CC BY
22
УДК 621.81
ИССЛЕДОВАНИЕ ЖЕСТКОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СБОРКЕ С АНАЭРОБНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Д. В. Кочетков, И. И. Воячек
STUDY OF STIFFNESS FASTENER AT ASSEMBLY WITH ANAEROBIC MATERIALS
D. V. Kochetkov, I.I. Voyachek
Аннотация. В статье приводятся результаты исследования жесткости резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами. Установлено, что при такой сборке суммарные перемещения витков резьбы болта и гайки (при постоянной нагрузке) уменьшаются.
Ключевые слова: анаэробные материалы, резьбовые соединения, жесткость, болт, гайка.
Abstract. The paper presents results of a study rigidity when assembling threaded connections with anaerobic materials. Found that building materials with anaerobic total movement of the threads and screw the nut (at constant load) decrease.
Key words: anaerobic materials, fittings, rigidity, bolt, nut.
Жесткость резьбовых соединений (РС) является одной из важнейших характеристик соединений, которая влияет на перемещения фиксируемых деталей, прочность и долговечность соединений, особенно при действии динамических нагрузок. Анаэробный материал (АМ), находящийся в пустотах зоны контакта резьбовых деталей, позволяет рассматривать РС как композит, состоящий из слоев металла и прослоек из АМ, причем деформирование АМ затруднено, так как он находится в замкнутом пространстве. Через АМ передается нагрузка от одних витков резьбы на другие, т.е. нагрузку в данном случае будут воспринимать все витки практически одновременно, чего не происходит в РС, собранном без АМ [1, 2, 3].
В работе исследуется влияние АМ, находящегося в пустотах зоны контакта резьбовых деталей, на жесткость РС.
Контактная деформация витков болта и гайки определяется деформацией неровностей, относящихся к шероховатости и волнистости поверхностей, а также деформацией, зависящей от отклонений формы и расположения витков резьбы, в частности погрешности угла профиля резьбы и накопленной погрешности шага. Поэтому общая контактная деформация в зоне контакта витков гайки и болта определяется при геометрическом суммировании по формуле
8к = + SW + 8а + 8Рп , (1)
где Ък - деформация неровностей, относящихся к шероховатости поверхностей; SW - деформация неровностей, относящихся к волнистости поверхно-
стей; 8а - деформация, связанная с погрешностью угла профиля резьбы;
8р - деформация, связанная с накопленной погрешностью шага.
Общие контактные деформации связаны нелинейной зависимостью с контактным давлением р на боковые поверхности витков [4]:
Для определения коэффициентов к и т в соотношении (2) требуются дополнительные объемные исследования.
Следовательно, общую деформацию в зоне резьбового контакта можно определить по формуле
где 81 [z) и 82 [z) - суммы вертикальных составляющих перемещений витков болта и гайки в результате деформаций изгиба и сдвига витков и вследствие радиальной деформации болта и гайки как толстостенных труб [1, 2, 3]; £8в [z) - суммарная собственная деформация витков резьбы болта и гайки.
С учетом (1) можно предположить, что контактная деформация 8к будет превышать собственную деформацию витков Е8в [z) не в 2-4 раза [4]
(как при учете только шероховатости), а в 6-10 раз.
То, что контактные деформации в РС при сборке без АМ составляют значительную величину, подтверждается проведенным экспериментом [3, 5]. Причем результаты эксперимента также подтверждают, что контактные деформации при сборке с АМ незначительны (уменьшаются на порядок). Это связано с тем, что АМ заполняет микропустоты в зоне контакта витков болта и гайки и после полимеризации препятствует деформации неровностей при приложении нагрузки.
Ниже приведены результаты исследования жесткости РС, связанной с собственной деформацией витков, при сборке с АМ и без него. Усилие, действующее на соединение, принимается постоянным (F = const), и жесткость в этом случае определяется величиной перемещений в резьбовом соединении.
Перемещения витков резьбы болта 81 [z) и гайки 82 [z), а также суммарные перемещения витков Е8в [z) в резьбовых соединениях типа болт-
гайка определялись по следующим зависимостям [1, 2, 3]: - для РС, собранных без АМ:
- для РС, собранных с АМ, заполняющим пустоты резьбового контакта
8к [z ) = kpm [z).
(2)
Д = 8 [z) + 82 [z) + 8к [z) = Е8в [z) + 8к [z),
F,P
F P
Л 2";
Суммарные перемещения определялись по общей зависимости
Е5В (г ) = 8 (г ) + 82 (г).
На рис. 1, 2 и 3 представлены графики перемещений витков резьбы болта и гайки, а также их суммарные перемещения в соединении типа болт-гайка.
