Резьбовые соединения и их сборка.

Резьбовые соединения являются самыми распространенными и составляют до 25% общего числа соединений, что объясняется их простотой и надежностью, удобством регулирования усилия за­тяжки, а также возможностью разборки и последующей сборки. Основными деталями резьбового соединения являются крепеж­ные и стопорящие устройства, предупреждающие самопроизволь­ное отвинчивание резьбовых соединений в процессе эксплуата­ции.

Крепежными деталями являются болты, винты, шпильки и гай­ки, а стопорящими — шайбы и шплинты.

Болт — металлический стержень с резьбой для гайки на одном конце и головкой на другом. Болтами скрепляют детали относи­тельно небольшой толщины, а также детали, изготовленные из ма­териалов, не обеспечивающих требуемую надежность резьбы, на­пример из мягких металлов (медь, алюминий) или пластических масс.

Винт — металлический стержень, обычно с головкой на одном конце и резьбой на другом, которым он ввинчивается в одну из соединяемых деталей. Винты применяют, когда одна из деталей соединения имеет достаточно большую толщину или отсутствует место для размещения гаек, а также при необходимости уменьше­ния массы резьбового соединения.

Винты классифицируют по форме головки под инструмент для сборки резьбового соединения и форме хвостовой части.

Шпилька — металлический стержень с резьбой на обоих кон­цах. Одним концом шпильку ввинчивают в одну из соединяемых деталей, а на другой конец навинчивают гайку. Шпильки применя­ют вместо винтов в тех случаях, когда материал соединяемых деталей не обеспечивает требуемой долговечности резьбы при ча­стых сборках и разборках резьбового соединения.

Длина ввинчиваемого в корпусную деталь резьбового конца шпильки и длина нарезанной под гайку резьбы различны. Для резьбовых отверстий в корпусных деталях, выполненных из ста­ли, бронзы, латуни и титановых сплавов, длина резьбовой части шпильки, ввинчиваемой в это отверстие, должна быть равна ее диаметру, а для корпусных деталей, выполненных из серого и ков­кого чугуна, она должна составлять не менее 1,25 номинального диаметра резьбы шпильки. Для корпусных деталей, выполненных из легких сплавов, это соотношение должно быть не менее 2.

Гайка — деталь с резьбовым отверстием, навинчиваемая на болт или шпильку и служащая для силового замыкания соедине­ний с использованием этих крепежных деталей.

В зависимости от конструкции соединения и его назначения применяют различные типы гаек.

Стопорящими деталями резьбового соединения являются шай­бы и шплинты.

Шайбы применяют для предупреждения самопроизвольного отвинчивания резьбовых соединений. В зависимости от конструк­ции резьбового соединения шайбы выбирают, пользуясь справоч­ником.

Шплинты — отрезки проволоки одновременно вставляемые в отверстия болта (шпильки) и гайки. Шплинты и стопорные шайбы с лапками принято называть гаечными замками.

Все вилы резьб, применяемых в соединениях, можно класси­фицировать по соответствующим признакам (рис. 1).

К резьбовым соединениям предъявляются следующие техниче­ские требования:

• детали соединения должны быть хорошо пригнаны друг к другу;
• оси резьбовых деталей должны быть перпендикулярны плоскостям деталей соединения;
• размеры поперечного сечения и длина всех винтов, болтов и шпилек одного соединения должны быть одинаковы;
• гайки, головки болтов и винтов в соединении должны иметь одинаковую высоту;
• концы болтов и шпилек должны выходить из гаек на одинаковую величину;
• в головки утопленных винтов и болтов не должны высту­пать из деталей соединения;
• шайбы должны быть ровными и не иметь перекоса;
• головки винтов и болтов не должны быть скручены, а их грани смяты;
• прорези на головках винтов не должны быть смяты;
• резьба не должна быть сорванной;
• торцевые поверхности шайб, гаек, головок винтов и бол­тов должны быть гладкими.

Болтовые (винтовые) соединения и их сборка.

Процесс сборки болтовых соединений включает в себя следующие этапы:

• подача деталей на сборку;
• установка резьбовых деталей и их предварительное ввер­тывание;
• подвод и установка инструмента;
• затягивание резьбового соединения;
• установка шплинтов или другая операция, обеспечиваю­щая предотвращение самопроизвольного отвинчивания деталей резьбового соединения.

