Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения

Материалы для изготовления резьбовых деталей по ГОСТ 1759-70 указаны в таблице 1.1. В отдельных случаях применяют сплавы цветных металлов (латунь, бронзу и др.).

Таблица 1.1 Материалы резьбовых деталей

Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел выносливости , МПа	Эффективный коэффициент концентрации напряжений
Нарезанная резьба	Накатанная резьба
Ст3 и 10
				3,6	2,8
				3,7	2,8
30Х
38ХА				4,0	3,0
30ХГСА				4,0	3,0
ВТ16		–
40ХНМА				4,6	3,5
18Х2Н4ВА				4,5	3,5

 

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 изготовляют из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10...сталь 35. Эти дешевые стали позволяют изготовлять 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.

Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности для резьбовых соединений приведены в таблицах 1.2 и 1.3. Они учитывают точность расчетных формул, характер нагрузки, качество монтажа соединения (контролируемая или неконтролируемая затяжка) и т.д.

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

, (1.28)

где [ s ] – коэффициент запаса прочности, выбираемый по таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Допускаемые напряжения. Коэффициенты запаса прочности

 

Вид нагрузки	Номер формулы	Рекомендуемые значения
Растягивающая внешняя нагрузка:
– без затяжки болтов	(1.2)
– с затяжкой болтов:
статическая нагрузка	(1.3)	по таблице 1.3 – неконтролируемая затяжка; – контролируемая затяжка
переменная нагрузка	(1.34)	неконтролируемая затяжка
Поперечная внешняя нагрузка (статическая или переменная):
– болты поставлены с зазором	(1.3)	по таблице 1.3 – неконтролируемая затяжка; – контролируемая затяжка
– болты поставлены без зазора	(1.5)	(статическая нагрузка); (переменная нагрузка)
(1.6)	– сталь; – чугун

Таблица 1.3 – Коэффициенты запаса прочности

 

Материал болта	[ s t] 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

 

При неконтролируемой затяжке запас прочности значительно уменьшают, особенно для болтов малых диаметров (см. таблицу 1.3). 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, авиастроение), применяют контролируемую затяжку. Возможность значительного увеличения статической нагрузки болтов из стали 20 при контролируемой затяжке показана в таблице 1.4.

Контроль затяжки оговаривают специальными техническими условиями 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 1.4 – Допускаемая нагрузка

 

Тип резьбы	Внутренний диаметр резьбы	, Н, при затяжке
неконтролируемой	контролируемой
М6	4,917
М8	6,647
М10	8,376
М12	10,106
М16	13,835
М20	17,294
М24	20,752
М30	26,211