Для соединения деталей из пластмасс применяют винты трех типов: винты для металлов (с потайной, по­лукруглой, полупотайной, цилиндрической и другими го­ловками); самонарезающие винты и формующие винты (шурупы).

Соединение с помощью винтов для металлов

Крепежные элементы. Для соединения пластмассо­вых деталей не рекомендуется применять винты боль­ших диаметров, так как для. их завинчивания требуются значительные крутящие моменты, в результате чего воз­можно повреждение пластмассы.

Размеры и форма головки винта не влияют на удер­живающую силу. В корпусных деталях, которые услов­но рассматриваются как гайки с бесконечной толщиной стенки, рекомендуют применять метрический профиль резьбы. Вместе с тем с целью увеличения несущей спо­собности резьбовых соединений деталей йз пластмасс вершины выступов резьбы у винта и впадину резьбы в отверстии скругляют [16]. Радиус. скруглення должен составлять не более 5,5% шага резьбы. С этой целью можно уменьшить также высоту профиля резьбы на 45% от высоты остроугольного профиля, уменьшив на­ружный диаметр винта.

Винты для крепления пластмасс изготовляют из кон­струкционной углеродистой стали. В изделиях электро­технического назначения применяют винты из сплавов меди. Крепежные, элементы можно изготовлять из мате­риала соединяемой детали или из полиамида, поликар* боната, полиацеталей. Высокая прочность крепления до­стигается при использовании, винтов из. композиционных полимерных материалов.

Геометрические параметры. Параметры винтового со­единения (шаг t между резьбовыми отверстиями, мини­мальное расстояние t от края детали до шва и т. д.), при которых обеспечивается равнопрочность соединяе­мых деталей'и кр. епежа, можно выбирать на оснований рекомендаций, приведенных выше для болтового соеди­нения.

8J

Минимальные значения t тл t для соединения дета­лей из стеклопластиков, найденные эмпирически [87], составляют соответственно (1,3—l,7)d и (l,4-^2,0)d (здесь d — диаметр винта).

Параметры затяжки винтового соединения. Проч­ность винтового соединения зависит от. затяжки винтов, при выборе параметров которой можно воспользоваться данными, приведенными для болтового соединения.

Для создания определенного усилия затяжки Q не­обходим крутящий момент Мкл> который затрачивается на преодоление момента трения в резьбе Мр и момента трения головки винта Мт. Составляющие Мр и Мт рас­считывают по следующим формулам:

Мр — Q/'tp ■ tg(p Н- р )

41г Q г

где Гір— (d+Di)/4—радиус трения в резьбе с учетом степени пере­крытия профилей резьбы пинта и отверстия. Здесь d — внешний диа­метр резьбы ввита; J51 — внутренний диаметр резьбы в отверстии);

р — угол подъема винтовой линии (tg (5= ; (— шаг резьбы;

» * ср

—средний диаметр резьбы винта); ip'=arctgp' (р'— коэффи­циент трения в резьбе); гГ1 = (Dr -|-rfi)/4 — радиус трения головки винта по поверхности детали (здесь DT — диаметр головки, d — диа­метр отверстия в детали); рп— коэффициент трения в зоне контакта головки винта с поверхностью детали.

Совместное решение уравноний для Мр и Мг даст почти линейную зависимость Q от - Мкл:

Q - МКл/[Гтр tg ( Р - г f>') + ГтгМо]

Эксперименты [88], однако, показали, что линей­ный характер зависимости Q=f(M icjO сохраняется ТОЛЬ" ко на определенном участке кривых (рис. 111.21). Если свойства материала винта чувствительны, к влаге, то для обеспечения заданного усилия затяжки требуется прило­жить больший крутящий момент вследствие увеличе­ния коэффициентов трения р' и р0 и посадки с натягом разбухшего винта. Необходимость создания повышен­ных крутящих моментов при затяжке характерна для винтов, хранящихся во, влажных условиях, у которых зазор в резьбе мал. Основной причиной повышения мо­мента затяжки считают увеличение диаметра винта в результате поглощения воды,

