CC BY
26
УДК 621.01: 621.81: 621.88
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТИПА СТЯЖКИ ПРИ СБОРКЕ С АНАЭРОБНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
Д. В. Кочетков, И. И. Воячек, А. Е. Зверовщиков
DEVELOPMENT AND RESEARCH OF FUNCTIONAL MODELS THREADED CONNECTIONS TYPE GATHERING IN ASSEMBLY ANAEROBIC MATERIALS
D. V. Kochetkov, 1.1. Voyachek, A. E. Zverovschikov
Аннотация. Актуальность и цели. В существующей модели резьбовых соединений типа стяжки, которые широко распространены в машиностроении, не учитываются силы трения, возникающие в зоне контакта витков, а также наличие прослоек из полимеров, формирующихся при сборке соединений с анаэробными материалами, которые повышают эксплуатационные характеристики резьбовых соединений. Цель работы - разработка и исследование функциональных моделей резьбовых соединений типа стяжки с учетом сил трения в резьбе и прослойки полимери-зованного анаэробного материала между нерабочими поверхностями витков. Материалы и методы. Теоретические исследования и моделирование методом конечных элементов базируются на известных положениях и теориях, определяющих напряженно-деформированное состояние деталей резьбовых соединений при действии эксплуатационной нагрузки, контактное взаимодействие поверхностей, свойства анаэробных материалов. Результаты. Разработаны и исследованы функциональные модели резьбовых соединений типа стяжки, в которых учтены силы трения в резьбе и наличие прослойки полимеризованного анаэробного материала между нерабочими поверхностями витков. Повышение сил трения приводит к некоторому перераспределению нагрузки по виткам резьбы. При исследовании методом конечных элементов получено более равномерное распределение нагрузки по виткам, чем в теоретических моделях. Существенную часть нагрузки воспринимает полимеризованный анаэробный материал, работающий как упругая прослойка, связывающая нерабочие поверхности витков резьбы. Увеличение длины свинчивания (более шести витков) не приводит к существенному повышению несущей способности соединения. Выводы. Применение анаэробных материалов при сборке резьбовых соединений типа стяжки позволяет повысить их прочностные характеристики. Кроме того, в данном резьбовом соединении внешняя нагрузка распределяется по виткам практически равномерно, что важно для обеспечения как статической, так и динамической прочности соединения.
Ключевые слова: резьбовое соединение, стяжка, функциональные модели, анаэробный материал, распределение нагрузки по виткам, прочность, метод конечных элементов.
Abstract. Background. The threaded connections existing model type covering, which are widely distributed in machine are not considered frictional forces arising in the contact zone of coils, and the presence of the polymer layers, formed during the assembly of materials with anaerobic compounds that enhance the performance of threaded connections. Objective - research and development of functional models of threaded connections such as ties, taking into account the forces of friction in the thread and anaerobic layer of polymerized material between non-working surfaces of the turns. Materials and methods. Theoretical studies and simulations using finite element method based on the known positions and theories that define the stress-strain state components of threaded connections during operational load
action, contacting surfaces, the properties of anaerobic materials. Results. Developed and investigated functional models of threaded connections such as ties, which take into account the force of friction in the thread and the presence of anaerobic layer of polymerized material between non-working surfaces of the turns. Increased friction forces lead to some redistribution of load on the threads. In the study of the finite element method produced a more uniform load distribution on coils than in theoretical models. A significant portion of the load takes polymerized anaerobic material which acts as an elastic layer that connects the outside surface of the threads. Increasing the length of screwing (6 turns over) does not significantly improve the ability of the carrier compound. Conclusions. The use of materials with anaerobic thread compounds assembly type coupler enhances their strength characteristics. Furthermore, in this threaded connection external load is distributed substantially uniformly on coils, which is important for providing both static and dynamic joint strength.
Key words, fitting, screed, functional models, anaerobic material, wrap load distribution, strength, finite element method.
