Угол наклона резьбы. Виды резьб. Виды метрических резьб

На сегодняшний день в сфере машиностроения часто применяются различные резьбовые соединения. Резьба это сложный технологический процесс требующий определенных навыков и умений. Для нарезания резьбы необходимо уметь настраивать станок, подбирать, затачивать и устанавливать режущий инструмент и конечно же уметь пользоваться резьбовыми измерительными приборами. В настоящее время часто применяется метрическая резьба (имеет треугольный профиль). Начнем все по порядку и для начала разберем общие понятия:

Профиль резьбы

Профиль метрической резьбы похож на равносторонний треугольник с углом 60°. Вершинки резьбы могут быть острыми и слегка срезанными, это зависит от заточки резца и глубины резания. Не рекомендуется делать метрическую резьбу с другим углом, так как это будет являться нарушения требований к метрической резьбе в частности к ее профилю. Видоизмененный профиль резьбы влияет на резьбовое соединение деталей например винт и гайка.

Профиль наружной резьбы рис. слева и внутренней резьбы рис. справа

Профиль метрической и профиль цилиндрической резьбы и ее развертывание

• d , d1 , d2 – наружный, внутренний и средний диаметр болта
• D , D1 , D2 – наружный, внутренний и средний диаметр гайки
• р – шаг; ω – угол подъема

Шаг резьбы

Шаг резьбы – это расстояние между двумя вершинками резьбы измеренными вдоль оси

Угол подъема резьбы – это угол, образованный направлением выступа резьбы и плоскостью, перпендикулярной к оси резьбы. Определяется по формуле:

tgω=p/( π d2)

Ход резьбы – однозаходная резьба равен ее шагу. Если резьба имеет несколько заходов k , то ход резьбы рассчитывается по формуле: за один оборот гайка переместится в осевом направлении в k раз дальше.

Ph=pk

Классификация резьб

По виду поверхности: цилиндрические и конические.

По признаку расположения резьбы: наружные и внутренние.

По направлению винтового выступа резьбы: правые и левые.

По числу заходов: однозаходные – образованные одним выступом и многозаходные - образованные двумя и более выступами резьбы.

По профилю:

Треугольные	Трапецеидальные	Упорные	Треугольные для трубной и цилиндрической резьбы

По назначению: крепежные и ходовые

По системе размерности: метрические α =60° и дюймовые α =55°.

Исходный профиль метрической резьбы это треугольник высотой Р с углом α 60°. Вершина треугольника срезана, впадина профиля резьбы имеет плоскую или закругленную форму. Закругленная форма предпочтительней. Метрическая резьба выполняется с крупным и мелким шагом. Диаметры и шаги метрической резьбы оговорены в ГОСТ 8724-81, а профиль и его размеры ГОСТ 9150-81. Размеры дюймовой резьбы выражены в дюймах (один дюйм равен 25,4мм), исходный профиль дюймовой резьбы это треугольник с углом при вершине α =55°.

Виды и характеристики резьб.

Классификация и основные признаки резьб:

• единица измерения диаметра (метрическая, дюймовая, модульная, питчевая резьба)
• расположение на поверхности (наружная и внутренняя резьба)
• направление движения винтовой поверхности (правая, левая);
• число заходов (одно- и многозаходная), например двузаходная, трёхзаходная и т. д.;
• профиль (треугольный, трапецеидальный, прямоугольный, круглый и др.);
• образующая поверхность на которой расположена резьба (цилиндрическая резьба и коническая резьба);
• назначение (крепёжная, крепёжно-уплотнительная, ходовая и др.).

Основные параметры резьбы и единицы измерения

Профиль резьбы - это контур сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось резьбовой детали. ГОСТ 9150-81 и ГОСТ 8724-81 устанавливают единый номинальный профиль для цилиндрических метрических резьб диаметром до 600 мм, включая резьбы диаметром менее 1 мм. Номинальный профиль резьбы и его элементы показаны на рис. 1. Впадина наружной резьбы (рис. 2) может быть плоскосрезанной или закругленной: R max = 0,144Р , R min = 0,108Р , где R - радиус впадины; Р - шаг резьбы.

Рис. 2. Впадины резьбы болта и гайки.

Резьбы определяются следующими основными параметрами: наружным, средним и внутренним диаметрами; шагом; углом профиля; углом наклона сторон профиля.

Наружный диаметр резьбы d (см. рис. 1) -диаметр цилиндра, описанного относительно вершин наружной резьбы (или впадин внутренней резьбы).

Внутренний диаметр d 1 - диаметр цилиндра, вписанного в вершины внутренней резьбы (или впадины наружной резьбы).

Номинальные значения d и dx для наружной и внутренней резьбы одинаковые.

Средний диаметр d 2 - диаметр воображаемого цилиндра, поверхность которого пересекает витки резьбы таким образом, что ширина витков и ширина впадин равны.

Шаг резьбы Р - расстояние между параллельными сторонами двух рядом лежащих витков резьбы крепежа, измеренное вдоль оси. ГОСТ 8724-81 устанавливает диаметры в диапазоне 0,25...600 мм и шаги 0,075...6 мм. Метрические резьбы могут иметь крупный шаг (при диаметрах 0,25...68 мм) и мелкий шаг (при диаметрах 1...600 мм).

Угол профиля α - угол между боковыми сторонами профиля, измеренный в осевой плоскости. Угол наклона сторон профиля β - угол между стороной профиля и перпендикуляром к оси резьбы. Для резьб с симметричным профилем β = 0,5α . Для резьб с асимметричным профилем, например для упорной или конической, угол наклона каждой стороны определяется независимо.

