Материал: Расчеты болтового и шпилечного соединения

Расчеты болтового и шпилечного соединения

Введение

Способы соединения деталей и сборочных единиц механизмов различны. Их можно разделить на неразъемные и разъемные. Неразъемные соединения можно разобрать только при частичном разрушении соединяемых деталей. Разъемные соединения отличаются тем, что их разборка возможна без разрушения деталей, входящих в соединение. Разъемные соединения в свою очередь делятся на подвижные и неподвижные. С помощью подвижных соединений можно обеспечить определенное перемещение одних деталей относительно других. К ним относятся различные опоры и направляющие. Неподвижные соединения обеспечивают фиксированное положение одних деталей по отношению к другим.

Соединение деталей с помощью резьбы является одним из старейших и наиболее распространенных видов разъемного соединения. К ним относятся соединения с помощью болтов, винтов, шпилек, винтовых стяжек и т.д.

Применение винтовых поверхностей в технике началось ещё в античные времена. Считается, что первым винт изобрел Архит Тарентский - философ, математик и механик, живший в IV-V веках до н. э. Широко известен изобретенный Архимедом винт, применявшийся для перемещения жидкостей и сыпучих тел. Первые крепёжные изделия, имеющие резьбы, начали применяться в Древнем Риме в начале н. э. Однако, из-за высокой стоимости они использовались только в ювелирных украшениях, медицинских инструментах и других дорогостоящих изделиях.

Широкое применение ходовые и крепёжные резьбы нашли лишь в Средневековье. Изготовление наружной резьбы происходило следующим образом: на цилиндрическую заготовку наматывалась смазанная мелом или краской верёвка, затем по образовавшейся спиральной разметке нарезалась винтовая канавка. Вместо гаек со внутренней резьбой использовались втулки с двумя или тремя штифтами.

В XV-XVI веках началось изготовление трёх- и четырёхгранных метчиков для нарезания внутренней резьбы. Обе сопрягаемые детали с наружной и внутренней резьбой для свинчивания подгонялись друг под друга вручную. Какая-либо взаимозаменяемость деталей полностью отсутствовала.

Цель курсовой работы состоит в том, чтобы, опираясь на теоретико-практическую основу изучить:

виды резьбовых соединений, классификацию по назначению резьбовых соединений

резьба и виды резьб, рассмотрим признаки классификации резьбы

изображение резьбы, правила изображения и нанесения размеров

стандартные крепежные детали, виды и условные обозначения крепежных деталей

нарезание резьбы, способы изготовления резьбы

В данной курсовой работе приведены расчеты болтового и шпилечного соединения, чертежи прилагаются на формате А3.

Структура данной курсовой работы состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.

1. Резьба

Резьба - равномерно расположенные выступы или впадины постоянного сечения, образованные на боковой цилиндрической или конической поверхности по винтовой линии с постоянным шагом.

1.1 Виды резьбы

В машиностроении широко используются изделия, имеющие винтовые поверхности. По конструктивному назначению их можно классифицировать на три группы:

крепежные изделия, употребляемые для разъемного неподвижного соединения деталей, приборов;

изделия с резьбой для преобразования вращательного движения в поступательное;

изделия специального назначения, например металлорежущий инструмент: сверла, фрезы, щетки для очистки дымоходных труб (кольцевой косой геликоид).

В основе образования резьбы лежит винтовое движение некоторой фигуры относительно прямой, называемой осью винтового движения. Если такое движение совершает точка, то пространственную кривую, образованную точкой, называют винтовой линией.

Резьба образуется при винтовом движении некоторой плоской фигуры, задающей так называемый профиль резьбы, расположенный в одной плоскости с осью винтового движения.

Типы резьбы зависят от формы профиля резьбы. Профиль резьбы - контур сечения резьбы плоскостью, проходящей через её ось. По форме профиля резьбу называют треугольной, трапециевидной, прямоугольной, полукруглой, специальной. Треугольные резьбы подразделяются на метрическую, дюймовую, трубную, коническую дюймовую; трапециевидные - трапецеидальную, упорную, упорную усиленную; полукруглая - резьба для санитарно-технической арматуры, для патронов и цоколей электроламп (рис. 1.1, рис. 1.3).