Введение
Резьбовые соединения (РС) в большинстве случаев являются ответственными узлами изделий, определяющими надежность всей конструкции, и должны соответствовать таким эксплуатационным требованиям, как прочность (статическая и динамическая), жесткость, герметичность, фреттинго-стойкость, коррозионная стойкость, сопротивление самоотвинчиванию. Прочность РС, особенно при действии циклических нагрузок, существенно зависит от характера распределения нагрузки по виткам резьбы в зоне силового взаимодействия охватываемой и охватывающей деталей.
В работах [1-4] установлено, что нагрузка в традиционных РС типа болт-гайка существенно возрастает к первым со стороны приложения нагрузки виткам по закону гиперболического косинуса. На первый виток приходится до 30 % и более от приложенной нагрузки, что приводит к концентрации напряжений, снижает статическую и циклическую прочность РС.
В машиностроении широко распространены РС типа стяжки (рис. 1,а), для проектирования и оценки прочности которых также необходимо знать распределение нагрузки по виткам резьбы с учетом особенностей напряженно-деформированного состояния деталей данных соединений при эксплуатации.
а) б)
Рис. 1. Схема нагружения резьбового соединения типа стяжки: а - общая схема нагружения; б - схема нагружения витков резьбы на шаге Р
В работе [1] теоретически определено, что в РС типа стяжки сохраняется определенная неравномерность распределения нагрузки по длине соединения. Причем для обеспечения большей равномерности распределения нагрузки следует стремиться к равенству площадей поперечного сечения охватываемой и охватывающей деталей. Однако в применяемой модели соединения не учтены силы трения, возникающие в зоне контакта витков, и не рассматривается способ сборки РС с применением анаэробных материалов (АМ), которые полимеризуются в зоне контакта деталей при отсутствии кислорода воздуха. В ряде исследований доказано, что АМ обеспечивают герметичность, коррозионную стойкость и стопорение РС, что подтверждается проспектами фирм, производящих АМ. В то же время исследования авторов [3-5] выявили, что при сборке с АМ также повышаются прочностные характеристики и жесткость, т.е. достигается комплексное обеспечение эксплуатационных характеристик резьбовых и других неподвижных соединений. Однако исследований в данном направлении выполнено недостаточно.
1. Разработка функциональных моделей резьбовых соединений типа стяжки при сборке с анаэробными материалами
В настоящей работе исследовано влияние анаэробных материалов на напряженно-деформированное состояние и эксплуатационные характеристики резьбовых соединений типа стяжки. При разработке функциональных моделей применялись методики и допущения, изложенные в [1, 3], рассматривалась та же схема нагружения РС типа стяжки, как и в [1], показанная на рис. 1.
Разработана функциональная модель РС типа стяжки, в которой дополнительно к известной модели [1] учтены силы трения, возникающие при контакте витков, и наличие прослойки полимеризованного АМ между нерабочими поверхностями витков. При этом рассматривались два варианта применения АМ (две модели РС типа стяжки):
1) АМ наносится на сопрягаемые поверхности витков резьбы, и его объема недостаточно для заполнения всех зазоров между винтовыми поверхностями деталей;
2) АМ заполняет все зазоры (пространство) между винтовыми поверхностями в РС (рис. 1,6).
Интенсивность распределенной осевой нагрузки по высоте резьбового соединения типа стяжки с учетом сил трения при первом варианте (АМ заполняет пустоты только зоны контакта рабочих поверхностей витков и увеличивает силу трения, см. рис. 1,б) равна
^сЬ тг сЬ тН —г
(1)
Рт г =■-—
Э эЬ ттрН
тр " тр
v
АХЕХ А2Е2
Таким образом, отличие от решения, полученного И. А. Биргером [1], заключается в значении параметра ттр, который при наличии трения увеличивается и равен
уп
-
А, (2)
Утр
где
Р =
¿Л А2Е2
; Утр =
р2
1+/1ё%
V Е\ Е2
Л1тр =
1 + /ап% + 1 1 , и 1ё% 1ё%-/
2/'
Л? =
1+ /" эт0^ +
/2 2Р2
IV
Л2 "Я2 у
18% 18%-/
4= я d12/4, Л2=п D02 - D2 - площади поперечных сечений соответственно болта и гайки; , Е2 и ц,. - модули упругости и коэффициенты Пуассона материалов болта и гайки; - предельное значение внутреннего диаметра резьбы болта; £) - предельное значение наружного диаметра резьбы гайки; £>0 - размер гайки под ключ; а - угол профиля резьбы; Р - шаг
резьбы; / - коэффициент трения в зоне контакта витков; 5В = п <Л2 Н{' - проекция площади контакта витков на одном шаге резьбы на плоскость, перпендикулярную оси г; d2 - предельное значение среднего диаметра резьбы бол-
та;
Нд - действительная рабочая высота профиля резьбы.
