6.1. Форма гайки и материалы для её изготовления .
Из анализа структурной схемы ясно, что витки резьбы винта опираются на витки резьбы гайки и при этом винт вращается (или наоборот, задание 5). Гайка, чаще всего, вставляется в корпус механизма и под действием нагрузки висит на буртике (рис. 6.1.). Она выполняется как отдельная деталь из антифрикционного материала (рис. 6.2). Применяются бронзы (ОФ10-1; БрОЦС 5-5-5; БрАЖ 9-4 и др.). При небольших нагрузках могут быть использованы антифрикционные чугуны (АЧС-1; АЧС-2 и др.) или серые чугуны (СЧ-15; СЧ-18).
Если нужно с гайкой связать конструктивные элементы: рукоятки (рис. 6.3) или пальцы (рис 6.4), гайки делают либо целиком стальные (ст.3; стали 20, 30), либо из дешевой стали выполняют корпус, в который вставляют гайку, выполненную из бронзы или чугуна.
В некоторых случаях гайки, как таковой, может вообще не быть: резьба для взаимодействия с винтом нарезается непосредственно в корпусной детали.
6.2. Определение размеров гайки
6.2.1. Определение высоты гайки
Высота гайки Hг=Р·Z, мм
где Р – шаг резьбы;
Z – число витков резьбы гайки.
Число витков резьбы определяется из расчета на смятие
где Асм – площадь контакта одного витка резьбы винта и витка резьбы гайки (рис. 6.2)
, мм2
Так как витки винта движутся по виткам гайки, давление на поверхность контакта не должно быть большим, чтобы не выдавливалась смазка. Поэтому [σсм] ограничивается. Ограниченное напряжение смятия называется допускаемым удельным давлением [р] (Таблица 6.1)
Таблица 6.1
Материал винта и гайки |
[р], МПа |
Чугун по чугуну |
3…3,5 |
Сталь по чугуну |
5…6 |
Сталь по антифрикционному чугуну |
10…13 |
Сталь по стали |
7…13 |
Сталь по бронзе оловянистой |
8…13 |
Сталь по бронзе безоловянистой |
7…8
|
Поскольку, как известно, лишь 8-10 витков резьбы гайки воспринимают осевую нагрузку, делать Z больше не имеет смысла. Поэтому
Если Z' получается больше 10, то нужно увеличить диаметр резьбы и повторить расчет. Полученное число витков Z' проверяется на срез по плоскости «а-а» (рис. 6.2 б)
,
где [τcр]=0,75[σр] – для бронзовой гайки;
[τcр]=0,15[σр] – для чугунной гайки;
[τcр]=(0,2…0,3)σр – для стальной гайки;
kр– коэффициент полноты резьбы:
kр=0,88 для треугольной резьбы;
kр=0,76 для упорной резьбы;
kр=0,5 для прямоугольной резьбы;
kр=0,4 для трапецеидальной резьбы.
Если τcр> [τcр] необходимо:
при Z'<10, увеличить число витков и повторить проверку;
при Z'?10, увеличить диаметр резьбы и повторить определение числа витков.
Если τcр≤ [τcр], то по Z' определяется высота гайки H'г и округляется до ближайшего целого большего числа по ГОСТ 6636-83 «Нормальные линейные размеры».
6.2.2. Определение наружного диаметра гайки (кроме гаек заданий № 5 и 6).
Поскольку гайка висит на буртике, возможен разрыв её по плоскости «в-в» (рис. 6.1). Из условия прочности на растяжение с кручением
.
и площади сечения гайки 
, мм.
где [σр]= 
- для стальных и бронзовых гаек;
[σр]= 
- для чугунных гаек;
n – 2,5…3,5 – коэффициент запаса прочности;
k =1,3- коэффициент, учитывающий скручивание.
Для удобства изготовления и нормальной эксплуатации толщина тела гайки должна быть не менее 5мм, поэтому должно быть
Dнг≥D+10мм.
6.2.3. Определение размеров буртика гайки.
Наружный диаметр .
На кольцевой поверхности контакта буртика гайки и корпуса возникают напряжения смятия. Поэтому
.
Отсюда
, мм.
Здесь [σсм] = 0,8σт т т.к. контактирующие детали неподвижны. Расчет ведется по менее прочной детали.
На входе в расточку корпуса (рис. 6.1) для того, чтобы удобнее было вставлять гайку, выполняется фаска. Поэтому ширина опорного кольца буртика не может быть меньше 5мм.
С учетом этого Dб≥Dнг+10мм.
Высота буртика.
Высота буртика определяется из условия прочности его на срез по плоскости «с-с» (рис. 6.2 а).
.
где [τcр] = 20…25Мпа для бронзы;
[τcр] = 20…30Мпа для чугуна.
Полученные значения 
и 
- округляются до ближайших больших целых значений по ГОСТ 6636-83.
6.2.4. Определение наружного диаметра гайки съёмника для втулок (задание №5).
В съёмнике для втулок гайка имеет форму, приведенную на рис 6.3. Во время работы она опирается на корпус плоскостью «d-d». Поэтому из условия прочности на смятие
, мм.
Так как поверхности подвижны относительно друг друга
[σсм] =(13…15)Мпа (сталь по стали).
Затем тело гайки нужно проверить на сжатие
,
где 
;
Значения n и K см. п. 6.2.2.
Так как l1 (рис 6.3) не может быть меньше 5мм, Dн должно быть
Dнг≥D+(14…20)мм.
Полученное значение 
округляется до ближайшего большего целого по ГОСТ 6636-83.
Если гайка вставная, то размеры корпуса под неё определяются, по размерам гайки с учетом необходимости крепления рукояток.
6.2.5. Определение размеров гайки механизма отвода муфты (задание № 6).
Гайка стальная. Конструкция по рис. 6.4.
Высота гайки определяется по п. 6.2.1., но для обеспечения устойчивого положения на винте при перемещении Нг=(0,8-1) D, мм.
Наружный диаметр принять Dнг=D+2(с+ l1), мм.
l1min=5мм.
сmin=3мм.