Влияние на радиуса на корена на резбата на болтовете и болтовете върху надеждността на резбовите крепежни елементи

Конец на шпилка. Коритата на резбата на крепежния елемент са заоблени.

Тъй като радиусът на корена на резбата на болтовете и болтовете се увеличава, границата на умора на съединенията се увеличава. При редица експерименти обаче не е установено увеличаване на якостта с увеличаване на радиуса на депресията. Експериментите позволяват да се увеличи границата на издръжливост на резбовите крепежни елементи от стомана, титанови и берилиеви сплави.

Автор: Drozdov M.V., Engineering Union LLC

Изследване на ефекта на радиуса на корена върху издръжливостта на болта

Първи експерименти с болтове

Фигура: 1. Криви на промяна на работата на удара
трайност на връзките при различни
коренови радиуси и вътрешни диаметри
резба M10

Първото експериментално проучване на ефекта на радиуса на корена R на нишката върху издръжливостта на фугите е проведено от Thum и Staedel. Те откриха, че увеличаването на радиуса R от 0,1 до 0,2 mm за болтовете M10 удвоява ударната работа W (фиг. 1). По-късно А. И. Якушев изследва зависимостта на устойчивостта на умора на ставите с болтова стомана 45 (σv - 720 MPa, σm = 140 MPa) и болтове, изработени от 40KhN2MA стомана σv - 1300 MPa, σm-250 MPa) от радиуса на корена на резбата (Таблица 1).

От анализа на горните данни следва, че с увеличаване на R границата на умора на съединенията се увеличава. Въпреки това, в редица експерименти не е установено увеличаване на якостта с увеличаване на съотношението R/P. Очевидно това се дължи на различни стойности на остатъчните напрежения в корена на резбата при неконтролирани режими на рязане.

Резултати от проучвания на долини с резба на закрепване от западни лаборатории

Sopfit and Field изследва устойчивостта на умора на 3/4 "- 10 (d = 19 mm, P = 2,54 mm) манган-молибден и болтови съединения от въглеродна стомана при R = (0,069. 0,145) P. Резултатите от теста са дадени в таблица 2.

Данните показват, че с увеличаване на радиуса R здравината на съединенията крепежни елементи се увеличава. В някои експерименти се наблюдава обратното: увеличаване на съотношението R/P води до намаляване на границата на издръжливост.

Това може да се обясни с влиянието на производствената технология (режими на рязане или валцуване на конеца, причиняващи различно втвърдяване на работата в повърхностните слоеве).

Обърнете внимание, че в гореспоменатите работи е изследван относително тесен диапазон на вариация на радиуса на коритото. .

Влияние на радиуса на кухината върху устойчивостта на умора на крепежните елементи

Междувременно по-нататъшното увеличаване на радиуса отваря големи възможности за увеличаване на границата на издръжливост на резбовите крепежни елементи, изработени от стомана, и особено титанови и берилиеви сплави.

И. А. Биргер, заедно с Ж. А. Ардеев и Ю. Г. Рисем, изследва ефекта на радиуса на кухината върху устойчивостта на умора на ставите във връзка с термична обработка на крепежни елементи (болтове, шипове). Тествани съединения шипове и гайки с различен профил на резбата M10; М10х0,75; M10X1; М10Х 1,25; М16Х1,5; М16Х2 (фиг. 2).

Проучени профили на резби на болтове и болтове. Изследвайте методите за производство на ядки.

Фигура: 2. Профили на нишки

Нишка с профил/е конвенционална метрична резба в съответствие с ГОСТ 9150-81, според която формата на корена може да бъде или плоско нарязана, или закръглена, а радиусът на корена принадлежи към неконтролираните параметри на резбата.

Стандартът позволява също така неконтролирано закръгляване на кухината до R max = 0,144 P, свързано с износване на инструмента за формоване на резби. Нишката от този тип имаше R = 0,12 R .

Резба с профил II се различава от предишната по наличието на плоско нарязан жлеб (R = 0). Тази резба се използва широко в леко натоварени резбовани части, изработени от стомана.

Фигура: 3. Зависимост на границата на издръжливост
връзки от радиуса на кухината:
1- връзки с минимум
пропуски в конеца,
2 - връзки с увеличени празнини

Радиусът R = 0,2 Р е най-големият, при който частичната взаимозаменяемост с болтови, със стандартен профил на резбата.

Профилът IlIa на резбата на шпилката е идентичен с профил III, а резбата на гайката съответства на GOST 9150-81, следователно, за да се осигури пълна взаимозаменяемост шипове и гайки вътрешният диаметър е увеличен до 80 μm. Нишка с профил IV имаше радиус на корена R = 0, ЗР.