При нахождении решения (1) использовались следующие соотношения [1-3] для определения деформаций внутренней детали (болта) А1 г и наружной детали (гайки) Д2 г :
Ах г =
1 2
- Г/- г с/г .
А Р ■>
о
Д2 г
Л2Е2а
-Р г шг
(3)
(4)
где F г - сила, растягивающая внутреннюю деталь (болт) в сечении г .
Также использовались граничные условия (q' - первая производная): при г = 0 Р 0 =0, Ад г = 0:
д' 0 =-
1 ^
Утр А2Е2 '
при г = Н Р Н =^,А2 г =0:
д' Н =
J__Р_
Утр АЕ1
(5)
Из равенства (1) можно найти
/Л™ А2Е2 + А^Е^ сЬ т Н
д О =
а1е1 + а2е2
н =
Рт,
тр
А1 Л, + А2Е2 сЬ т1рН
откуда
д О -д Н =
Рт,
тр
АЕ1+АЕ2
Ае,-а2е2
—1-сп т^Н -1
эЬ т Н + А2Е2
(7)
Так как сЬ ттрН > 1, то из равенства (7) следует, что в РС типа стяжки максимальное значение q z соответствует наиболее нагруженному сечению той детали, жесткость которой меньше. Таким образом, в зависимости от соотношения жесткостей деталей соединения наибольшая нагрузка может быть в сечении г = 0 или в сечении 2 = Н.
Интенсивность распределенной осевой нагрузки по высоте резьбового соединения типа стяжки при втором варианте (АМ заполняет все зазоры между резьбовыми поверхностями болта и гайки, см. рис. 1,б) равна
Е д г =
РтV
где
тТ =
Р вЬ т^Н
сЬ Я?у 2 сЬМу Я-7
л
v ае,
А2Е2
(8)
V
; =
л.Р л? р
1 л——
к£ — ■
1 +
Р
уам -^ам
£
Е\ Е2
Е,
\
-2 ;
параметр, характеризующий
совместное сопротивление витков резьбы и слоя АМ действию нагрузки F; 5ам - проекция площади слоя АМ на одном шаге резьбы на плоскость, перпендикулярную оси г, определяемая по формуле = 0,65 пс^2Р; -модуль упругости АМ; 51 - зазор между витками резьбы (см. рис. 1,6), который связан с посадочным зазором зависимостью £ = Л"'ос ■
Необходимо отметить, что напряжения в слое АМ могут быть сжимающими, растягивающими, сдвигающими, т.е. иметь сложную эпюру напряжений по объему АМ, зависящую от схемы нагружения РС, геометрических и физико-механических свойств деталей и т.д. Однако можно с некоторым приближением считать, что эти напряжения пропорциональны модулю упругости АМ (ЕАМ).
Соотношение интенсивностей распределенных нагрузок, воспринимаемых слоем АМ qАМ г и витками резьбы дВ г , в суммарном значении
Ид г равно
Чам 2
5АМЕЕАМ
г а/
1 + /1§(/2
Е1 Е2
= Ф.
