Стъпката, ъгълът на профила и формата на резбата се променят за подобряване на издръжливостта на крепежните елементи, тръбопроводите,
Резба на шпилка или болт с профил под прав ъгъл, използвана за специални изисквания за издръжливост на крепежни елементи.
Геометрията на резбата като стъпка, ъгъл и профил често са критични за издръжливостта на крепежните елементи. Правилният модел на поведение на крепежните елементи при натоварване може да се намери чрез експеримент.
Автор: Drozdov M.V., Engineering Union LLC
Малкият ефект на стъпката на резбата на закопчалката върху границата на издръжливост
Анализът на данните от експериментални изследвания на крепежни елементи показва, че при същото съотношение R / P (R е радиусът на корена на резбата, P е стъпката на резбата), стъпката на резбата практически не влияе на границата на издръжливост на резбовите връзки. Само за резба с диаметър 10 mm при R = 0 се наблюдава малко (до 10%) разсейване на резултатите спрямо средната стойност. За други стойности на R / P спредът не надвишава 2 ... 5%. Това ни позволява да разглеждаме нишката като колекция от малки подрязвания.
Предимства на финия конец
Увеличаване на натоварванията на скъсване при крепежни елементи с фина резба
Напреженията в прът с такива жлебове се разпределят неравномерно само на малка дълбочина в близост до върха. В този случай коефициентът на концентрация на напрежение зависи от съотношението R/P и не зависи от отношението R/d. Ако напреженията на скъсване при болт със ситна резба са същите като тези с едра резба, то натоварванията на скъсване при фина резба са по-големи поради по-голямата площ. Например, за резба M10 × 1,5, площта на напречното сечение A1 \u003d 55,1 mm 2, а за резба M10 × 1 A1 - 62,4 mm 2, т.е. 13% повече.
Стопорни свойства на крепежни елементи с фина стъпка на резба
Финото навиване на резба изисква машинипо-малко мощност. Освен това крепежните елементи с фини резби имат по-високи заключващи свойства. Поради тези предимства фините резби се използват широко в машиностроенето.
| 45 | 8,650 | 7300 | 80 |
| 60 | 9,026 | 8,020 | 55 |
| 75 | 9.144 | 8,490 | 65 |
| 90 | 9,374 | 8,874 | 85 |
Ъгъл на профила и форма на резба
Последици от намаляване на ъгъла на профила на резбата на закопчалката
Ориз. 1. Резбови профили с различни ъгли α
С намаляване на ъгъла на профила (ъгълът за метрична резба α = 60 ° се приема като първоначален ъгъл на профила), работната дълбочина (припокриване) на завоите се увеличава и в резултат на това аксиалното съответствие на резбата, което допринася за по-равномерно разпределение на натоварването между завоите и разтоварване на първия завой.
Последици от увеличаване на ъгъла на профила на крепежни елементи
За α > 60° също подобрява разпределението на натоварването между витките, но за сметка на увеличаване на радиалната еластичност на гайката. Резултатите от изчислението показват, че натоварването на първото завъртане на резбата M10 с α = 75° е намалено с 17% в сравнение със стандартната резба; при α = 90°, намаляването на натоварването е 35%.
Заедно с намаляването на натоварването при α>gt; 60° значително намалява напреженията, действащи в основата на завоите, свързани с огъване. При α = 90° резбата се получава като че ли „без огъване“ (фиг. 1), което значително увеличава здравината на съединенията.
Влияние на ъгъла на профила на резбата върху устойчивостта на умора на шпилката и болта
Влиянието на ъгъла на профила на резбата върху устойчивостта на умора е изследвано от I. A. Birger и G. B. Iosilevich. Тествахмешипове M10 с α = 45, 60, 75 и 90°, изработени от стомана 38XA (σv - 1150 MPa).
Резбата на шпилките беше нарязана на винторежещ струг с фрези с пластини от твърда сплав Т15К6, заточени на профилно шлифовъчна машина. Резбите в гайките бяха нарязани със специални кранове. Профилите на изследваните резби са показани на фиг. 4.
Влияние на ъгъла на профила и формата на резбата
Както показват резултатите от изпитването (Таблица 1; Фиг. 2), увеличаването на ъгъла на профила на резбата до α = 90 ° или намаляването до α - 45 ° позволява да се увеличи границата на издръжливост на съединението с 45 . 55%. Първата резба с α = 90° заболтове е предложена от Birger.