Отверстия в сопрягаемых деталях под установку болтов свер­лят по разметке или по кондуктору, причем оси отверстий в сопря­гаемых деталях должны совпадать. При одноболтовых соединени­ях допускается несовпадение осей отверстий в сопрягаемых дета­лях, но не более чем на 0,4 мм на каждые 10 мм диаметра резьбового соединения. Для ответственных соединений эта вели­чина не должна превышать 0,15 диаметра болта. Наиболее опти­мальной следует считать обработку отверстия в одной из деталей соединения при использовании в качестве кондуктора второй де­тали этого соединения.

Шпилечные соединения и их сборка.

При выполнении шпилеч­ного соединения в одну из деталей ввинчивают шпильку, затем на нее накладывают вторую деталь соединения и навинчивают гайку. Крутящий момент, прикладываемый к гайке при ее завинчивании, частично передается на шпильку. Для того чтобы обеспечить непод­вижность шпильки при навинчивании на нее гайки, необходимо ввернуть шпильку в деталь плотно и до конца, т. е. обеспечить натяг между шпилькой и деталью, в которую она ввернута. Завинчивание шпилек — операция трудоемкая и, в достаточной степени, сложная. Эта операция может быть реализована двумя способами:

• на свободный конец шпильки навинчивают две гайки, затем, вращая при помощи ключа верхнюю гайку, ввин­чивают шпильку в резьбовое отверстие (однако, следует учитывать, что при свинчивании гаек происходит ослаб­ление посадки шпильки в резьбовом отверстии, что сни­жает надежность шпилечного соединения, выполненно­го этим способом);
• на конец шпильки навинчивают специальное приспосо­бление — солдатик, которое представляет собой высо­кую шестигранную гайку, стопорящуюся на конце шпильки специальным винтом, диаметр которого мень­ше диаметра шпильки.

В тех случаях когда необходимо установить большое число шпи­лек, целесообразно механизировать этот процесс, используя пнев­матический или электрический механизированный инструмент (рис. 2). На шпильку навинчивают сменную гайку 1 так, чтобы шарик 2 касался ее. При ввертывании шпильки шарик 2 поднима­ется вверх до упора в пяту 3 и при контакте с ней начинает про­буксовывать. Шпильковерт в этом случае следует включить на ре­версивное вращение. Хвостовик 4 служит для соединения инстру­мента с ручным механизированным инструментом.

Шпильки можно также ввинчивать на сверлиль­ном станке, используя специальный патрон (рис. 3). Шпилька 1 в головке 4 зажимается специальными роликами 2, помещенными в сепараторе 3. При вра­щении головки 4 по часовой стрелке поверхности спиральных канавок сдвигают ролики к центру, и шпилька оказывается закрепленной с трех сторон. После того как шпильку ввинтят в резьбовое отвер­стие детали 5, станок выключают, а головку патрона слегка поворачивают против часовой стрелки, и шпилька освобождается.

Если при сборке шпилечного соединения шпилька сломалась в резьбовом отверстии, то она может быть извлечена из него не­сколькими способами:

• опиливанием граней на выступающей из отверстия части шпильки и извлечением ее при помощи гаечного ключа;
• использованием специального при­способления — бора или экстракто­ра (рис. 4), если сломанная часть шпильки не выступает над поверх­ностью детали;
• электроискровым сверлением на специальной установке;
• травлением азотной кислотой, если корпусная деталь изготовлена из алюминия или его сплавов.

Для сборки резьбовых соединений применя­ют ручные и механизированные инструменты. Основными ручными инструментами являют­ся гаечные ключи и отвертки. Во многих случаях надежность и долговечность резьбового соединения зависят от правильной затяжки в процессе сборки. В этом случае устанавливают обязательные регламентированные моменты затяжки. Наиболее часто требуемое усилие затяжки регулиру­ют, применяя специальные крепежные детали со встроенным индикатором усилия затяжки. При затяжке высту­пы индикаторной шайбы упираются в обычную шайбу и, расплющиваясь, за­полняют зазор между ними, что обе­спечивает заданное усилие затяжки при заполнении зазора. Одна­ко более часто при затяжке резьбовых соединений применяют спе­циальные ключи с регулируемым крутящим моментом.

К механизированным инструментам для сборки резьбовых со­единений относятся различные гайковерты преимущественно с пневматическим или электрическим приводом. Применение этих инструментов позволяет повысить производительность труда в 2 — 3 раза. Срок окупаемости устройств механизированной сбор­ки резьбовых соединений не превышает 1,5 года.

