Затяжка с контролем угла поворота гайки

Сущность метода состоит в том, что гайку поворачивают на угол, значение которого определяется расчётом на основе заданного усилия затяжки и коэффициентов податливости болта и стягиваемых деталей. Угол поворота гайки отсчитывается с помощью специального устройства, содержащего градуированный диск и стрелку, которая поворачивается вместе с ключом и гайкой.

Для определения расчетного угла поворота гайки (болта) (в градусах) следует использовать зависимость

, (2)

где – усилие затяжки, Н;

– шаг резьбы, м;

и – соответственно длина болта (шпильки) и толщина фланцев

стягиваемых деталей, м;

и – соответственно площади сечения болта и стягиваемых

деталей, м²;

и – соответственно модули упругости материалов болта и

стягиваемых деталей, Па;

и – соответственно коэффициенты податливости болта и

стягиваемых деталей;

– среднее значение коэффициента для данного соединения.

Расчетная длина болта (рис.2) принимается равной

 

Рис.2

Определение для деталей типа втулок (рис.3,а) с наружным диаметром , близким к диаметру торца гайки , затруднений не вызывает. Но часто стягиваемые детали представляют собой фланцы. В таких случаях принято считать, что деформация деталей от усилия затяжки захватывает «конус давления» (рис.3,б), образующие которого составляют с осью болта угол ,а диаметр меньшего основания конуса равен диаметру опорного торца гайки . Для упрощения расчетов конус условно заменяют полым цилиндром с диаметром , и его площадь поперечного сечения принимается за площадь поперечного сечения стягиваемых деталей:

где l – высота «конуса давления» (см. рис.3).

 

 

Рис.3

Преимуществом метода затяжки по углу поворота является отсутствие в расчетных формулах коэффициентов трения, значения которых могут существенно изменяться, что значительно снижает точность расчетов. Кроме того, этот метод прост в выполнении.

Недостатки метода, относящиеся к точности такого контроля усилия затяжки, обусловлены, главным образом, следующими причинами. В начальный период затяжки происходит выбор зазоров в соединении, пластическая деформация (смятие) шероховатостей поверхностей резьбы и сопрягаемых плоских поверхностей деталей. При этом удлинение болта происходит до точки а (рис.4) непропорционально углу поворота гайки , как это предусмотрено выражением (2). Скорректируем график, заменив криволинейный участок прямой пунктирной линией. В результате получим значение исходного угла , в пределах которого поворот гайки как бы не вызывает удлинение болта. Теперь предполагается, что удлинение болта начинается после «холостого» поворота гайки на угол . В таком случае необходимый угол поворота гайки в процессе затяжки (угол затяжки ) должен быть равен

,

где угол – расчетный угол затяжки, определяемый выражением (2).

Для уменьшения значения рекомендуется каждый раз перед затяжкой болта (шпильки) производить предварительно двух – или трехкратное обжатие деталей (завинчивание – отвинчивание гайки) с усилием, несколько превышающим заданное значение .

После такого обжатия деталей гайка завертывается от руки до упора в деталь, а затем поворачивается ключом на угол .

 

 

 

Рис.4

 

К недостаткам метода следует отнести также допущения, принимаемые для оценки коэффициента податливости и, в частности, при определении площади поперечного сечения стягиваемых деталей вследствие условности замены «конуса давления» полым цилиндром с , а также вследствие неопределенности данных по значению угла конуса .

Затяжка с контролем угла поворота гайки характеризуется низкой точностью особенно при затяжке коротких болтов и шпилек. Однако с увеличением длины болты (шпильки) точность затяжки возрастает. Поэтому его используют при и .

Примером затяжки с контролем угла поворота гайки является крепление втулки на валу ротора турбогенератора. В техпроцессе его сборки говорится: произвести обжатие поверхностей соединяемых деталей затягиванием гайки спецключом затем отвернуть гайку и завернуть её окончательно на угол 25^о…30^о.

Этот метод контроля усилия затяжки используется часто в соединениях трубопроводных систем (масляных, топливных и др.).