Резьбу можно получить способом, подобным способу получения винтовой линии. Предположим, что подведенный к цилиндру конец резца имеет форму равнобочной трапеции. Если цилиндру придать вращательное движение, а резец углублять на величину b, то на цилиндре получится проточка, форма и размеры которой будут соответствовать концу резца (рис. 1.2). Но если резцу придать еще и равномерно-поступательное движение, параллельное оси вращения цилиндра, то на цилиндре получится резьба. В зависимости от формы заточки конца резца и образуется соответствующий профиль резьбы. В приведенном примере резьба будет иметь трапецеидальный профиль.

Рис. 1.1 - Винт с резьбой

Рис. 1.2 - Нарезание проточки трапецеидального профиля трапецеидальной формы

Номинальные размеры параметров резьбы являются общими как для наружной (резьбы на стержне), так и для внутренней резьбы (резьбы в отверстиях). К теоретическим параметрам резьбы относят (рис. 1.4):(D) - наружный диаметр резьбы, под которым понимают диаметр воображаемого цилиндра, описанного касательно к вершинам наружной резьбы или впадинам внутренней. Этот диаметр для резьбы принимают за номинальный и используют при обозначении резьбы;(D1) - внутренний диаметр резьбы, под которым понимают диаметр воображаемого прямого цилиндра, описанного вокруг впадин наружной резьбы или вершин внутренней резьбы;- шаг резьбы, определяемый расстоянием по линии, параллельной оси резьбы, между средними точками ближайших одноименных боковых сторон профиля резьбы, лежащими в одной осевой плоскости по одну сторону от оси резьбы;

Рис. 1.3 - Виды резьбы на стержне: а - треугольная, б, в - трапециевидная, г - полукруглая, д - прямоугольная (квадратная)

Рис. 1.4 - Основные параметры резьбы

Ph - ход резьбы - это расстояние по линии, параллельной оси резьбы, между любой исходной средней точкой на боковой стороне профиля резьбы и средней точкой, полученной при перемещении исходной точки по винтовой линии на угол 360о, или - значение относительного осевого перемещения детали с резьбой за один оборот;

α - угол профиля резьбы, определяемый между боковыми сторонами профиля в осевой плоскости;- высота исходного профиля, под которым понимают высоту остроугольного профиля, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения (это относится к резьбе с треугольным профилем);- высота профиля, определяемая расстоянием между вершиной и впадиной профиля в направлении, перпендикулярном к оси резьбы;- рабочая высота профиля, под которой понимают высоту соприкосновения сторон профиля наружной и внутренней резьбы в направлении, перпендикулярном к оси резьбы.

Резьбу, созданную движением одного профиля, называют однозаходной. Для получения одноходового винта достаточно навивать, например, треугольную призму так, чтобы витки прилегали один к другому. Тогда при одном обороте во время завинчивания винт переместится на расстояние, равное величине шага, где ход Рh одноходового винта равен шагу резьбы Р (рис. 1.5). Таким образом, в однозаходной резьбе ход равен шагу.

Рис. 1.5 - Однозаходный винт

Резьбу, образованную движением двух, трех и более одинаковых профилей называют многозаходной (двухзаходной, трехзаходной и т. д.). Для получения двухходового винта надо одновременно навивать две треугольные призмы (рис. 1.6), расположенные рядом без промежутка. Во время завинчивания такой винт за один оборот переместится на расстояние двух шагов 2Р (Рh = 2Р), т.е. ход Ph равен 2Р, где 2 - число заходов.

Для получения трехзаходного винта надо одновременно навивать три треугольные призмы (рис. 1.7); тогда при одном обороте во время завинчивания такой винт переместится на расстояние трех шагов и, следовательно, ход трехзаходного винта будет равен 3Р (Рh = 3Р).

1.2 Классификация резьбы

Резьба и резьбовые соединения широко распространены в технике. К их достоинствам относятся универсальность, надёжность, удобство сборки и разборки, простота изготовления.

Выполним классификацию резьбы по наиболее характерным признакам. В таблице 1.1 показана классификации резьбы (см. приложение).

В зависимости от формы профиля различают резьбы треугольного, прямоугольного, трапецеидального, круглого и других профилей.

В зависимости от вида поверхности, на которой нарезана резьба, они подразделяются на:

а) цилиндрическую (резьба расположена на поверхности цилиндра вращения);

б) коническую (резьба - на поверхности конуса вращения);

в) глобоидную (резьба - на поверхности гиперболоида вращения).

В зависимости от расположения резьбы на поверхности стержня или в
отверстии она бывает наружной и внутренней.

