Site icon Евразийский Союз Ученых — публикация научных статей в ежемесячном научном журнале

Исследование прочностных характеристик резьбовых соединений

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:

Соединение выполняется легко и быстро даже без предварительного обучения.

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

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

Резьбовые соединения выдерживают самые высокие нагрузки.

Недостатки резьбовых соединений:

Резьбовые соединения классифицируют по двум основным видам:

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:

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].[schema type=»book» name=»Исследование прочностных характеристик резьбовых соединений» description=»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.» author=»Валиуллина Алиня Айдаровна, Каратаев Оскар Робиндарович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-25″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_31.10.15_10(19)» ebook=»yes» ]

404: Not Found404: Not Found