Биргер - Резьбовые и фланцевые соединения

ПРЕДИСЛОВИЕ

Резьбовые и фланцевые соединения часто являются ответственными узлами, определяющими прочность и надежность всей конструкции (стяжные болты роторов турбомашин, силовые шпильки и шатунные болты поршневых машин, фланцевые  соединения сосудов высокого давления и др.). Для повышения  надежности резьбовых и фланцевых соединений необходимо применять современные методы проектирования, основанные на широком использовании ЭВМ. Это позволит при проектировании учесть распределение усилий, выяснить запасы прочности, создать  надежную конструкцию.

В книге отражены проблемы проектирования резьбовых и  фланцевых соединений с учетом конструктивных и технологических факторов, влияющих на их прочность и надежность. Подробно рассмотрено определение сил, действующих на резьбовые  соединения.

Классическая задача о распределении нагрузки по виткам резьбы изложена достаточно подробно для широкого класса соединений, включая резьбовые соединения оболочек, шарико-винтовые механизмы и др. Новые результаты, которые приведены в разделах, посвященных оценке концентрации напряжений в резьбе, можно использовать для прогнозирования  долговечности резьбовых соединений. Большое внимание уделено  экспериментальным результатам исследования несущей способности резьбовых соединений при действии статических и переменных нагрузок. Они дают достаточно полное представление о влиянии конструктивных и технологических факторов, материала,  покрытий, точности изготовления, рабочей температуры на  работоспособность резьбовых соединений. Даны сведения, необходимые для оценки эксплуатационной надежности соединений (затяжка, свинчиваемость, заедание и др.).

В книге описаны методы и даны примеры расчета соединений с контактирующими и неконтактирующими (разделенными  уплотняющей прокладкой) фланцами.

Уже при подготовке рукописи к сдаче в набор оборвалась жизнь доктора технических наук профессора Геннадия  Борисовича Иосилевича. Ушел из жизни выдающийся ученый, талантливый инженер, доброжелательный и обаятельный человек. Г. Б. Иосилевич родился в 1938 г. в г. Уфе. Там же он  закончил школу и Уфимский авиационный институт. В 1965 г. защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук, в 1972 г. — докторскую диссертацию. Обе диссертации, посвященные резьбовым соединениям, получили широкое признание в нашей стране и за рубежом. В 1973 г. вышла монография по резьбовым соединениям, в 1979 г. новое издание книги «Расчет на прочность деталей машин», одним из авторов которой был Г. Б. Иосилевич.

В 1981 г. увидела свет монография Г. Б. Иосилевича  «Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин», в 1988 г. издан его замечательный учебник для вузов «Детали машин». Для научного творчества Г. Б. Иосилевича было характерно сочетание высокого научного уровня с инженерной  направленностью и конкретностью результатов.

Если за недостатки предлагаемой книги должен взять на себя ответственность автор этих строк, то все ее достоинства  принадлежат Геннадию Борисовичу Иосилевичу.

Я. Л. Биргер

Глава 1

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЗЬБЕ И СОЕДИНЕНИЯХ

1.1. Резьба и ее элементы

Резьбовыми называют соединения деталей с помощью резьбы — чередующихся выступов и впадин на поверхности тел вращения, расположенных по винтовой линии. Различают конические и цилиндрические резьбовые соединения. Цилиндрические в свою очередь подразделяют на соединения крепежными и специальными резьбами.

К крепежным резьбам относят крупную и мелкие метрические резьбы по ГОСТ 9150—81, а также резьбы со спиральными  вставками; к специальным — трубную, прямоугольную, упорную,  круглую, трапецеидальную и др.

Деталь с внутренней резьбой называют гайкой, с наружной — болтом (винтом, шпилькой). Профиль резьбы — это контур сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось резьбовой детали. ГОСТ 9150—81 и ГОСТ 8724—81 устанавливают единый номинальный профиль для цилиндрических метрических резьб диаметром до 600 мм, включая резьбы диаметром менее 1 мм. Номинальный профиль резьбы и его элементы показаны на рис. 1.1, а. Впадина  наружной резьбы (рис. 1.1, б) может быть плоскосрезанной или  закругленной: Rmах == 0,144Р, Rmin = 0,108Р, где R — радиус впадины; Р — шаг резьбы.

Резьбы определяются следующими основными параметрами: наружным, средним и внутренним диаметрами; шагом; углом профиля; углом наклона сторон профиля.

Наружный диаметр резьбы d (см. рис. 1.1, а) —диаметр  цилиндра, описанного относительно вершин наружной резьбы (или впадин внутренней резьбы).

Внутренний диаметр d — диаметр цилиндра, вписанного в вершины внутренней резьбы (или впадины наружной резьбы). Номинальные значения d и di для наружной и внутренней резьбы одинаковые.

Средний диаметр d — диаметр воображаемого цилиндра, поверхность которого пересекает витки резьбы таким образом, что ширина витков и ширина впадин равны.

Шаг резьбы Р — расстояние между параллельными сторонами двух рядом лежащих витков, измеренное вдоль оси.

Гайка ГОСТ 8724—81 устанавливает диаметры в диапазоне 0,25 ... 600 мм и шаги 0,075 ... 6 мм. Метрические резьбы могут иметь крупный шаг (при диаметрах 0,25 ... 68 мм) и мелкий шаг (при диаметрах 1 ... 600 мм).

Угол профиля а — угол между боковыми сторонами профиля, измеренный в осевой плоскости. Угол наклона сторон профиля Р — угол между стороной профиля и перпендикуляром к оси резьбы. Для резьб с симметричным профилем р = 0,5а. Для резьб с асимметричным профилем, например для упорной или конической, угол наклона каждой стороны определяется  независимо.

Высота исходного треугольника Н — высота остроугольного профиля, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения. Рабочая высота профиля Н — высота плоскосрезанного теоретического профиля, равная полуразности наружного и внутреннего диаметров. Для метрических резьб Н = 0,866025Р, Нг = 0,54126Р.

В действительности высота соприкосновения меньше, так как система допусков предусматривает определенные зазоры,  например, по внутренним диаметрам резьбы гайки и болта.

Рабочая высота витка Н — наибольшая высота  соприкосновения; наименьшая выеота соприкосновения обозначается Н  mm.

Для резьбы с плоскосрезанным профилем определяют наибольшее и наименьшее перекрытие витков резьбы и гайки.

Урол подъема резьбы (винтовой линии) Для многозаходных резьб в числитель этой формулы следует подставлять вместо Р произведение п^Р, где п — число заходов.

Длина свинчивания / (высота гайки Н) — длина (высота) соприкосновения поверхностей болта и гайки, измеренная вдоль оси.