Экспериментальные исследования статической прочности резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами

УДК 621.81

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СБОРКЕ С АНАЭРОБНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

И. И. Воячек, Д. В. Кочетков

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF STATIC STRENGTH THREADED CONNECTIONS ON ASSEMBLY WITH ANAEROBIC MATERIALS

1.1. Voyachek, D. V. Kochetkov

Аннотация. В статье представлены методика и анализ результатов экспериментальных исследований статической прочности резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами. Проведенные экспериментальные исследования доказывают, что статическая прочность резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами существенно увеличивается по сравнению с резьбовыми соединениями, собранными без применения анаэробных материалов. Причем эффект от применения анаэробных материалов тем больше, чем выше прочностные характеристики анаэробных материалов.

Ключевые слова: резьбовое соединение, болт, гайка, анаэробный материал, статическая прочность.

Abstract. The paper presents the methodology and analysis of experimental results of static strength of threaded connections during assembly with anaerobic materials. The experimental results show that the static strength of threaded connections during assembly with anaerobic materials significantly increased compared with threaded connections, assembled without the use of anaerobic materials. And the effect of the anaerobic materials of the greater, the higher the strength characteristics of the anaerobic materials.

Key words: fitting, bolt, nut, anaerobic material, static strength.

Снижение ресурсоемкости производства на основе внедрения новых эффективных технологий является главной проблемой современного машиностроения.

Резьбовые соединения (РС) являются самыми распространенными среди неподвижных соединений деталей. К ним предъявляются такие эксплуатационные требования, как прочность (статическая и динамическая), жесткость, герметичность, фреттингостойкость, коррозионная стойкость, сопротивление самоотвинчиванию. Однако в ряде случаев для обеспечения заданных характеристик РС используются дополнительные крепления, стопорные и разгрузочные элементы, увеличиваются диаметр и длина соединения, применяются ресурсоемкие технологические операции и многое другое, что приводит к существенному повышению себестоимости узлов машин. Кроме того, для комплексного обеспечения характеристик РС часто необходима совокупность конструкторских и технологических решений, что нерационально [1].

В последнее время разрабатываются конструкторские и технологические методы, позволяющие более рационально обеспечить характеристики РС. Среди них весьма эффективной является технология сборки РС с приме-

нением анаэробных материалов (АМ), которые полимеризуются в зоне контакта деталей при отсутствии кислорода воздуха. В ряде исследований доказано, что АМ обеспечивают герметичность, коррозионную стойкость и стопоре-ние РС, что подтверждается проспектами фирм, производящих АМ [2-4].

В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами, а именно результаты экспериментальных исследований статической прочности РС при сборке с АМ [4].

При проведении экспериментальных исследований использовались стандартные и поверенные средства измерения и оборудование. Образцы резьбовых деталей, предназначенные для экспериментальных исследований, измерялись на инструментальном микроскопе типа ММИ-2. При этом контролировались действительные значения их диаметров, погрешности шага и угла профиля резьбы.

Определение усилия среза витков резьбы проводилось на испытательной машине Р-5 (рис. 1). Данная испытательная машина применяется для испытаний на растяжение и сжатие при возрастающих нагрузках.

По результатам анализа свойств и характеристик АМ различных марок и фирм производителей для резьбовых соединений были выбраны следующие АМ для проведения экспериментальных исследований: НМ162, НМ165, А131 фирмы «РегтаЬопй» и Анатерм-106АБ, Анатерм-112 ФГУП «НИИ Полимеров».

Экспериментальные исследования статической прочности проводились на резьбовых соединениях М8 - 6H/6g, номинальные значения геометрических характеристик резьбового соединения по ГОСТ 16093-2004 (наружный диаметр й = В = 8 мм; внутренний диаметр йх = Вх = 6,647 мм; средний диаметр й2 = В2 = 7,188 мм; шаг резьбы Р = 1,25 мм; угол профиля резьбы

Рис. 1. Общий вид испытательной машины Р-5

а = 60 град; высота гайки НГ = 6,5 мм; шероховатость сопрягаемых поверхностей Яа = 1,6 мкм ), физико-механические свойства материалов болта -сталь 35Х (класс прочности болта - 8.8) и гайки - сталь 35Х (модуль упругости Е = 2,14-105 МПа; коэффициент Пуассона ц = 0,29; предел прочности аВ = 800 МПа; предел текучести аТ = 640 МПа; покрытие - цинк).

На рис. 2 представлен общий вид образцов резьбовых деталей, на которых проводились экспериментальные исследования статической прочности РС.