(9)
С учетом
можно наити
г = ■
г = «?в г г
Ед г
1 + ф
и <?ам 2 = г
1 + ф
откуда
Я, ,=
Р
1 + ф
11 ЕАМ, г ~ Ег
Ф
1 + ф
(10)
2. Исследование распределения нагрузки по виткам резьбового соединения
типа стяжки
В табл. 1 приведены данные по распределению нагрузки Р по виткам резьбы в соединении типа стяжки, определенные по формуле (1). При этом чтобы определить нагрузку, приходящуюся на отдельные витки, зависимость (1) интегрировалась в соответствующих пределах (на шаге Р):
^ 7 ^
' ^ В эЬ т^Н
г ^ Ч5
сЬ т^г сЬ Н — г
тр
v АЕх
тр
АЕ2
с1г,
(11)
Р эЬ тТп г + Р - эЬ т^г р. =_^_^__
АдР^&т Н
тр
Р эЬ т z + P - т^Н - эЬ т г - т^Н
А2Р2 Р эЬ т^Н
(12)
Таблица 1
Распределение нагрузки по виткам резьбы в соединении типа стяжки при изменении силы трения (коэффициента трения)
2
Значение коэффициента трения Доля нагрузки, приходящаяся на витки РС, , %
1-й виток 2-й виток 3-й виток 4-й виток 5-й виток 6-й виток
1 2 3 4 5 6 7
Максимальный зазор «^^х = 0,306 мм
Г = 0 22,74 18,35 15,58 14,18 14,03 15,12
^ = 0,1 23,24 18,46 15,46 13,97 13,83 15,04
^ = 0,2 23,77 18,56 15,34 13,75 13,62 14,96
^ = 0,3 24,32 18,66 15,20 13,51 13,42 14,89
/" = 0,4 24,90 18,77 15,05 13,27 13,19 14,82
Окончание табл. 1
1 2 3 4 5 6 7
Средний зазор S™0 = 0,167 мм
f = 0 23,54 18,52 15,39 13,85 13,71 14,99
f = 0,1 24,17 18,64 15,24 13,58 13,47 14,90
f = 0,2 24,85 18,76 15,06 13,29 13,21 14,83
f = 0,3 25,59 18,88 14,87 12,98 12,94 14,74
f = 0,4 26,38 18,99 14,64 12,64 12,66 14,69
Примечание. Суммарная нагрузка на витки РС составляет 100 %.
Расчет проводился при следующих исходных данных: резьбовое соединение типа стяжки MIO - 6H/6g; d = D = 10мм; dl=Dl= 8,647мм; d2 =D2 =9,188mm; D0=17mm; P = 1,25mm; a = 60° ; материал болта - сталь 45X(El = 2,06-Ю5 МПа, ^ = 0,32) и гайки - сталь 35Х(Е2 = 2,14-Ю5МПа, ¡х2 =0,29). К резьбовому соединению также прикладывалась внешняя нагрузка F = 10kH .
Анализ полученных результатов (см. табл. 1) показывает, что неравномерность распределения нагрузки по виткам резьбы в соединении типа стяжки существенно меньше, чем в обычном резьбовом соединении болта и гайки. На первый виток при исследуемых значениях коэффициента трения для РС типа стяжки приходится 22,7-26,4 % внешней нагрузки, тогда как в обычном резьбовом соединении болт-гайка - 27,4-33,5 %. Увеличение силы трения между витками приводит к увеличению неравномерности распределения нагрузки по виткам. В частности, нагрузка на первый виток увеличилась на 8-11,5 %.
В табл. 2 приведены данные по распределению нагрузки F по виткам резьбы в соединении типа стяжки М10 - 6H/6g, определенные по формуле (12), где вместо ттр подставлялось значение nh_ из зависимости (8). При этом нагрузка распределялась между витками резьбы и слоями АМ с учетом соотношений (10). Применяемый АМ - АМ марки НМ162 (Е^ = 2,62-103 МПа ,
сдвиговая прочность =35МПа). Остальные исходные данные те же, что
и в предыдущем случае.