Разрушаването на ставите се случва, като правило, на нивото или под опорния край на гайката, което показва значително намаляване на максималните напрежения в напречното сечение на първия завой.
Ориз. Фиг. 2. Зависимост на границата на издръжливост на закрепващи връзки от ъгъла на профила на резбата
Според R. B. Haywood издръжливостта на болтове с α = 90° е 10 пъти по-голяма от стандартните болтове.
Резба с α = 90° може да се препоръча за критични конструкции на енергийни съоръжения, връзкифланци на технологични тръбопроводи с високо налягане, когато се изисква много висока граница на издръжливост (особено за нарязани резби). Направата на резби с ниска височина на профила при α = 90° е по-лесна от резби със стандартна форма на профила.
Нецелесъобразно увеличаване на ъгъла на профила на резбата на закопчалката над 90 °
Ориз. 3. Криви на промени в максималното напрежение за връзки с обикновен (1) и асиметричен (2) профил на резба
Имайте предвид, че увеличаването на ъгъла на профиларезби над 90° могат да доведат до разрушаване на тялото на гайката поради високото радиално натоварване. Преместването на силите към оста на пръта и намаляването на напреженията от огъване на завоите може да се постигне при резба на болтове (шипове) с малко по-голям ъгъл на симетричен профил α = 62, отколкото на гайките. 65°, както и при производството на резби с асиметричен профил. Резбата на гайката трябва да има стандартен профил и за да се осигури завинтване и взаимозаменяемост, празнините по средния диаметър трябва да бъдат леко увеличени. Асиметричният профил на резбата на болта се използва в Обединеното кралство и САЩ. Според Хиронис такава нишка може да издържи на значителни напрежения (фиг. 3).
Имайте предвид, че използването нагайки, чиито резби имат увеличен ъгъл α или асиметричен профил, може да доведе до намаляване на устойчивостта на умора.
Чуждестранни изследвания на различни профили на резба на крепежни елементи
Ориз. 4. Профили на резбите
Ефектът от ъгъла на профила и формата на резбата върхутрайността на крепежните елементи е проучен от Eaton. Профилите на изследваните резби са показани на фиг. 4.
Резбите на крепежни елементи с профили I и IV, най-често срещаните в САЩ, имат α = 60 °.
Резбите на крепежни елементи с профили II и III са устойчиви, като в първия случай ъгълът на наклона на работната страна на резбата е 3 °, неработната страна е 30 °, а във втория случай съответно 0 и 45 °. Работната височина на профил III е по-малка от тази на профил II.
Резбата на крепежни елементи с профил V имаше α = 90°.
Резбите с профили VI и VII са предназначени за възприемани променливи натоварвания. Изключването на контакт в върховете на нишките с профил VII, както показват резултатите от експериментите, увеличава издръжливостта на ставите, но намалява якостта по време на изпитване на срязване. Тази нишка се използва в САЩза връзки, натоварени с големи динамични натоварвания. Шпилките са изработени от манган-никелова стомана (σw = 668–730 MPa). Тестовете бяха проведени при нулев цикъл на напрежение.
Относителна якост на резбови съединения
В табл. 2 показва данни за относителната якост на резбовите съединения (якостта на резба с α = 60 ° и плоска кухина се приема като единица). Както показва анализът на тези данни, профилът (VI и VII), образуван от дъга на кръг и изключващ контакта между върха на резбата на гайката и основата на резбата на шпилката, позволява 60% увеличение на границата на умора на ставите. При използване на упорна резба и резба с α = 90° стойността на σap леко се увеличава (до 10%). Това се дължи на влиянието на ударните натоварвания поради увеличените радиални хлабини при нулев цикъл на напрежение. Границата на издръжливост на тези съединения може да се увеличи чрез предварително затягане на крепежните елементи.
| Профил на нишка | Тестова база, брой цикли | ||
| 10 5 | 10 6 | 10 7 | |
| аз | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| II | 1.09 | 1.01 | 0,98 |
| III | 1.06 | 1.14 | 1.07 |
| IV | 1.21 | 1.18 | 1.22 |
| V | 1.04 | 1.05 | 1.09 |
| VI | - | 1.25 | 1.12 |
| VII | 1.31 | 1.51 | 1,60 |
Променлив среден диаметър и стъпка
Ориз. 5.Болтове прав и обратен конус
Като промените радиуса на корена или профила на резбата, можете ефективно да намалитеконцентрация на напрежение от локалното натоварване на завоите.
