарізають різьбу зі сталим по всій довжині внутрішнім і середнім діаметрами. Зовнішній діаметр різьби є змінний, при чому він збільшується з наближенням до основної площини. Крок цієї різьби подібний до відповідної метричної різьби, що має наближені розміри на основній площині. Тому, основні геометричні розміри різьби болта та гайки даного з'єднання визначаються також у функції стандартного кроку різьби. В основу створення такого з'єднання покладений крок Р і внутрішній діаметр стандартної метричної різьби з зовнішнім діаметром d ?20 мм.
Для наочності, порівняння та зручності використання на практиці величин геометричних розмірів стандартної метричної різьби та різьби запропонованого різьбового з'єднання наведено табл. 2.1. Причому залежності, що наведені в останній графі табл. 2.1 є новими та отримані графоаналітичним методом.
Профіль запропонованої різьби складається з рівнобедреної трапеції 5, прямокутника 3 і трикутника 4 (рис. 2.2). Таке виконання профілю різьби дозволяє збільшити його кут до 1200, що в свою чергу, приводить до суттєвого збільшення моменту тертя в різьбі та її міцнісних характеристик.
Доведення отриманих автором залежностей (табл. 2.1) для запропонованої різьби виконано нижче. Збільшення моменту тертя в такій різьбі отримано завдяки її нарізання на конічному відрізку стержня болта з зазначеним вище кутом конустності та суттєвого збільшення кута профілю витків різьби. Завдяки цьому після відповідного затягування гайки отримуємо потрібний момент тертя в різьбі, тобто проходить заклинювання різьби гайки в різьбі стержня в радіальному і осьовому напрямках. Завдяки цьому в місцях контакту витків гайки з витками різьби стержня виникають великі сили тертя, які надійно утримують гайку від самовідгвинчування. Тому, ці різьбові з'єднання називаються також різьбовими з'єднаннями із підвищеним самогальмуванням.
На основі покращення різьбового з'єднання із підвищеним самогальмуванням розроблено нове з'єднання, що покращує міцнісні характеристики прототипу та дозволяє отримати щільний контакт між витками болта та гайки. Орієнтуючись на ці основні ознаки, таке з'єднання названо нами - щільно-міцним. На розроблене нове щільно-міцне різьбове з'єднання отримано патент на винахід №28591А від 16.10.2000. Основним результатом винаходу є вдале розв'язання поставленого завдання шляхом зміни частини профілю різьби (рис.2.3).
Таблиця 2.1-
Порівняльні характеристики різьбових з'єднань
п/пНазва параметру?Стандартна метрична різьба??Різьба запропонованого різьбового з'єднання1Теоретична висота різьби0,866Р0,588Р2Робоча висота різьби0,541Р0,501Р3Робоча висота і-го витка0,541Р0,501Р(1-і tg?)4Кут профілю різьби60012005Форма перерізу витка різьбитрикутниктрикутник, прямокутник, трапеція6Притуплення вершин різьби болта0,108Р0,040Р7Притуплення вершин різьби гайки0,216Р0,047Р
Примітка:
1. ? Параметри, що відповідають ГОСТ 9150-81
2.?? Параметри, що визначені автором графоаналітичним методом.
Запропоноване різьбове з'єднання із підвищеним самогальмуванням подібно прототипу (рис. 2.3) включає в себе стержень 1 та гайку 2 з різьбовими нарізками. Різьбовий кінець болта має також конічну поверхню з подібним до прототипу кутом конусності, на якій нарізана різьба так, що її внутрішній і середній діаметри по всій довжині нарізки є також сталими. Вершини профілю різьби болта різьбового з'єднання виконані у формі сегментів 4 з однаковим радіусом дуг R=0,225P. Заокруглення западин гайки з'єднання виконані тим же самим радіусом, що і вершини різьби болта. При цьому, бокові сторони профілю різьби являють собою спряження прямих ліній і дуг. Центри дуг сегментів стержня знаходяться на лінії, яка є паралельною до твірної конуса зовнішньої поверхні стержня та віддалена від неї на розмір а=0,225Р. Виконання вершин профілю різьби гайки або стержня болта з н