Различают три типа шестигранных гаек и головок болтов: облегченные гайки и болты с облегченной головкой, нормальные гайки и болты с нормальной головкой, увеличенные гайки и болты с увеличенной головкой,
В машиностроении наблюдается тенденция применять облегченные гайки и головки болтов, так как при достаточной прочности они обладают малыми радиальными габаритами и небольшой массой и позволяют создать более компактные конструкции крепежных узлов.
Высота гаек (рис.5) делается равной (0,6-1,2)d (d-наружный диаметр резьбы). Практика показывает, что при высоте h=0,7d гайка получается равнопрочной с нарезной частью болта. Болтовые соединения с h > 0,7d рвутся под растягивающей нагрузкой всегда по резьбе стержня (под гайкой). Высота головок болтов (рис.6) делается равной (0,6-0,8)d .
На торцах шестигранника выполняют фаски с углом 120 градусов. Назначение фасок - облегчить надевание ключа на шестигранник, а у гаек, кроме того, обеспечить кольцевую форму опорной поверхности. Размеры фаски определяются начальным диаметром d1 на торце шестигранника (рис.7). В прошлом применялся размер d1=S (S-размер под ключ). Сейчас стандартизованы гайки с d1=(0,90-0,95)S .
Для головок болтов можно без ущерба для прочности уменьшить размер d1 до (0,7-0,6)S с выигрышем в массе конструкции. Для гаек уменьшение размера d1 приводит к сокращению опорной поверхности.
Распределение нагрузки между витками резьбы крепежа
В резьбовых соединениях обычной конструкции нагрузка между витками резьбы распределяется неравномерно. Первые витки резьбы, расположенные у опорной поверхности гайки, нагружены гораздо больше, чем последующие. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что первый виток воспринимает до 30% всей нагрузки, а самые дальние витки остаются практически ненагруженными. Причина этого явления заключается в неблагоприятном сочетании деформаций гайки и стержня под нагрузкой. Участки стержня, ближайшие к нагрузке, растянуты полной силой. Витки резьбы стержня, деформируясь как и стержень, также смещаются в направлении действия нагрузки. (рис.7).
В гайке картина обратная: ближайшие к опорной поверхности участки тела гайки сжаты полной силой, действующей на соединение, витки резьбы смещаются в направлении, противоположном смещению витков стержня. Наибольшее смещение имеет первый виток, отсюда повышенная нагрузка на первый виток. На следующих витках деформация и напряжения растяжения стержня уменьшаются по мере передачи силы от стержня на гайку. Уменьшается и деформация сжатия в гайке, отсюда уменьшение нагрузки на каждый последующий виток. Явление выражено тем резче, чем больше абсолютная величина деформаций растяжения в стержне и обратных им по направлению деформаций сжатия в гайке, т. е. чем выше напряжения в резьбовом соединении. Поэтому с точки зрения прочности и равномерного распределения нагрузки между витками, выгодно развивать сечения нарезной части стержня и гайки увеличением диаметра резьбы
Резьбовые соединения способны до известной степени самоупрочняться. Если напряжения в наиболее нагруженных витках превосходят предел текучести, то витки резьбы подвергаются пластической деформации сдвига и смятия, вызывающей увеличение шага наиболее нагруженных витков гайки и уменьшение шага наиболее нагруженных витков стержня, в результате чего нагрузка на витки выравнивается. Это явление особенно характерно для резьбовых соединений, выполненных из мягких и пластичных материалов. У соединений, выполненных из твердых и прочных материалов, способность самоупрочняться гораздо меньше.
Существует ряд действенных способов, обеспечивающих равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы стержня и гайки.
Решение заключается в том, чтобы заставить гайку деформироваться в том же направлении, в каком деформируется стержень. Этого можно достичь переносом опорной поверхности гайки выше последнего витка (рис.9. II). Расположенное под опорной поверхностью тело гайки ("юбка") в этом случае подвергается деформации растяжения; смешение витков гайки направлено в ту же сторону, что и смещение витков стержня. Отсюда - более равномерное распределение нагрузки по виткам.
Подобные гайки, получившие название "висячих" гаек или гаек растяжения (в отличие от обычных гаек, которые называют гайками сжатия), широко применяют в ответственных резьбовых соединениях в машиностроении. Недостаток этих гаек - увеличенные осевые и радиальные габариты, а также необходимость увеличения диаметра отверстия в корпусе под "юбку" гайки.
Если опорная поверхность гайки расположена между первыми и последними витками (рис.9. III), то получается так называемая гайка растяжения-сжатия . Ниже опорной поверхности тело гайки подвергается растяжению, выше - сжатию. Будучи менее громоздкими, чем гайки растяжения, эти гайки практически равноценны, потому что положительный эффект растяжения "юбки" дополняется положительным эффектом всестороннего обжатия верхних витков в результате упругой деформации верхней части гайки под действием сил, приложенных к опорной поверхности.
Для получения еще большей равномерности распределения нагрузки по виткам резьбы в некоторых случаях делают выборку на торце стержня (рис.9. IV}, увеличивающую податливость верхних витков стержня. Этот способ применяется преимущественно для болтов большого диаметра.
Рекомендации по выбору рядов сквозных отверстий
При независимой обработке отверстий каждой детали соединения с расстоянием между осями наиболее удаленных отверстий менее 500 мм для соединений, к которым предъявляются лишь требования собираемости, ряды сквозных отверстий рекомендуется выбирать по табл. см. ниже.
Для соединений, к которым предъявляются требования собираемости и дополнительные требования обеспечения определенной степени относительного перемещения деталей, а также для соединений, к которым предъявляются лишь требования собираемости, но с расстоянием между осями наиболее удаленных отверстий в деталях 500 мм и более, допускается принимать более грубые (по сравнению с рекомендуемыми в таблице) ряды сквозных отверстий.
При совместной обработке отверстий в деталях соединения (для заклепочных и неразбираемых болтовых соединений) номинальный диаметр сквозного отверстия рекомендуется принимать равным наибольшему предельному размеру диаметра стержня крепежной детали. При этом отверстия должны быть раззенкованы на размер, соответствующий переходному радиусу между головкой и стержнем крепежной детали.
При необходимости следует устранить контакт кромки отверстия с радиусом под головкой крепежной детали, отверстие рекомендуется раззенковать.
Сквозные отверстия под крепежные детали (ГОСТ 11284-75).
Диаметр сквозных отверстий (мм).
Примечания:
1. 3-й ряд отверстий не допускается применять для заклепочных соединений.
2. Предельные отклонения диаметров отверстий: для 1-го ряда - по H12; для 2-го ряда - по H13; для 3-го ряда - по H14.
Стандарт устанавливает размеры сквозных отверстий под
болты, винты, шпильки и заклепки с диаметром стержней от 1,0 до 160 мм , применяемых для соединения деталей с зазором.
|
