5.13.   Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения

Материалы для изготовления резьбовых деталей по ГОСТ 1759-70 указаны в табл.5.1. В отдельных случаях применяют сплавы цветных металлов (латунь, бронзу и др.).

При выборе материала учитывают условия работы (температуру, коррозию и т.п.), значение и характер нагрузки (статическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные изделия общего назначения изготавливают из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10 – сталь 35. Из этих дешевых сталей можно изготавливать большие партии болтов, винтов и гаек методом холодной высадки или штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах и т.д.

Для повышения прочности, коррозионной стойкости и жаропрочности применяют специальные виды термической и химико-термической обработки, а также нанесение гальванических и других покрытий, например улучшение, цинковое или кадмиевое хромирование, хромовое или медное покрытие и т.д.

Таблица 5.1 Материалы резьбовых деталей

Марка

стали

Предел, МПа

Эффективный коэффициент концентрации напряжений  для резьбы

прочности

текучести

выносливости

нарезанной

накатанной

Ст3 и 10

340

200

160

20

400

240

170

35

500

300

180

3,6

2,8

45

600

360

240

3,7

2,8

30Х

800

640

280

38ХА

300

4,0

3,0

30ХГСА

1000

900

300

4,0

3,0

ВТ16

1200

350

40ХНМА

440

4,6

3,5

18Х2Н4ВА

450

4,5

3,5

Формулы для расчёта допускаемых напряжений и значения коэффициентов запаса прочности для резьбовых соединений приведены в табл. 5.2 и 5.3. Они учитывают характер нагрузки, качество монтажа соединения (контролируемая или неконтролируемая затяжка) и т.д.

Таблица 5.2 Допускаемые напряжения. Коэффициенты запаса прочности

Вид нагрузки

Номер формулы

Рекомендуемые значения

Примечание

Растягивающая внешняя:

· без затяжки болтов

(5.10)

· с затяжкой болтов:

ü статическая нагрузка

(5.11)

 по табл.


5.3

Неконтролируемая затяжка

Контролируемая затяжка

ü переменная нагрузка

(5.21)

;

   по табл. 5.3

Неконтролируемая затяжка

Поперечная внешняя (статическая или переменная):

· болты поставлены с зазором

(5.11)

 по табл. 5.3

Неконтролируемая затяжка

Контролируемая затяжка

· болты поставлены без зазора

(5.13)

Статическая нагрузка

Переменная нагрузка

(5.14)

Сталь

Чугун

Допускаемые напряжения на растяжение [] определяют в зависимости от предела текучести () материала (при статических нагрузках):

,     (5.35)

где [s] – коэффициент запаса прочности, выбираемый по табл. 5.2.

При неконтролируемой затяжке запас прочности значительно уменьшают, особенно для болтов малых диаметров (табл. 5.3). Это связано с возможностью перенапряжения и даже разрушения малых болтов при неконтролируемой затяжке.

В тех случаях, когда увеличение массы конструкции, связанное с увеличением диаметра болтов, является неоправданным (например, в авиастроении), применяют контролируемую затяжку. Возможность значительного увеличения статической нагрузки болтов из стали 20 при контролируемой затяжке показана в табл. 5.4.

Контроль затяжки оговаривают в специальных технических условиях и выполняют не только при заводской сборке, но также в эксплуатации и ремонте. Несоблюдение этих условий может привести к аварии. Затяжку можно контролировать методом измерения деформаций болтов или специальных упругих шайб, а также с помощью специальных ключей предельного момента.

Таблица 5.3 Коэффициенты запаса прочности

Материал болта

[st] при неконтролируемой затяжке и постоянной нагрузке

М6…М16

М16…М30

М30…М60

Углеродистая сталь

5…4

4…2,5

2,5…1,5

Легированная сталь

6,5…5

5…3,3

3,3

Таблица 5.4 Допускаемая нагрузка

Тип резьбы

Внутренний диаметр резьбы

, Н, при затяжке

неконтролируемой

контролируемой

М6

4,917

800

3 000

М8

6,647

1 500

5 500

М10

8,376

2 500

8 600

М12

10,106

3 800

12 200

М16

13,835

8 000

23 500

М20

17,294

14 000

37 000

М24

20,752

21 000

53 000

М30

26,211

46 000

85 000