Гайковерты с ударно-импульсными муфтами обеспе­чивают передачу крутящего момента с помощью ударных им­пульсов. При работе таких гайковертов практически отсутствует реактивный момент, что позволяет применять их при сборке круп­ногабаритных резьбовых соединений. Для затяжки резьбовых соединений диаметром 12… 16 мм применяют как электрические, так и пневматические гайковерты, которые по сравнению с элек­трическими имеют меньшие габаритные размеры и массу.

Для затягивания круглых гаек большого диаметра возможно применение специального приспособления (рис. 5), которое со­стоит из подвижной обоймы 3 и неподвижной траверсы 1 с закре­пленными на ней двумя цилиндрами 4. Устройство устанавливают на навернутую и предварительно затянутую гайку Пи центриру­ют винтами 2. Зубчатую поверхность упоров 8 устанавливают на обойме 3, подводя к гайке 11, и фиксируют винтами 10. Масло под давлением 20 МПа от насосной станции 7 подают в штоковую полость гидравлических цилиндров 4, в результате чего происходит поворот обоймы. При этом упоры 8, поворачиваясь вокруг оси 9, вращают гайку. И в направлении, противоположном направлению вращения обоймы 3. Усилие затягивания контролируют по мано­метру 6, после затяжки штоки цилиндров возвращаются в исход­ное положение с помощью золотникового распределителя 5, при этом обойма 3 разворачивается, а упоры 8 освобождаются. Одной из конструктивных мер борьбы с самопроизвольным отвинчиванием в процессе эксплуатации машин является стопоре­ние резьбовых соединений. Наиболее распространены следующие методы стопорения:

• создание дополнительных сил трения путем осевого или радиального давления (контргайка, винт, самоконтрящаяся гайка);
• и взаимная фиксация относительного положения болта и гайки (стопорение шплинтованием, пружинными и де­формируемыми шайбами, проволокой);
• местное пластическое деформирование (обжатие, кер­нение).

Широкое распространение также получили методы стопорения и уплотнения резьбовых соединений с помощью анаэробных кле­ев. Миниатюрная капсула, наполненная специальной жидкостью, в процессе сборки резьбового соединения разрушается, а вытека­ющая из нее жидкость превращается в клей, обеспечивающий прочное соединение резьбовых деталей (полимеризация клея про­исходит при комнатной температуре). Разборка таких соединений производится обычными методами и не вызывает разрушения де­талей соединения. После разборки возможно повторное использо­вание резьбовых деталей. Кроме того, клей обеспечивает защиту деталей соединения от коррозии.

Наиболее распространенные способы стопорения резьбовых соединений показаны на рис. 6, а порядок затягивания резьбовых деталей в различных по конструкции соединениях на рис. 7.

Особым видом резьбовых соединений являются самоформирующиеся резьбовые соединения. Эти соединения получают с помо­щью самоформирующихся винтов, предназначенных главным об­разом для соединения деталей из стального листа с корпусными деталями. Такие крепежные детали могут быть использованы без предварительного сверления, что позволяет избежать погрешно­стей из-за несоосности отверстий. Этими винтами можно свер­лить сталь толщиной 0,8… 1,2 мм. Различают два вида самоформирующихся винтов: самонарезающиеся и самовыдавливающие. Са­мо нарезающиеся винты образуют резьбу нарезанием за счет удаления излишков материала (рис. 8, а), они применяются для соединения деталей из хрупких материалов и изготавливаются двух типов: тип А, имеющий несколько (более двух) режущих кро­мок, и тип Б, имеющий одну, реже две, режущие кромки. Самовы­давливающие винты, применяемые для соединения деталей из пластичного материала, образуют резьбу без удаления слоя материа­ла (рис. 8, б). Они также изготавливаются двух типов: тип А — для соединения деталей без предварительного сверления отверстия и тип Б — для соединения деталей с предварительным сверлением отверстия.

Контроль резьбовых соединений проводится в целях определе­ния их надежности и долговечности, которые в значительной сте­пени определяются правильностью затягивания деталей резьбово­го соединения в процессе сборки. В технических условиях на сборку ответственных резьбовых соединений указывают предель­ные значения крутящих моментов затя­гивания гаек и винтов, которые обычно устанавливают в зависимости от диаме­тра резьбы и материала деталей резьбового соединения. Контроль резьбовых соединений является важ­ной частью технологического процесса их сборки. На практике наиболее удобный способ контроля усилия затягивания — приме­нение предельных и динамометрических ключей.