31 Окт

Исследование прочностных характеристик резьбовых соединений




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Резьбовое соединение является одной из разновидностей крепежа. Тяжело представить себе, на каком этапе технологического прогресса находилось бы на данный момент человечество, если бы не был придуман этот вид соединения. К счастью, в период эпохи Ренессанса была изобретена резьба, которая заключается в нанесении на металлическую поверхность выступов. Существует мнение, что подобные элементы были известны еще во времена Римской империи. Из-за своей большой стоимости они не получили широкого распространения и использовались исключительно в ювелирных изделиях, медицинских инструментах, а также дорогостоящих деталях.

Можно с уверенностью утверждать, что в XV столетии миру были представлены первые резьбовые детали – болты. Они использовались как части часовых механизмов, скрепляя их детали. Изготовители воинских доспехов в своей работе также применяли резьбу – упоминания об этом имеются в литературе тех времен. Первый печатный станок известного немецкого изобретателя Иоганна Гуттенберга, благодаря которому мы и по сей день имеем возможность наслаждаться печатным словом, имел резьбовые соединения. Записки Леонардо да Винчи – культового итальянского художника и ученого – содержат незавершенные проекты винторезных станков. Первое подобное устройство было изобретено французом Ж. Бессоном.

Элементы, оснащенные внутренней резьбой, возникли только через два столетия. Изначально резьба была дюймовой и лишь в начале XIX века во Франции возникла метрическая. Первые гайки изготовлялись ручным способом, они характеризовались плохой обработкой и низким качеством. Постепенно детали начали применяться в разных областях техники, их форма и размер постоянно совершенствовались. Также менялся материал, предназначенный для изготовления данных деталей. Со временем появились гайки с отверстием в форме квадрата, шести- и восьмиугольника, а также элементы, напоминающие колпачок и коронку.

Начало промышленной революции в XVIII веке дало толчок старту широкого производства гаек и болтов.  Изготовители первых машин были осведомлены о том, что подобное соединение помогает усовершенствовать сложную конструкцию механизмов, облегчает их сборку, а также существенно повышает прочность устройств. Множество известных изобретений тех времен было сконструировано с применением резьбовых крепежных элементов. Среди них – машины, предназначенные для пряжи и очистки хлопка.

На сегодняшний день трудно найти технологическую сферу, в которой бы не применялись резьбовые детали. Они не теряют свою популярность из-за легкости, универсальности и надежности в эксплуатации. Вплоть до XXI столетия считалось, что резьба вместе с колесом и зубчатой передачей является изобретением исключительно человека, и не существует ничего подобного в природе. Это утверждение было подвергнуто сомнению немецкими учеными из Технологического института, расположенного в Карлсруэ. В 2011 году они разместили статью в популярном и весьма авторитетном академическом издании Science. Речь шла о строении суставов жуков семейства слоников, которые обитают на острове Новая Гвинея. Лапы животных соединены с телом при помощи вертлужного кольца, которое крепится к тазику (аналогу тазобедренного сустава у млекопитающих). На самом кольце находятся выступы, которые по форме напоминают конический винт. Тазик также имеет «резьбовую» выемку. Подобный тип соединения способствует более прочному креплению конечностей и гарантирует насекомому устойчивость при перемещении в пространстве.

 Сложно представить современный технологический мир без использования резьбовых соединений. Сегодня это самый распространенный тип соединения металлических, да и не только, деталей. Болт и гайку можно встретить везде. Начиная от детского конструктора и заканчивая космическими летательными аппаратами.

Раньше считалось, что резьбовые соединения исключительно продукт умственной деятельности человека. Но, как это часто бывает, мнение человека о своих способностях оказалось преувеличенным. Природа применила резьбовые соединения значительно раньше. По информации группы немецких ученых из Карлсруэ, соединение лап с телом у жучков-долгоносиков, обитающих на Новой Гвинее, полностью идентично металлической резьбе. Такие же конические выступы и впадины.