По эксплуатационному назначению резьбы подразделяются на резьбы общего назначения и специальные. В свою очередь, резьбы общего назначения делятся на крепёжные (метрическая, дюймовая), крепёжно-уплотнительные (трубные, конические) и кинематические-ходовые (трапецеидальные, упорные, прямоугольные).

К специальным резьбам относятся резьбы со стандартным профилем, но нестандартным диаметром или шагом.

Кроме того, все резьбы разделяют на две группы:

стандартизованные резьбы, т. е. резьбы с установленными стандартами параметрами: профилем, шагом и диаметром;

нестандартизованные резьбы, параметры которых не соответствуют стандартизованным.

Подробнее стандартные и нестандартные резьбы рассмотрим в подзаголовке 1.4.

1.3 Изображение резьбы

Правила изображения резьбы устанавливает ГОСТ 2.311-68.

. Резьбу изображают:

а) на стержне − сплошными основными линиями по наружному диаметру резьбы и сплошными тонкими линиями - по внутреннему диаметру. На изображениях, полученных проецированием на плоскость, параллельную оси стержня, сплошную тонкую линию по внутреннему диаметру резьбы проводят на всю длину резьбы без сбега, а на видах, полученных проецированием на плоскость, перпендикулярную к оси стержня, по внутреннему диаметру резьбы проводят дугу, приблизительно равную ¾ окружности, разомкнутую в любом месте (рис. 1.8, 1.9);

Рис. 1.8 - Резьба на цилиндрическом стержне

Рис. 1.9 - Резьба на коническом стержне

б) в отверстии - сплошными основными линиями по внутреннему диаметру резьбы и сплошными тонкими линиями - по наружному диаметру. На разрезах, параллельных оси отверстия, сплошную тонкую линию по наружному диаметру резьбы проводят на всю длину резьбы без сбега, а на изображениях, полученных проецированием на плоскость, перпендикулярную к оси отверстия, по наружному диаметру резьбы проводят дугу, приблизительно равную ¾ окружности, разомкнутую в любом месте (рис. 1.10, 1.11). Сплошную тонкую линию при изображении резьбы наносят на расстоянии не менее 0,8 мм от основной линии и не более величины шага резьбы.

. Резьбу, показываемую как невидимую, изображают штриховыми линиями одной толщины по наружному и по внутреннему диаметру (рис. 1.12).

. Линию, определяющую границу резьбы, наносят на стержне и в отверстии с резьбой в конце полного профиля резьбы (до начала сбега). Границу резьбы проводят до линии наружного диаметра резьбы и изображают сплошной основной или штриховой (если резьба изображена как невидимая) линией, (рис. 1.12, 1.13).

Рис. 1.11 - Резьба в коническом отверстии

Рис. 1.12 - Невидимое отверстие с резьбой

Рис. 1.13 - Граница резьбы на стержне

4. Штриховку в разрезах и сечениях проводят до линии наружного диаметра резьбы на стержнях и до линии внутреннего диаметра в отверстии, т. е. в обоих случаях до сплошной основной линии (рис. 1.10, 1.11, 1.14, 1.15).

. Сбег резьбы изображают сплошной тонкой прямой линией, как изображено на рисунках 1.16, 1.17.

. Недорез резьбы, выполненной до упора, изображают, как показано на рисунке 1.18 а, в. Допускается изображать недорез резьбы, как показано на
рисунке 1.18 б, г.

. На чертежах, по которым резьбу не выполняют, конец глухого резьбового отверстия допускается изображать, как показано на рисунке 1.19, даже при наличии разности между глубиной отверстия под резьбу и длиной резьбы.

Рис. 1.14 - Внутренняя резьба в сечении в сечении

Рис. 1.15 - Наружная резьба

Рис. 1.16 - Сбег наружной резьбы

Рис. 1.17 - Сбег внутренней резьбы

Рис. 1.18 - Разновидности изображения недореза резьбы, выполненного до упора

. Фаски на стержне с резьбой и в отверстии с резьбой, не имеющие специального конструктивного назначения, в проекции на плоскость, перпендикулярную к оси стержня или отверстия, не изображают. Сплошная тонкая линия изображения резьбы на стержне должна пересекать линию границы фаски (рис. 1.20 - 1.22).

Рис. 1.19 - Допустимое резьбового отверстия на чертежах, по которым резьбу не выполняют

Рис. 1.20 - Изображение фаски на стержне изображение глухого

. На разрезах резьбового соединения в изображении на плоскости, параллельной к его оси, в отверстии показывают только часть резьбы, которая не закрыта резьбой стержня (рис. 1.23, 1.24).