За да се подобри разпределението на натоварването, е необходимо да се промени диаметърът на средната височинана гайката по такъв начин, че контактът на намотките да започва близо до свободния край на гайката. R. Heywood установи, че директен конус от 1:50 с увеличаване на средния диаметър от края към главата на болта (фиг. 5) намалява издръжливостта на съединенията от 10 5 до 6 × 10 4 цикъла. Обратният конус 1:100 увеличава издръжливостта до 1,8×10 5, а с по-голям конус (1:50) - до 2,1×10 5 цикъла.
Приложение на гайки с коничен вход
Ориз. 6. Резбови връзки с пресечени долни завои
Обърнете внимание, че използването на резба с променлив среден диаметър е ограничено от изискването да се избегнат големи празнини в резбата, следователно е за предпочитане да се използва конусна гайка заедно с конусен болт.
Разновидност на този метод е отрязването (корекцията) на резбитегайка в най-натоварената зона преди или след резбата. Ъгълът φ се приема равен на 10…15°. Според данните на Luthander и Wahlgren, когато долните навивки на гайката се скъсят с 12°, границата на издръжливост се увеличава с 20%. Същото увеличение е получено от G. Wiegand с отрязване под ъгъл от 10 °.
Препоръки за използването на конични гайки са дадени в R. A. Walker и G. Mayer. Гайка с увеличена стъпка дава по-равномерно разпределение на товара. Според R. Heywood, издръжливостта на връзката на гайка с 11,85 оборота и болт с 12 оборота на 1 "се увеличава от 10 5 (за конвенционална връзка) до 5,8 × 10 5 цикъла, а разрушаването винаги се случва много по-дълбоко от опорната повърхност на гайката, което показва по-равномерно разпределение на натоварването между завоите.
Степента на влияние на стъпката на гайката и нейната силаматериал
Променливата стъпка в комбинация с ъгъл на профила α = 90° допринася за значително увеличаване на издръжливостта. Степента на влияние на увеличената стъпкана гайката зависи от якостта на опън на нейния материал. В случай на ниска якост, натоварването се преразпределя поради пластични деформации и долните завои започват да работят подобно на завоите на конвенционална гайка. Препоръчително е да използватеболтове и гайки от същия материал.
Понякога се използват гайки с вдлъбнати резби. При такива връзки долният завой на болта е по-гъвкав, което намалява натоварването. Гайка с прорези върху резбови кухини, които увеличават тяхната пластичност и подобряват разпределението на натоварването. На практика обаче такъв дизайн е изключително труден за изпълнение.
Заключение
Желанието на дизайнерите да разработят крепежни елементи, използвани за свързване на части от тръбопроводи, е насочено към намиране на геометрични конструктивни характеристики, които осигуряват най-висока надеждност на резбова връзка при дадени условия на работа.
Библиография
- Йосилевич Г. Б., Строганов Г. Б., Шарловски Ю. В. Затягане и заключване на резбови съединения.
- Якушев А. И., Мустаев Р. Х., Мавлютов Р. Р. Повишаване на здравината и надеждността на резбовите съединения.. - М .: Машиностроение, 1979. - 214 с.
- Белозерова З.Л., Ращепкин К.Е., Ясин Е.М. Надеждност на главните нефто- и продуктопроводи // Транспорт и съхранение на нефт и нефтопродукти: Обз. инф. - М.: ВНИИОНГ, 1971.
- Sproat R. Z., Walker R. A. Резби с радиусен корен - наистина ли са по-добри // Assembly Engng. 1965. N 4.
С достъпа до тази страница вие автоматично приемате потребителското споразумение.
- фланци
- Фланци за яка
- Плоски фланци
- Фланци на съдове и апарати
- Фланцеви тапи
Да направим фланци отливки, заготовки от стомана 09G2S, стомана 20, St 08X18H10T, 15X5M