Исследование жесткости резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами

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 ,

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).

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

3 4 номер витка

б)

Рис. 2. Перемещения витков резьбы гайки 82

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

Анализ графиков

резьбы болта и гайки при увеличении коэффициента трения с / = 0,1

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

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.