Рис. 2. Общий вид экспериментальных образцов резьбовых деталей при исследовании статической прочности резьбовых соединений

Для проведения экспериментальных исследований было отобрано 20 образцов резьбовых деталей (болтов и гаек). В табл. 1 представлены результаты измерения действительных значений параметров резьбы М8 - 6g. Диапазон варьирования высоты гаек составлял ±0,1 мм .

Таблица 1

Измерение действительных значений параметров резьбы М8 - 6g

Болт й, мм й1, мм й2, мм й, мм ДРп АР5 г тах

М8 7,78... 7,86 6,55. 6,62 7,06. 7,12 20'...1° 0,010. 0,025 0,005. 0,010

Примечания: й, мм - погрешность половины угла профиля резьбы; ДРп - накопленная погрешность шага на п шагах (п = 6); Ар тах - максимальная погрешность шага.

При экспериментальных исследованиях ставилась задача по определению и сравнению статической прочности РС, собираемых как с анаэробным материалом, так и без него. Определялось усилие среза витков резьбы.

Собиралось четыре группы РС по пять образцов в каждой группе. Ис-пытывались соединения без АМ и с АМ разных марок фирм РегтаЬопй и ФГУП «НИИ Полимеров» с различной сдвиговой прочностью: А131 -

%АМ = 6 МПа, НМ165 - %АМ = 20 МПа, НМ162 - т^ = 35 МПа и Анатерм-106АБ - тАМ = 35 МПа.

На рис. 3 представлен эскиз соединения резьбовых деталей при сборке с АМ и без него.

Рис. 3. Эскиз соединения резьбовых деталей при исследовании статической прочности резьбовых соединений

На рис. 4 показана схема статического нагружения РС осевой силой при испытаниях.

Рис. 4. Схема статического нагружения резьбового соединения осевой силой при испытаниях: 1 - болт; 2 - гайка; 3 - втулка

При проведении экспериментальных исследований РС фиксировалось усилие среза витков резьбы (срезались витки болта).

На рис. 5 представлены результаты средних значений усилий среза витков резьбы Еср с АМ (различных марок) и без него. Относительная дисперсия опыта не превышала 8-25 %, что говорит об устойчивости и достоверности полученных результатов.

Рср, кН

30

20

2-х

т

10

20

30

ш

МПа

Рис. 5. Экспериментальное усилие среза витков в резьбовом соединении М8 - 6H/6g: 1 - среднее усилие среза витков резьбы без АМ; 2 - среднее усилие среза

витков резьбы с АМ

Из графиков (рис. 5) видно, что при введении в зону контакта АМ усилие, необходимое для среза витков резьбы, увеличивается при увеличении сдвиговой прочности АМ. Например, при применении АМ: А131 (х^ = 6 МПа ) - Еср увеличивается на 7,8 %; НМ165 (х^ = 20 МПа) - Еср

увеличивается на 21,6 %; НМ162 и Анатерм-106АБ (хАМ = 35 МПа) - Еср

увеличивается на 40,1 %.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования доказывают, что статическая прочность РС при сборке с АМ существенно увеличивается по сравнению с РС, собранными без АМ. Причем эффект от применения АМ тем больше, чем выше прочностные характеристики АМ. Анаэробный материал, 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, то есть нагрузку в данном случае будут воспринимать все витки практически одновременно, что не происходит в РС, собранном без АМ.

Список литературы

1. Биргер, И. А. Резьбовые и фланцевые соединения / И. А. Биргер, Г. Б. Иоси-левич. - М. : Машиностроение, 1990. - 368 с.

2. 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.

3. 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.

4. Кочетков, Д. В. Технологическое обеспечение прочности и жесткости резьбовых соединений при сборке с применением анаэробных материалов : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.08 / Кочетков Д. В. - Пенза, 2010. - 210 с.

Воячек Игорь Иванович доктор технических наук, профессор, кафедра технологии машиностроения, Пензенский государственный университет E-mail: voyachek@list.ru

Кочетков Денис Викторович

кандидат технических наук, доцент, кафедра теоретической и прикладной механики, Пензенский государственный университет E-mail: denis.kochetkov80@yandex.ru

Voyachek Igor Ivanovich doctor of technical sciences, professor, sub-department of mechanical engineering, Penza State University

Kochetkov Denis Viktorovich candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of theoretical and applied mechanics, Penza State University

УДК 621.81 Воячек, И. И.

Экспериментальные исследования статической прочности резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2014. - № 2 (10). -С. 135-139.