Твердость поверхности винта с увеличением содер­жания поглощенной воды уменьшается. Это частично компенсирует возрастание М1а для винтов большого диаметра. При возрастании содержания влаги в поли­амидных винтах максимальное усилие затяжки, которое можно создать с их помощью, .снижается. Этого-не на­блюдается для винтов из поликарбоната и полиформаль­дегида (рис. ІІІ.21, б), что объясняется их меньшей вла - гоемкостью, а следовательно, и меньшим снижением .прочности материала при сорбции воды [88],

В результате трения в резьбе и под головкой винта снижается теоретически достижимое усилие затяжки и повышаются напряжения кручения, которые действуют на винт. Поэтому при расчете крутящего момента необ­ходимо. знать коэффициенты трения пар: винт —отвер­стие и головка — подложка [88]. При использовании подложек из термопластов или реактопластов и посто­янном крутящем моменте достигают большие усилия, чем при использовании подложек из стали (рис. Ш,22), а коэффициент трения ц0 при этом снижается [88].

83

В случае применения винтов из пластмасс необ­ходимо [88] прикладывать крутящий момент, соответ­ствующий концу, линейного участка («пределу пропор­циональности») кривой Q = Ч(М кл) ■ При этом не воз­никают повреждения профи­ля резьбы.

Для винтов из различ­ных полиамидов и поли­формальдегида рекомендуе­мые значения крутящих мо­ментов примерно одинаковы (45-65 Н-см).

Большинство резьбовых крепежных элементов за­вертывается вручную клю­чами л отвертками стан­дартного и специального ис­полнения. По способу кон­троля точности затяжки от­вертки (ключи) подразде­ляют [22, с. 155] на: динамометрические, предельные (ключи с регулируемым моментом затяжки), а также ключи без ограничения крз'Тящего момента.

Для сборки резьбовых соединений наибольщее рас­пространение получили резьбозавертывающие ручные машины, что объясняется/простотой их конструкции, на­дежностью в эксплуатации, экономичностью (срок оку­паемости от двух педель до двух месяцев) и. высокой производительностью.

Резьбозавертьґвающие машины классифицируют в за­висимости от их конструкции и вида потребляемой энер­гии. Для сборки деталей из пластмасс рекомендуется применять резьбозавертывающие машины безударного статического действия. Достоинством таких машин яв­ляется постоянство крутящего момента. Однако, в ре­зультате возникновения большого реактивного момента, Действующего на руку рабочего, их применение возмож­но для резьб диаметром только до 12-Д6 мм. Установив на такой машине ограничительную муфту, можно пройз-
водить затяжку е тарирован­ным крутящим, моментом.

В крупносерийном и массо­вом производстве для оборки резьбовых соединений рента­бельно использовать автоматы и полуавтоматы. С целью со­кращения затрат на сборку применяют транспортирующие устройства и крепеж, изготов­ленный Б виде ленты.

Прочность соединения. Кон­струкции, соединяемые С ПО­МОЩЬЮ винтов для металлов, лучше противостоят статиче­ским нагрузкам, чем динами­ческим.

- Прочность соединения за­висит от вида пластмассы, диаметра винта, глубины за­винчивания, направления ра - груженйя [46] и способа из­готовления резьбы. Удержива­ющая сила возрастает с повы­шением'(прочности соединяемо­го материала; наибольших значений она достигает в вин­товых соединениях деталей из стеклотекстолита, особенно на основе тканей и5 крученого стеклянного волокла.

С увеличением диаметра винта и глубины завинчива­ния возрастают как осевая, так и поперечная удержи­вающие силы [89, о. 117]. Прочность резьбрвого соеди­нения (осевая удерживающая сила Руя) почти линейно возрастает с увеличением глубины завинчивания винта в стеклопластик (рис. 111.23), что возможно при равно­мерном распределении нагрузки между витками резьбо­вого отверстия. Равнопрочность резьбы в деталях из стеклопластика и тела винта достигалась при глубине завинчивания, равной (3—4)d (d —диаметр резьбы). При глубине завинчивания, меньшей 3d, срезаются вит­ки в отверстии детали, большей 3d — винт‘ разрывается

по первому витку. Разрыв вин­та при его извлечении из по­лиэфирного стеклотекстолита происходит при глубине завин­чивания ^'2 d.