Упоминания о использовании соединений на резьбе идут еще с Древнего Рима. Правда, в то время они были достаточно дорогостоящие и использовались только в медицинских инструментах, украшениях и других дорогостоящих изделиях. Но полноценное резьбовое соединение, включающее цилиндр как с наружной резьбой (болт), так и с внутренней (гайка), появилось только в начале семнадцатого столетия. Первоначально резьба была только дюймовой. И только с девятнадцатого века французскими инженерами был введен в обиход метрический шаг.

При большем количестве преимуществ, резьбовые соединения также имеют и недостатки.

К преимуществам резьбовых соединений, в первую очередь, относятся:

  • высокая технологичность

Соединение выполняется легко и быстро даже без предварительного обучения.

  • взаимозаменяемость

Детали креплений (болты, гайки, шпильки) всегда можно заменить новыми.

  • универсальность применения

С помощью болта и гайки возможно соединение самых различных деталей. Вне зависимости от размеров, материала изготовления, назначения.

  • высокая надежность соединения

Резьбовые соединения выдерживают самые высокие нагрузки.

Недостатки резьбовых соединений:

  • концентрируют напряжения в отверстиях под соединения
  • возможность самоотвинчивания под воздействием переменных нагрузок
  • необходимость в использовании дополнительных материалов для герметизации

Резьбовые соединения классифицируют по двум основным видам:

  • непосредственное свинчивание деталей. Резьба накручена непосредственно на самих деталях.
  • соединение деталей с помощью дополнительных крепежных элементов, основными из которых являются болт, шпилька и гайка.

При использовании резьбовых соединений в различных отраслях широко применяются дополнительные материалы, улучшающие их характеристики.

В инженерных системах (отопление, водоснабжение) используются материалы для герметизации: пакля, Унипак, тефлоновая лента, утеснительная нить.

В машиностроении большее применение нашли материалы, предотвращающие самопроизвольное отвинчивание: самоконтрящиеся гайки, шайбы Гровера, шплинты, клея для фиксации.

Область применения резьбовых соединений.

Метрическая резьба получила широкое распространение как основная крепежная связь в странах СНГ. Она используется для сбора постоянных и временных металлоконструкций, в машино и приборостроении, возведении инженерных коммуникаций. В сантехнической сфере метрическая резьба также имеет неоценимое значение: многочисленные фитинги для труб имеют именно резьбовое соединение с метрическими параметрами.
Резьбовые детали в виде винтов, болтов и шпилек с гайками применяют для крепежа – соединения нескольких деталей в одно целое. Роль гайки может выполнять корпусная деталь.

Примеры соединений с помощью резьбовых деталей:

  • соединение в одно целое отдельных секций мостов, подъемных кранов;
  • соединение нескольких сборочных единиц(редуктора и фланцевого электродвигателя; картера, блока цилиндров и головки блока в двигателе внутреннего сгорания; колеса с полуосью автомобиля);
  • соединение деталей(крышки и основания корпуса редуктора; крышек подшипников с корпусом коробки передач); крепление узлов и деталей на основании (редуктора на плите; плиты к полу цеха; резца в суппорте токарного станка).

Конические резьбы  обеспечивают требуемую плотность (непроницаемость) соединения без каких-либо уплотнений — за счет радиального натяга. Их применяют для соединительной трубной арматуры, пробок, заглушек, штуцеров гидравлических систем, пресс-масленок.

Список литературы:         

1.   Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения.-М.: Машиностроение, 1973[.-256с].

2.  Заиров И.У. Исследование процесса сборки резьбовых соединений с применением самовыдавливающих витков.-Изв.вузов. Машиностроение, 1967, [№ 12, с.198].

Исследование прочностных характеристик резьбовых соединений
Рассмотрены виды резьбового соединения. Приведены примеры из истории, примеры соединений с помощью резьбовых деталей. Преимущества и недостатки резьбовых соединений. Использование резьбовых соединений в различных отраслях. Область применения резьбовых соединений.
Written by: Валиуллина Алиня Айдаровна, Каратаев Оскар Робиндарович
Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
Date Published: 01/25/2017
Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)
Available in: Ebook