Анализ полученных данных (см. табл. 1 и 2) показывает, что при полном заполнении АМ зазоров в зоне резьбового контакта нагрузка, приходящаяся непосредственно на витки резьбового соединения типа стяжки при
f = 0,2...0,4, уменьшается в среднем на 36,01 - 41,25 % при и на 27,44 -31,27 % при ^тоХ . Нагрузка на первый виток в РС при заполнении АМ зазоров в РС уменьшается на 27,14 - 31,83 % при S™' и на 20,80 - 24,27 % при sm
^пос max *
Таблица 2
Распределение нагрузки в резьбовом соединении типа стяжки при заполнении АМ пустот в РС
Значение коэффициента трения Доля нагрузки, приходящаяся на витки РС, 7 / 7 / вуЕ , % (числитель) и слои АМ АМ^г/р , % (знаменатель) Суммарная нагрузка, воспринимаемая витками (числитель) и слоями АМ (знаменатель), %
1-й виток 2-й виток 3-й виток 4-й виток 5-й виток 6-й виток
Максимальный зазор .^х = 0,306 мм
^ = 0,2 18,00 8,19 13,03 5,93 10,10 4,59 8,74 3,98 8,74 3,98 10,12 4,60 68,73 31,27
[ = 0,3 18,85 7,82 13,45 5,58 10,29 4,27 8,84 3,67 8,87 3,68 10,37 4,31 70,67 29,33
^ = 0,4 19,72 7,46 13,85 5,24 10,46 3,96 8,92 3,37 8,98 3,39 10,63 4,02 72,56 27,44
Средний зазор = 0,167 мм
^ = 0,2 16,94 11,89 11,31 7,94 8,16 5,73 6,80 4,78 6,95 4,88 8,59 6,03 58,75 41,25
[ = 0,3 18,05 11,36 11,85 7,45 8,42 5,30 6,96 4,38 7,13 4,49 8,97 5,64 61,38 38,62
[ = 0,4 19,22 10,82 12,37 6,96 8,64 4,86 7,08 3,98 7,31 4,12 9,37 5,27 63,99 36,01
3. Исследование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния резьбовых соединений типа стяжки, собранных с применением анаэробных материалов
Исследование резьбовых соединений типа стяжки проводилось также методом конечных элементов (МКЭ). При этом моделировались оба варианта -нанесение АМ только на рабочие поверхности витков резьбы (изменение коэффициента трения) и полное заполнение АМ пустот (зазоров) в зоне резьбового контакта деталей.
Особенностью решаемой задачи является то, что в контакте находятся несколько деформируемых тел (болт, гайка) и прослойка анаэробного материала. При заполнении АМ зазоров на длине свинчивания резьбовых деталей при моделировании задавалось условие связи АМ с поверхностями болта и гайки.
На наш взгляд, допущения, сделанные при выводе теоретических зависимостей в [1] и в первой части настоящей статьи, не вполне отражают реальное напряженно-деформированное состояние соединяемых деталей при нагружении РС типа стяжки. В частности, в граничных условиях (5) предполагается, что деформации и перемещения охватываемой детали (болта) в сечении г = 0 и охватывающей детали (гайки) в сечении г = Н равны нулю, что позволяет получить сравнительно простое решение. Однако в действи-
тельности охватываемая и охватывающая детали, связанные через контактирующие витки, воздействуют друг на друга при растяжении, что, как будет показано ниже, приводит к дополнительному выравниванию нагрузки по виткам резьбового соединения типа стяжки.
В настоящей работе представлены результаты исследования методом конечных элементов (МКЭ) распределения нагрузки по виткам резьбы в соединении типа стяжки с учетом сил трения, возникающих при контакте витков, и на основе реальной схемы деформирования деталей при приложении осевой эксплуатационной нагрузки. Из условия равновесия предполагается, что схема нагружения симметрична, серединное сечение соединения (А-А) неподвижно и можно при моделировании рассмотреть половину РС типа стяжки (рис. 2,а,б).
12 1 12
А Л Г~
° л '
Q л 1-й виток
а) б)
Рис. 2. Схема нагружения резьбового соединения типа стяжки при моделировании методом конечных элементов: а - реальная схема нагружения РС типа стяжки; б - расчетная схема нагружения РС типа стяжки; 1 - охватываемая деталь; 2 - охватывающая деталь
Различные условия трения при контактировании витков резьбы моделировались изменением коэффициента трения На рис. 3 представлена твердотельная модель РС типа стяжки.
Рис. 3. Твердотельная модель резьбового соединения типа стяжки
Применение численных методов позволяет учесть сложное объемное совместное деформирование сопрягаемых деталей, неравномерное контактное давление, различные условия контактного взаимодействия сопрягаемых деталей, скольжение деталей по поверхностям витков.
В табл. 3 приведены данные по распределению нагрузки ^ по виткам резьбы в резьбовом соединении типа стяжки, полученные МКЭ при тех же исходных данных, которые приведены выше.
Таблица 3
Распределение нагрузки по виткам резьбового соединения типа стяжки при изменении силы трения (коэффициента трения) и заполнении АМ пустот, определенное МКЭ
Значение коэффициента трения Доля нагрузки, приходящаяся на витки РС, ^у^, % Суммарная нагрузка на витки РС, %
1-й виток 2-й виток 3-й виток 4-й виток 5-й виток 6-й виток 7-й виток 8-й виток
Сборка РС типа стяжки без АМ (средний зазор = 0,167 мм)
Г = 0 15,40 13,50 12,24 11,61 11,48 11,79 12,32 11,66 100
^ = 0,1 15,11 13,37 12,17 11,59 11,53 11,93 12,51 11,79
^ = 0,2 14,87 13,30 11,65 11,64 12,01 12,58 11,79
^ = 0,3 14,72 13,30 12,23 11,78 11,75 12,06 12,52 11,64
^ = 0,4 14,63 13,35 12,35 11,90 11,82 12,06 12,40 11,49
Г = 0 17,00 16,24 16,15 16,76 17,53 16,32 - -
^ = 0,1 16,61 16,09 16,13 16,89 17,77 16,51 - -
^ = 0,2 16,32 16,01 16,18 17,03 17,89 16,57 - -
^ = 0,3 16,19 16,08 16,33 17,11 17,90 16,39 - -
^ = 0,4 16,12 16,20 16,47 17,15 17,85 16,21 - -
Сборка РС типа стяжки с АМ (заполнение пустот) (средний зазор 5спрос = 0,167 мм)
^ = 0,4 7,88 6,39 6,38 6,24 6,24 6,39 6,66 8,5 54,68
Рассматривалось два варианта длины свинчивания охватываемой и охватывающей деталей, соответствующей восьми и шести контактирующим виткам (с одной стороны).
Анализ данных табл. 3 показывает, что в РС типа стяжки распределение нагрузки по виткам резьбы значительно более выравненное, чем в традиционном РС типа болт-гайка. Кроме того, распределение нагрузки, полученное при исследовании МКЭ, значительно более равномерное, чем при теоретическом исследовании. Это объясняется тем, что при теоретическом моделировании не учитывалось взаимовлияние охватываемой и охватывающей деталей на напряженно-деформированное состояние друг друга, проявляемое через контакт витков. При этом граничные условия неподвижности свободных торцевых поверхностей деталей, которые накладывались при теоретическом моделировании, не соответствуют реальной схеме деформирования (см. рис. 2).
Повышение сил трения между витками в РС типа стяжки приводит к некоторому перераспределению нагрузки по виткам РС, например, нагрузка
на первый виток РС ( = 0___0,4 ) уменьшается на 5-5,2 %, а на последние
витки увеличивается (см. табл. 3).
Увеличение длины свинчивания (количества контактирующих витков) не приводит к существенному повышению несущей способности соединения. Более того, неравномерность распределения нагрузки по виткам с увеличением длины свинчивания возрастает. При увеличении длины свинчивания на 33 % (шесть и восемь витков) нагрузка на первый, наиболее нагруженный виток, уменьшается менее чем на 10 %. Рекомендуется ограничиться длиной свинчивания, соответствующей шести виткам, что позволит уменьшить ре-сурсоемкость РС типа стяжки (см. табл. 3).
При заполнении АМ пустот зоны резьбового контакта деталей (рис. 4) слои АМ после полимеризации воспринимают часть внешней нагрузки, разгружая витки РС.
а) б)
Рис. 4. Варианты сборки резьбовых соединений типа стяжки: а - сборка РС без АМ; б - сборка РС с АМ
Анализ данных табл. 3 показывает, что при сборке РС с АМ суммарная нагрузка, приходящаяся на витки РС, уменьшается на 45,32 %, т.е. часть нагрузки воспринимает АМ, находящийся в пустотах зоны контакта и работающий как упругая прослойка, связывающая нерабочие поверхности витков резьбы. Также выявлено, что нагрузка на наиболее нагруженный первый виток РС (см. рис. 2,б), собранного с применением АМ, уменьшилась примерно в 2 раза по сравнению с РС, собранными без АМ, а на последний виток РС с АМ уменьшилась в 1,3 раза.
Заключение
Разработаны и исследованы функциональные модели резьбовых соединений типа стяжки, в которых в отличие от существующих моделей учтены силы трения, возникающие при контакте витков, и наличие прослойки поли-меризованного анаэробного материала между нерабочими поверхностями витков. Установлено, что повышение сил трения приводит к некоторому перераспределению нагрузки по виткам резьбы.
Распределение нагрузки по виткам, полученное при исследовании методом конечных элементов, значительно более равномерное, чем при теоретическом исследовании. Это объясняется тем, что при теоретическом моделировании не учитывалось взаимовлияние охватываемой и охватывающей деталей на напряженно-деформирование состояние друг друга, проявляемое через контакт витков.
Установлено, что при сборке резьбовых соединений с анаэробными материалами суммарная нагрузка, приходящаяся на витки резьбы, существенно уменьшается (на 27-45 %), так как часть нагрузки воспринимает полимеризо-ванный анаэробный материал, находящийся в пустотах зоны контакта и работающий как упругая прослойка, связывающая нерабочие поверхности витков резьбы. Нагрузка на наиболее нагруженный виток уменьшается при сборке с анаэробными материалами в 1,5-2 раза. Увеличение длины свинчивания (шесть и восемь контактирующих витков) не приводит к существенному повышению несущей способности соединения.
Таким образом, применение анаэробных материалов при сборке резьбовых соединений типа стяжки так же, как и при сборке соединений типа болт-гайка, приводит к уменьшению доли нагрузки, приходящейся непосредственно на витки резьбы, что позволяет повысить прочностные характеристики резьбовых соединений. Кроме того, в резьбовом соединении типа стяжки, в котором охватываемая и охватывающая детали испытывают деформации растяжения, внешняя нагрузка распределяется по виткам соединения практически равномерно, что важно для обеспечения как статической, так динамической прочности соединения.
Список литературы
1. Биргер, И. А. Резьбовые и фланцевые соединения / И. А. Биргер, Г. Б. Иосилевич. -М. : Машиностроение, 1990. - 368 с.
2. Березин, С. Я. Упругие модели в решении задачи Н. Е. Жуковского / С. Я. Бере-зин, В. Н. Леонов // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2007. - № 4. -С. 23-27.
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. 34-39.
4. 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.
5. Воячек, И. И. Избирательное упрочнение соединений с натягом при сборке с анаэробными материалами / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков, С. Г. Митясов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2015. - № 2 (34). - С. 192-204.
Кочетков Денис Викторович
кандидат технических наук, доцент, кафедра теоретической и прикладной механики и графики, Пензенский государственный университет
E-mail: [email protected]
Воячек Игорь Иванович
доктор технических наук, профессор,
кафедра технологии машиностроения,
Пензенский государственный
университет
E-mail: [email protected]
Kochetkov Denis Viktorovich candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of theoretical and applied mechanics and graphics, Penza State University
Voyachek Igor Ivanovich doctor of technical sciences, professor, sub-department of mechanical engineering, Penza State University
Зверовщиков Александр Евгеньевич
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой технологии
машиностроения,
Пензенский государственный
университет
E-mail: [email protected]
Zverovschikov Alexander Evgenуevich doctor of technical sciences, professor, head of sub-department of mechanical engineering, Penza State University
УДК 621.01: 621.81: 621.88 Кочетков, Д. В.
Разработка и исследование функциональных моделей резьбовых соединений типа стяжки при сборке с анаэробными материалами / Д. В. Кочетков, И. И. Воячек, А. Е. Зверовщиков // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. - 2016. - № 4 (20). - С. 115-127.