Външният диаметър на резбата съответства на GOST 9150-81. Просветът за номиналния среден диаметър, равен на полусумата от външния и вътрешния диаметър на резбата, беше в рамките на допустимите отклонения, съответстващи на 4H/4h напасване. Имайте предвид, че резба с R = 0,268 P се използва от редица американски авиационни фирми за силно натоварени болтове от титанови сплави.

Резба с профил IVa също имаше R = 0, ЗР, но връзката използва стандартна гайка с резба съгласно GOST 9150-81.

Резбата с V профил имаше R = 0,4 P - минималните хлабини за номиналния среден диаметър съответстваха на GOST 16093—81. Резбата на профилния шпилка Va имаше същия радиус, но с производство на ядки нишката е направена в съответствие с ГОСТ 9150-81.

Профил VI на резбата беше подобен на профил V, но в този случай нишката имаше плоско отсечен корен. Профил VII на резбовата гайка не се различава от профил V, а профилът на резбата на шпилката съвпада с профил II .

Производство на шипове и гайки за изследване

Фигура: 4. Връзки с ненатоварени (централни) нишки

Изработка на шипове е извършена от стомани 38KhA (σw = 1150 MPa), Z0KhGSA (σv = 1650 MPa) и титанова сплав VT9 (σw = 1150 MPa).

Термичната обработка на една партида шипове се извършва преди производството на конеца; шпилките на другата партида са подложени на топлинна обработка след производството на конеца. Термичната обработка във втория случай премахва остатъчните напрежения от механичната обработка.

Ядки направени изработена от стомана 45 (σw = 95 MPa) и титанова сплав VT9 (σw = 1150 MPa). Резбата на гайките се нарязва с кранове, размерите на резбата се контролират от десет тапи със среден диаметър от d2p = d2 - 0,005 mm до d2p = d2 + 0,105 mm. Гайки с минимални хлабини Δd.

Нишките на шпилките на една партида бяха нарязани на стругорез с винтове с фрези с плочи, изработени от твърди сплави T15K6 и VK6, заточени на оптична шлифовъчна машина. Профилът на резбата на шиповете се наблюдава с помощта на инструментален микроскоп. Конецът на шпилките на втората партида се навива на машина за валцуване на конци в постоянен режим. Размерите на резбите на шпилките бяха измерени с помощта на инструментален микроскоп. Тестовете бяха проведени на машина с резонансен тип с честота 90. 98 Hz. Резултатите от теста са показани на фиг. 3. и в табл. 3.

Забележка:
1. М10 резба, валцувана върху термично обработени детайли.
2. Данните за съединения, направени от сплав VT9 (σw = 1150 MPa), са дадени в скоби.

Място на унищожаване на шипа

Установено е, че разрушаването на резбовите връзки винаги е настъпило в кухината между първата и втората работеща резба на шиповете. Уморената пукнатина възниква по правило близо до началото на прехода от дъгата на долината на радиуса към прав участък, което показва значителна концентрация на напрежения от огъването на завоите.

Резултатите от проучванията на устойчивостта на умора на образци с ненатоварени работни ръбове на завоите (фиг. 4) потвърдиха заключението за преобладаващия ефект на концентрацията на огъващи напрежения върху концентрацията на опънни напрежения .

Границата на издръжливост на такива образци е 3 пъти по-висока, отколкото при резбовите връзки със същата геометрия на резбата.

С увеличаване на радиуса на корена на конеца концентрацията на напрежение намалява и здравината на съединенията се увеличава значително (виж фиг. 3).

Например, когато преминавате от нишка с плосък корен (профил II на фиг. 2) към нишка с R = 0,1 P (профил I) при dx = idem, границата на издръжливост се увеличава с 23%. В случай на преход от плоска депресия (профил VI) към резба с R = 0,4 P (профил V) при d1 = idem, амплитудата на ограничителния цикъл се увеличава 2,25 пъти.

Ефект на диаметралните хлабини върху устойчивостта на умора на крепежните елементи

Устойчивостта на умора на фугите с увеличени диаметрални хлабини в резбата е значително по-ниска от устойчивостта на умора на фуги с минимални хлабини, което се потвърждава и от данните за стоманени фуги 38X A.

Имайте предвид, че намаляването на припокриването на завоите (поради увеличаване на диаметъра на отвора в гайката под резбата) води до леко увеличение на σap. Това може да се обясни с увеличаване на гъвкавостта на завъртанията на болта и, като следствие, по-благоприятно разпределение на товара между резбите.