В деталях из пресс-порош­ков, выполненных прессовани­ем, с резьбовыми отверстиями диаметром М3—іМ5 глубина завинчивания допускается рав­ной (2—3)d. Для резьб мень­шего диаметра глубину завин­чивания можно увеличить, но при этом конец винта не дол­жен упираться в дно глухого отверстия.

С уменьшением шага резь­бы осевая удерживающая си­ла винтов понижается (рис. 111.24) ;[89].

В материале вокруг отвер­стия с прессованной. резьбой упрочняющие волокна наполнителя располагаются хао­тически. В образцах с резьбой, нарезанной метчиками, обнаруживается преимущественная ориентация волокон в плоскости, перпендикулярной оси отверстия. В резуль­тате, несмотря и а меньшую площадь рабочего сечения винта и менее равномерную (вследствие зазоров) на - груженность витков, удерживающая сила, оказывается более высокая, чем в образцах с прессованной резьбой.

При исследовании [90] изделий из тонкостенных де­талей па основе порошкообразных пресс-матери а лов (например, K-21I-2), соединенных с помощью винтов для металлов, не было обнаружено разрушения соедине­ния в результате смятия или среза витков резьбы, ха­рактерного для резьбовых соединений металлических деталей. Решающее влияние на прочность оказывают напряжения, возникающйе в стенке детали с резьбой." Достаточно прочное соединение обеспечивается при от­ношении наружного диаметра D ступицы к диаметру резьбы d, равном 2,25—2,50 (для реоьб диаметром До М18). Дальнейшее увеличение отношения (D/d) не име­ет практического смысла.

В резьбовом отверстии при отношении Djd= (2,25— 2,50) рационально выполнить 9—10 витков резьбы. Уве­личивать число витков свыше 10 нецелесообразно вслед­ствие неравномерного распределения нагрузки между витками и малой величины усилия, приходящихся на последние витки.

Прочность соединения деталей пластмассовыми вин­тами увеличивается с повышением прочности материала винтов.

На практике очень важно знать, как меняется удер­живающая сила при действии на винтовое соединение влаги. Если соединение сухое, то осевая удерживающая сила одинакова для винтов из полиамида 6 и полиами­да 6,6, однако она. на 20% меньше удерживающей силы для винтов из полиамида 6,10, поликарбоната и поли­формальдегида ,р88]. Во влажной среде лучше всего эксплуатировать винты из полиамида 6,6. По сравнению с винтами из. поликарбоната и полиформальдегида они менее чувствительны к* изгибающим нагрузкам.

Прочность резьбовых соединений в случае, когда винты вворачиваются в предварительно .нарезанные (или отформованные) отверстия, зависит от усилия затяжки крепежа, которое может, как и при болтовом соедине­нии, со. временем ослабевать.

Для .предотвращения ослабления и самопроизволь­ного отвинчивания винтов (особенно в соединениях, под­вергнутых действию динамических. нагрузок) применяют пружинные шайбы. Однако они иногда повреждают поверхность пластмассовой детали под головкой крепе­жа. 'Для стопорения винтов используют также упругие полиамидные вставки, свободно помещаемые или за­прессованные в полость резьбовой части винта, так что­бы они входили в резьбу на глубину не менее трех ша­гов и выступали над ее поверхностью на 0,5 шага {91, с. 149]. Резьба во вставке формируется при завинчива­нии винта в резьбовое отверстие. Упругая вставка (кольцевой формы) .прижимается в радиальном направ­лении к резьбе детали, обеспечивая тем самым герме­тичность соединения, а также прижимает винт к резьбе в отверстии. Обладая высокой стопорящей способно­стью, полиамидные или полиформальдегидные вставки не затрудняют вывинчивание винта, что позволит приме­нять их в разъемных соединениях. Такие вставки при-

годны для многократного использования, так как разви­вающиеся незначительные пластические деформации почти не влияют на качество соединения.

При использовании самонарезающих винтов (мет - ■чикового типа) или формующих винтов (шурупов) обес­печивается посадка с натягом винта в детали из пласт­массы, и соединение остается достаточно прочным, не­смотря на возможную ползучесть материала.