УДК 621.01; 621.81; 621.88

КОМПЛЕКСНОЕ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Воячек Игорь Иванович1, Кочетков Денис Викторович2, Фадеев Никита Александрович3
1Пензенский государственный университет, доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения»
2Пензенский государственный университет, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теоретическая и прикладная механика и графика»
3Пензенский государственный университет, магистрант

Аннотация
В статье представлены результаты комплексного конструкторско-технологического повышения эксплуатационных характеристик резьбовых соединений. Установлено, что применение конструкции гайки с кольцевой выточкой и технологии сборки резьбового соединения с использованием анаэробных материалов обеспечивает более равномерное распределение нагрузки между витками и существенное увеличение прочности резьбовых соединений.

Ключевые слова: , , , , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Воячек И.И., Кочетков Д.В., Фадеев Н.А. Комплексное конструкторско-технологическое повышение эксплуатационных характеристик резьбовых соединений // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/05/82588 (дата обращения: 02.06.2017).

Взаимосвязь конструкторской и технологической подготовки производства приводит к тому, что повышение эффективности технологического обеспечения невозможно без оптимального конструирования и наоборот, то есть необходимо осуществлять комплексное конструкторско-технологическое проектирование соединений.

В настоящее время установлены факторы, влияющие на эксплуатационные свойства резьбовых соединений (РС), и разработан целый ряд конструкторских и технологических способов повышения функциональной надежности РС.
Существенное влияние на эксплуатационные характеристики РС оказывают схема нагружения соединения, равномерность распределения нагрузки по виткам, уровень концентрации местных напряжений, усилие затяжки, технология и точность изготовления резьбовых деталей, наличие и вид покрытий, и другие факторы.
Теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструкции специальных гаек, выравнивающих распределение нагрузки в резьбе, за счет управления податливостью деталей и витков резьбы (рисунок 1) [1]. Однако в литературе не приводятся численные данные о равномерности распределения нагрузки по виткам резьбы для данных соединений.

 а)                             б)                         в)

а) висячая гайка; б) гайка с кольцевой выточкой;
в) гайка со срезанными вершинами нижних витков резьбы
Рисунок 1. Конструкции гаек выравнивающих нагрузки в резьбе

В то же время, разработаны эффективные технологические методы обеспечения эксплуатационных свойств РС, среди которых наиболее перспективным является управление контактным взаимодействием сопрягаемых деталей, например, за счет введения в зону контакта анаэробных материалов (АМ), что, как показывают проведенные исследования, позволяет комплексным образом обеспечить качество РС без существенного увеличения затрат. Установлено, что применение АМ позволяет обеспечить более равномерное распределение и уменьшение нагрузки на витки в резьбовом соединении [2–6].
В настоящей работе, методом конечных элементов, исследуется комплексное влияние конструкции гайки с кольцевой выточкой (рисунок 1,б) и технологии сборки с применением АМ на распределение нагрузки между витками резьбы, и упрочнение РС.
На рисунке 2 представлены расчетные модели РС с гайкой, имеющей кольцевую выточку и без нее.


а) РС с гайкой, имеющей кольцевую выточку

б) РС с гайкой без кольцевой выточки
Рисунок 2. Расчетные модели резьбовых соединений

Расчет проводился при следующих исходных данных: резьбовое соединение – М10 – 6H/6g (средний зазор посадки по среднему диаметру – ); наружный, внутренний и средний диаметры резьбы – ; шаг резьбы – ; угол профиля резьбы – ; материал болта – сталь 45Х () и гайки – сталь 35Х ().
К РС прикладывалась внешняя нагрузка . Коэффициент трения () в зоне контакта резьбовых деталей задавался:  – при сборке с АМ,  – при сборке без АМ. Глубина кольцевой выточки на гайке изменялась от 1,5 до 3 мм, при общей высоте гайки 8,5 мм.
Результаты расчета представлены на рисунке 3, где показана доля нагрузки, приходящаяся на каждый виток .


1 – гайка без кольцевой выточки и РС, собранное без АМ ();
2 – гайка без кольцевой выточки и РС, собранное с АМ ();
3 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 1,5 мм) и РС, собранное без АМ ();
4 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 3 мм) и РС,
собранное без АМ ();
5 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 1,5 мм) и РС, собранное с АМ ();
6 – гайка с кольцевой выточкой (глубина выточки 3 мм) и РС,
собранное с АМ ()
Рисунок 3. Распределение нагрузки по виткам резьбы

Результаты расчета (рисунок 3) показывают, что нагрузка на первый виток в РС, собранном с применением АМ, уменьшается на 36,23% (кривая 1 и кривая 2). При использовании гайки с кольцевой выточкой нагрузка на первый виток уменьшается на 55,61% (глубина выточки 1,5 мм) (кривая 1 и кривая 3) и на 52,42% (глубина выточки 3 мм) (кривая 1 и кривая 4).
При одновременном применении для выравнивания нагрузки гайки с кольцевой выточкой и АМ, нагрузка на первый виток уменьшается на 71,8% (гайка с кольцевой выточкой 1,5 мм и РС, собранное с АМ) (кривая 1 и кривая 5) и на 68,4% (гайка с кольцевой выточкой 3 мм и РС, собранное с АМ) (кривая 1 и кривая 6). Кроме того, часть эксплуатационной нагрузки воспринимается АМ, находящимся в пустотах зоны контакта (до 40%), что дополнительно разгружает витки РС.
Таким образом, сборка РС с применением АМ и с гайкой, имеющей кольцевую выточку, обеспечивает более равномерное распределение и одновременное уменьшение нагрузки на витки, что приводит к существенному увеличению прочности РС. Данный комплексный эффект необходимо учитывать при конструкторско-технологическом проектировании, создавая оптимальные и надежные резьбовые соединения.


Библиографический список
  1. Биргер И.А. и др. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1993. – 640 с.: ил.
  2. Воячек И.И., Кочетков Д.В. Влияние анаэробных материалов на распределение нагрузки в резьбовом соединении // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2010. – № 6. – С. 34–40.
  3. Воячек И.И., Кочетков Д.В. Повышение функциональных характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами // Сборка в машиностроении, приборостроении. – 2009. – № 6. – С. 37–40.
  4. Воячек И.И., Кочетков Д.В., Пшеничный О.Ф. Распределение нагрузки в резьбовом соединении типа стяжки при сборке с анаэробными материалами // Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/CAE/PDM : сборник статей X Международной научно-практической конференции. – Пенза: Приволжский Дом знаний, 2016. – С. 8–13.
  5. Воячек И.И., Артемов И.И., Кочетков Д.В., Воячек Л.Г., Тразанов А.В. Способ получения резьбового соединения. Патент на изобретение, № 2413099 РФ; зарег. 27.02.11.
  6. Воячек И.И., Кочетков Д.В. Методика и результаты экспериментальных исследований жесткости резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. – 2015. – № 1 (13). – С. 119–125.


Все статьи автора «Кочетков Денис Викторович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: