Резьбовые соединения в конструкциях машин составляют 15— 25% от общего количества соединений. Такая распространенность объясняется их простотой и надежностью, удобством регулирования затяжки, а также возможностью разборки и повторной сборки соединения без замены детали.
Резьбовые соединения применяются для решения следующих технологических задач:
¨ обеспечение неподвижности и прочности сопрягаемых деталей;
¨ выдерживание требований прочности и герметичности;
¨ точности установки сопрягаемых деталей;
¨ регулирования взаимного положения деталей.
Трудоемкость сборки резьбовых соединений машин составляет 25—35% общей трудоемкости сборочных работ.
Процесс сборки резьбового соединения в общем случае складывается из следующих элементов;
¨ подачи деталей,
¨ установки их и предварительного ввертывания (наживления),
¨ подвода и установки инструмента,
¨ завинчивания и затяжки,
¨ отвода инструмента,
¨ дотяжки, шплинтовки или выполнения иного процесса, необходимого для предохранения от самоотвинчивания.
Из технологических работ в процессе завинчивания 12—17% идет на предварительное ввертывание, 18—20% на затяжку и 5—8% на дотяжку (от всего времени сборки соединения). В случае автоматической сборки все эти три элемента процесса выполняются последовательно одним инструментом. Однако при механизированном выполнении работ предварительное ввертывание часто производят вручную. Объясняется это тем, что от доброкачественности наживления зависит правильная первоначальная установка одной детали по резьбовому отверстию другой, а также возможность исключения срывов первых ниток резьбы, что нередко приводит к порче дорогостоящих корпусных деталей. Как показывает результат исследования, при механическом наживлении скорость вращения ввертываемой детали, диаметр, угол наклона и квалитета резьбы, а также величина осевого усилия, прикладываемого к детали, должны находиться в определенной зависимости. Ввертываемая деталь должна быть подведена к резьбовому отверстию до совпадения осей, затем необходимо создать осевое усилие для прижатия этой детали к кромке отверстия и после этого сообщить детали вращательное движение с определенной скоростью, величина которой обратно пропорциональна диаметру резьбы.
Примерно 80% энергии, расходуемой на весь процесс навинчивания, затрачивается на преодоление сил трения и около 20% на затяжку. Собираемость винтовых или болтовых соединений зависит от точности или достаточности зазоров между винтом (болтом) и соответствующими поверхностями скрепляемых деталей. Это определяется путем расчета размерных цепей соединений.
Неподвижность шпильки, ввинченной в корпус, достигается натягом, создаваемым обычно одним из трех способов:
¨ коническим сбегом резьбы;
¨ упорным буртом;
¨ тугой резьбой с натягом по среднему диаметру.
При первом способе шпилька завинчивается достаточно свободно в гнездо вплоть до сбега, а при дальнейшем ее вращении в витках сбега возникают расклинивающие силы, создающие необходимый натяг.
Стабильность такого соединения зависит преимущественно от механических характеристик материалов корпуса и шпильки, угла сбега резьбы и момента завинчивания шпильки. Для стальных шпилек и корпусов из алюминиевых и магниевых сплавов угол сбега обычно составляет 20°. При стальных корпусах для повышения усталостной прочности и большей неподвижности соединения угол сбега уменьшают.
Этот способ постановки шпилек имеет существенные недостатки, состоящие в том, что расклинивающее действие нередко вызывает чрезмерное смятие начальных витков резьбы в отверстии и микроскопические радиальные трещины, особенно если базовая деталь чугунная. Поэтому, как свидетельствует опыт, использование сбега резьбы рационально лишь в соединениях, не несущих особенно больших нагрузок и не подверженных вибрациям. Натяг, созданный упором бурта в базовую деталь не имеет этого недостатка, но постановка таких шпилек, как и в первом случае , весьма усложняется при механизированной и тем более автоматизированной сборке, так как крутящий момент в конце завинчивания резко увеличивается, что может привести к поломке инструмента
В третьем случае неподвижность соединения достигается за счет натяга по среднему диаметру ( радиальный натяг) всех витков.
В конструкциях машин применяются болтовые и винтовые соединения, собираемые без затяжки с предварительной затяжкой. Область использования соединений первого типа крайне ограничена, соединения же второго типа распространены чрезвычайно широко.
Предварительная затяжка соединений при сборке играет существенную роль в повышении долговечности работы сборочных единиц или машины и должна быть такой, чтобы упругие деформации деталей соединения при установившемся режиме работы машины или механизма находились в определенных пределах, обусловленных конструктивными особенностями.
Степень предварительной затяжки болта или винта зависит от сил, нагружающих соединение.