Способ получения резьбового соединения с возможностью равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы

Изобретение относится к машиностроению. Способ получения соединения с возможностью равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы заключается в том, что резьбовое соединение изготовляют с первоначальным нулевым контактом в последних (по отношению к опорному торцу гайки) двух парах витков. Остальные витки гайки выполняют при последовательно возрастающей (в направлении к опорному торцу) величине зазоров, а монтаж соединения достигается при последовательно возрастающей величине затяжки, витки последовательно «включаются», нагрузка на «включенный» виток возрастает от нуля и выравнивается начиная с 1-го по всем виткам (исключая последнюю от опорного торца пару витков) в соответствии с заранее установленными параметром приращения зазора и величиной приращения усилия затяжки. В результате создается возможность равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы. 1 ил.

 

Изобретение предназначено для использования в машиностроении. Способ воздействует на прочность, надежность и монтаж резьбовых соединений.

При нагружении резьбового соединения каждая пара витков воспринимает различную по величине нагрузку. В идеализированной конструкции соединения нагрузка возрастает к нижним относительно опорного торца гайки виткам. Зазоры (технологического свойства) между поверхностями витков винта и гайки существенно влияют на распределение нагрузки между витками резьбы.

Известны способы воздействия на закон распределения контактных усилий по виткам резьбовых соединений на стадии проектирования их различных конструктивных параметров.

Наиболее близко к заявленному техническому решению подходит способ получения равномерной нагрузки за счет заранее предусмотренных увеличенных зазоров в резьбе. Такие зазоры можно создать путем увеличения среднего диаметра резьбы гайки. Средний диаметр гайки должен изменяться по закону параболы. Каждой расчетной нагрузке соответствует своя кривая среднего диаметра гайки (см. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.: Машиностроение, 1990. - 368 с.).

Такой способ получения расчетной нагрузки не учитывает последовательность «включения» витков резьбы. Определение нагрузки по виткам резьбы при наличии зазоров может рассматриваться в аспекте расчета систем с односторонними связями, в которых последовательность «включения» связей (витков) имеет принципиальное значение.

Сущность изобретения

Резьбовое соединение изготовляется с первоначальным нулевым контактом в последних (по отношению к опорному торцу гайки) двух парах витков. Остальные витки гайки выполняются при последовательно возрастающей (в направлении к опорному торцу) величине зазоров, а монтаж соединения достигается при последовательно возрастающей величине затяжки, витки последовательно «включаются», нагрузка на «включенный» виток возрастает от нуля и выравнивается начиная с 1-го по всем виткам (исключая последнюю от опорного торца пару витков) в соответствии с заранее установленными параметрами приращения зазора и величиной приращения усилия затяжки.

Заявленное техническое решение направлено на регулирование контактных усилий в зависимости от технологии изготовления резьбы и способа монтажа соединения. При постепенном нагружении и контролируемом усилии затяжки происходит последовательное «включение» витков, а затем выравнивание контактных усилий.

Согласно заявленному способу резьбовое соединение содержит (см. чертеж) гайку 1 и болт 2. Первоначальный нулевой контакт достигается в последних (по отношению к опорному торцу) двух парах витков k и k-1, где k - число нагружаемых витков соединения. В витках k-2 зазор h, а в последующих (в направлении к 1-му витку) зазор последовательно возрастает на ту же величину h.

При затяжке резьбового соединения на всех этапах нагружения проводится контроль величин нагрузки и смещений «включаемых» витков, устанавливаемый на основе расчета систем линейных уравнений порядка k+1. В матричной записи система уравнений примет вид:

где

Здесь: w, мм - совместное единичное перемещение контактирующих витков резьбы; d, мм - суммарное единичное перемещение растяжения и сжатия тела винта и гайки; h_i=1-k, мм - натяги в стержне между витками резьбы; X_i=1-k - неизвестные контактные усилия; , мм - условное смещение; Р, Н - усилие затяжки (см. журнал «Вестник машиностроения», 2002, №5, с.22-23).

Зазоры в соединении устанавливаются таким образом, что первоначальный нулевой контакт достигается в двух последних (относительно опорного торца гайки) парах витков k и k-1. В остальных витках величины зазоров последовательно возрастают в направлении к опорному торцу.

При установлении величины параметра h учитываются технологические возможности обеспечения величины зазоров и прочность материалов соединения.

При равномерном натяге (между всеми витками резьбы) связь между параметром h и усилием затяжки Р устанавливается по зависимости

Число витков не ограничивается, параметр h может быть небольшим. Параметр h интерпретируется как натяг в стержне болта между витками i и i-1. При выборе зазора на величину h происходит «включение» витка i-2, величина заносится в столбец Δ уравнения (1). В момент «включения» витка величина контактного усилия равна нулю. Величина технологического зазора устанавливается с учетом кинематического смещения болта.

Усилие первоначальной затяжки устанавливается из уравнения (1) по результатам расчета соединения для двух пар витков (k и k-1) при нулевом зазоре 1 из условия равенства смещения витков k-1 величине h. При «включении» витка k-2 параметр h заносится в столбец Δ в качестве натяга между витками k-1 и k-2.

Монтаж соединения достигается при последовательно возрастающей величине затяжки, витки последовательно «включаются», нагрузка на «включенный» виток возрастает от нуля и выравнивается начиная с 1-го по всем виткам (исключая последнюю от опорного торца пару витков) в соответствии с заранее установленным параметром приращения зазора h и величиной приращения усилия затяжки.

Выравнивание контактных усилий достигается окончательным образом после «включения» 1-го (от опорного торца) витка при усилии соответствующем смещению

Перечень последовательностей

Предлагаемый способ реализуется в следующей последовательности.

1. С учетом зависимости (2) устанавливается параметр приращения зазора h.

2. Для двух пар витков (k=2) по зависимости (1) устанавливается величина первоначальной затяжки из условия равенства смещения витков k-1 параметру h.

3. По параметру h «включается» 3-й виток и затем все остальные витки при соответственно тарированном по отношению к каждому «включаемому» витку усилии затяжки. При подсчете величин затяжки используются уравнения (1) при соответствующем значении «включенных» витков k.

4. Выравнивание контактных усилий достигается после «включения» 1-го (по отношению к опорному торцу гайки) витка при величине смещения и окончательном значении усилия затяжки Р, определяемыми на основе расчета соединения по зависимости (3) и (1) соответственно.

Способ получения резьбового соединения с возможностью равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы, отличающийся тем, что резьбовое соединение выполняют с первоначальным нулевым контактом в последних (по отношению к опорному торцу гайки) двух парах витков, остальные витки гайки выполняют при последовательно возрастающей (в направлении к опорному торцу) величине зазоров, а монтаж соединения достигается при последовательно возрастающей величине затяжки, витки последовательно «включаются», нагрузка на «включенный» виток возрастает от нуля и выравнивается, начиная с 1-го, по всем виткам (исключая последнюю от опорного торца пару витков) в соответствии с заранее установленными параметром приращения зазора и величиной приращения усилия затяжки.