(¿), мкм
1,5
31 (г), мкм
1,5
0,5
з \
3 -1 номер витка
а)
4
1 2 3 4 5 6 номер витка
б)
Рис. 1. Перемещения витков резьбы болта 81 (г) в соединении типа болт-гайка: а - при среднем зазоре посадки = 0,167 мм ; б - при максимальном зазоре посадки ¿тГх = 0,306 мм ; 1 - 5! (г) при / = 0 ; 2 - 5! (г) при / = 0,1; 3 - 5! (г) при / = 0,4; 4 - 81 (г) при / = 0,4 (при заполнении АМ зазора в зоне контакта)
3 4 номер витка
б)
Рис. 2. Перемещения витков резьбы гайки 82 (г) в соединении типа болт-гайка: а - при среднем зазоре посадки = 0,167 мм ; б - при максимальном зазоре посадки = 0,306 мм ; 1 - 82 (г) при / = 0 ; 2 - 82 (г) при / = 0,1; 3 - 82 (г) при / = 0,4; 4 - 82 (г) при / = 0,4 (при заполнении АМ зазора в зоне контакта)
Расчет проводился при следующих исходных данных: резьбовое соединение типа болт-гайка М10 - 6H/6g; ё = В = 10 мм; ё1 = Д = 8,647 мм ; ё2 = В2 = 9,188мм ; В0 = 17мм ; Р = 1,25мм; а = 60° ; материал болта - сталь 45Х (Е1 = 2,06 -105 МПа, = 0,32), материал гайки - сталь 35Х (Е2 = 2,14-105 МПа, ц2 = 0,29); анаэробный материал марки - НМ162
( Еам = 2,62 -103 МПа). К резьбовому соединению прикладывалась внешняя нагрузка ^ = 10 кН.
(¿), мкм
А
зЧ ч>
4^ 4
-—■— —■
3 4 номер витка
а)
3 4 номер витка
б)
Рис. 3. Суммарные перемещения витков резьбы болта и гайки Е8в (г) в соединении типа болт-гайка: а - при среднем зазоре посадки = 0,167 мм ; б - при максимальном зазоре посадки = 0,306 мм ; 1 - Е8в (г) при / = 0 ; 2 - £8в (г) при / = 0,1; 3 - £8в (г) при / = 0,4; 4 - £8в (г) при / = 0,4 (при заполнении АМ зазора в зоне контакта)
Анализ графиков (см. рис. 1, 2 и 3) показывает, что при увеличении коэффициента трения в соединении типа болт-гайка перемещения в резьбовом контакте уменьшаются. В частности, суммарные перемещения витков £8в (г)
резьбы болта и гайки при увеличении коэффициента трения с / = 0,1 (кривые 2)
г»Иос ср
до f = 0,4 (кривые 3) на первом витке уменьшаются на 19,4 % при S^^ и на
17 % при 51пах, что объясняется повышением жесткости резьбового контакта.
При полном заполнении АМ резьбового зазора в зоне контакта болта и гайки (см. рис. 3) суммарные перемещения на первом витке £8в (г) (кривые 4)
будут уменьшаться на 39,3 % при ¿¿р^ и на 32,4 % при ЗПХ (по сравнению со значением Е5в (г) при / = 0,1), так как жесткость резьбового участка при
наличии полимеризованного АМ будет существенно увеличиваться.
Таким образом, исследование жесткости РС показало, что при сборке с АМ суммарные перемещения витков резьбы болта и гайки (при постоянной нагрузке) уменьшились. Однако на увеличение жесткости РС при сборке с АМ в значительно большей степени будет влиять существенное уменьшение (в 6-10 раз) контактных деформаций, связанных с наличием шероховатости, волнистости, отклонением формы и расположения резьбовых поверхностей (погрешность угла профиля резьбы, накопленная погрешность шага и др.). Это объясняется наличием в пустотах зоны контакта АМ, препятствующего деформации неровностей.
Список литературы
1. Воячек, И. И. Повышение функциональных характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2009. - № 6. - С. 37-40.
2. Воячек, И. И. Влияние анаэробных материалов на распределение нагрузки в резьбовом соединении / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2010. - № 6. - С. 34-40.
3. Кочетков, Д. В. Технологическое обеспечение прочности и жесткости резьбовых соединений при сборке с применением анаэробных материалов : дис. ... канд. техн. наук / Кочетков Д. В. - Пенза, 2010. - 210 с.
4. Биргер, И. А. Резьбовые и фланцевые соединения / И. А. Биргер, Г. Б. Иосилевич. -М. : Машиностроение, 1990. - 368 с.
5. Кочетков, Д. В. Экспериментальные исследования характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / Д. В. Кочетков, И. И. Воячек // Испытания-2011 : сб. материалов науч.-техн. конф. в рамках Всерос. науч. школы «Методики, техника и аппаратура внутренних и внешних испытаний» (г. Пенза, 3-7 октября 2011 г.) / под ред. проф. Т. И. Мурашкиной. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2011. - С. 31-36.
Кочетков Денис Викторович
кандидат технических наук, доцент, кафедра теоретической и прикладной механики, Пензенский государственный университет E-mail: denis.kochetkov80@yandex.ru Воячек Игорь Иванович
Kochetkov Denis Viktorovich candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of theoretical and applied mechanics, Penza State University Voyachek Igor Ivanovich
доктор технических наук, профессор, кафедра технологии машиностроения, Пензенский государственный университет E-mail: voyachek@list.ru
doctor of technical sciences, professor, sub-department of mechanical engineering, Penza State University
УДК 621.81 Кочетков, Д. В.
Исследование жесткости резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / Д. В. Кочетков, И. И. Воячек // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2013. - № 4 (8). - С. 172-178.