Влиянието на топлинната обработка на детайла преди валцуването на конеца върху крепежния елемент

Фигура: 5. Лимитно увеличение
издръжливост и пластмаса
деформации при търкаляне
нишка от радиус на корена

В случай на търкаляне на резба върху термично обработени детайли (без последваща термична обработка на шиповете) при R/P> 0,2, границата на издръжливост намалява. Това се дължи на намаляване на стойностите на компонентите на напреженията на натиск в резбата от валцуване или рязане. На фиг. 5 показва кривите на промяната в нарастването σap и степента на пластична деформация δ по време на валцуването на резбата, в зависимост от радиуса на кухината. Стойността на δ,%, може да бъде изчислена по формулата

където d1 е вътрешният диаметър на резбата; dc - диаметър на пръта на шпилката (болта) за търкаляне на резбата.

Фигура: 6. Криви на промени в микротвърдостта в депресиите
дърворезби

M10 шипове от стомана 38XA: 1— R = 0; 2 - R = 0,18 mm; 3 - R = 0,3 mm;

4 - R = 0,46 mm; 5 - R = 0,6 mm; 6 - R = 0,3 mm, след термична обработка

Кривата на промяна на микротвърдостта в нишките на резбите за шипове с различни радиуси има сходен характер (фиг. 6.).

Въпреки това, при напрежение преди затягане σ0 ≥ 0.5σy, напреженията на натиск, причинени от търкаляне, се компенсират най-вече от опънните напрежения от затягане.

По този начин при σ0 ≥ 0,5σt границата на издръжливост също се увеличава с увеличаване на съотношението R/P. Стойностите на σap при различни средни напрежения и радиуси на корена на резбата са дадени в таблица. 3.

Фигура: 7. Зависимост на носещата способност на крепежни елементи от
радиус на кухината:
1 - връзки с пропуски в резбата, съответстващи на
годни 6H/6G;
2 - същото с увеличени пропуски в резбата

Изпитване на якост на резбата на закопчалката

Наред с тестовете за умора бяха проведени тестове за якост, за да се оцени ефектът от радиуса на корена на завоите. Тествани бяха връзките на 39XA стоманени болтове и 45 стоманени гайки с резба M10. Резултатите от теста са показани на фиг. 7 (светлинните точки съответстват на разрушаването на нишките крепежни елементи, тъмно - счупване на пръчката по резбата) .

Анализът показва, че при R> 0, З Р якостта на опън на съединенията намалява (в по-голяма степен при малки резби).

Това се дължи на намаляване на припокриването на завоите и увеличаване на концентрацията на напрежение в най-натоварените участъци на завоите. Въпреки това, силата, която разрушава резбата в съединенията с R = 0, ЗР и Н = 0,8 d, практически не се различава от силата, която разрушава пръта на резбован шпилка съгласно GOST 9150-81. Силата на резбовите връзки с увеличени радиуси на корена може да се увеличи чрез увеличаване на височината на гайката до H = 1,2 d. При динамично натоварени съединения е препоръчително да увеличите радиуса на корена на резбата до R = 0,2P.

Конструктивен начин за увеличаване на радиуса на корена на резбата на закопчалката

Фигура: 8. Специален профил на закрепваща резба M10

Един от дизайнерските варианти на резбата с голям радиус на корена е показан на фиг. 8. Границата на издръжливост на въпросната резба, без да се намалява припокриването на завоите, е приблизително 2 пъти границата на издръжливост на конвенционална метрична резба.

Границата на издръжливост на въпросната нишка, без да се намалява припокриването на нишките, е приблизително 2 пъти границата на издръжливост на конвенционална метрична резба. Въпреки това, конец с такъв радиус на корена е трудно да се произведе, когато производство на крепежни елементи. При неговото производство е необходимо внимателно да се извършат преходите от закръгляването към права част. Простото увеличаване на радиуса е по-приемливо, въпреки че също изисква внимателно изпълнение на този преход.

Списък на литературата

Якушев А. И., Мустаев Р. Х., Мавлютов Р. Р. Повишаване на здравината и надеждността на резбовите връзки . - М .: Машиностроение, 1979. - 214 с.
Якушев А. И. Влияние на производствената технология и основните параметри на резбата върху якостта на резбовите връзки . - М .: Оборонгиз, 1956 г.
Sproat R. Z., Walker R. A. Радиусирани коренни нишки - по-добре ли са те // // Eng Eng. 1965. N 4.

С достъп до тази страница вие автоматично приемате Потребителското споразумение.

Фланци
- Фланци за яка
- Фланци плоски
- Фланци на съдове и апарати
- Фланцови тапи
Крепежни елементи
- Болтове
- Ядки
- Фиби
- Шайби
Преходи
Тройници
Заготовки
Уплътнения
- Стоманени уплътнения
- Щори

Ще изработим фланцови отливки, заготовки от стомана 09G2S, стомана 20, St 08X18H10T, 15X5M