Высота исходного треугольника Н - высота остроугольного профиля, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения. Рабочая высота профиля Н 1 - высота плоскосрезанного теоретического профиля, равная полуразности наружного и внутреннего диаметров. Для метрических резьб Н = 0,866025×Р , Н 1 = 0,54126×Р .

Ход P h - величина относительного перемещения исходной средней точки по винтовой линии резьбы на угол 360°; P h =P ×n , где n - число заходов.

В действительности высота соприкосновения меньше, так как система допусков предусматривает определенные зазоры, например, по внутренним диаметрам резьбы гайки и болта.

Рабочая высота витка Н 1 - наибольшая высота соприкосновения; наименьшая выcота соприкосновения обозначается Н 1 min . Для резьбы с плоскосрезанным профилем Н 1 и Н 1 min определяют наибольшее и наименьшее перекрытие витков резьбы болта и гайки.

Угол подъёма резьбы (винтовой линии)

Для многозаходных резьб в числителе этой формулы следует подставлять вместо Р произведение n 0 P , где n 0 - число заходов. Длина свинчивания (высота гайки Н ) - длина (высота) соприкосновения поверхностей болта и гайки, измеренная вдоль оси.

Обозначается метрическая резьба буквой M (от англ. metric system, метрическая система мер). Резьба с номинальным диаметром 32 мм с крупным шагом обозначается как М32; резьба с номинальным диаметром 16 мм с мелким шагом – М16x1,5; для обозначения левой резьбы в конце добавляются буквы LH.

Виды резьб:

- с шагом и основными параметрами резьбы в долях метра .

Имеет широкое применение с номинальным диаметром от 1 до 600 мм и шагом от 0,25 до 6 мм. Профиль - равносторонний треугольник (угол при вершине 60°) с теоретической высотой профиля Н=0,866025404Р. Все параметры профиля измеряются в долях метра (миллиметрах).

Стандарты:

• ГОСТ 24705-2004 (ИСО 724:1993) - Резьба метрическая. Основные размеры.
• ГОСТ 9150-2002 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Профиль.
• ГОСТ 8724-2002 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Диаметры и шаги.
• ISO 965-1:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 1. Принципы и основные характеристики.
• ISO 965-2:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 2. Предельные размеры резьб для болтов и гаек общего назначения. Средний класс точности.
• ISO 965-3:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 3. Отклонения для конструкционной резьбы.
• ISO 965-4:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 4. Предельные размеры для наружных винтовых резьб, гальваницированных горячим погружением, для сборки с внутренними винтовыми резьбами, нарезанными метчиком с позиции допуска H или G после гальванизации.
• ISO 965-5:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 5. Предельные размеры для внутренних винтовых резьб винтов для сборки с наружными винтовыми резьбами, гальванизированными горячим погружением, с максимальным размером позиции допуска h до гальванизации.
• ISO 68-1 - Резьбы винтовые ISO общего назначения. Основной профиль. Метрическая резьба.
• ISO 261:1998 - Резьбы метрические ИСО общего назначения. Общий вид.
• ISO 262:1998 - Резьбы ISO метрические общего назначения. Выбранные размеры для винтов, болтов и гаек.
• BS 3643 - ISO metric screw threads.
• DIN 13-12-1988 - Резьбы метрические ИСО основные и прецизионные диаметром от 1 до 300 мм. Выбор диаметров и шагов.
• ANSI B1.13M , ANSI B1.18M - Метрическая резьба М с профилем базирующимся на стандарте ISO 68.

Условное обозначение: буква M (metric), числовое значение номинального диаметра резьбы (d, D на схеме, оно же внешний диаметр резьбы на болте) в миллиметрах, числовое значение шага (для резьбы с мелким шагом) (P на схеме) и буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 16 мм с крупным шагом обозначается как M16; резьба с номинальным диаметром 36 с мелким шагом 1,5 мм - М36х1,5; такая же по диаметру и шагу но левая резьба М36х1,5LH.

- все параметры резьбы выражены в дюймах (чаще всего обозначается двойным штрихом, ставящимся сразу за числовым значением, например, 3" = 3 дюйма), шаг резьбы в долях дюйма (дюйм = 2,54 см). Для трубной дюймовой резьбы размер в дюймах характеризует условно просвет в трубе, а наружный диаметр, на самом деле, существенно больше.

Метрическая и дюймовая резьба применяется в резьбовых соединениях и винтовых передачах.

Шаг резьбы измеряется модулем (m). Чтобы получить размер в миллиметрах достаточно модуль умножить на число пи (π).

Питчевая резьба - шаг резьбы измеряется в питчах (p"). Для получения числового значения (в дюймах) достаточно число пи (π) разделить на питч.

Модульная и питчевая резьба применяется при нарезании червяка червячной передачи. Профиль витка модульного червяка может иметь вид архимедовой спирали , эвольвенты окружности , удлинённой или укороченной эвольвенты и трапеции .

• шаг (P) - расстояние между одноимёнными боковыми сторонами профиля, измеряется в долях метра , в долях дюйма или числом ниток на дюйм - это знаменатель обыкновенной дроби, числитель которой является дюймом. Выражается натуральным числом (например; 28, 19, 14, 11);
• наружный диаметр (D, d), диаметр цилиндра, описанного вокруг вершин наружной (d) или впадин внутренней резьбы (D);
• средний диаметр (D 2 , d 2), диаметр цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы таким образом, что её отрезки, образованные при пересечении с канавкой, равны половине номинального шага резьбы;
• внутренний диаметр (D 1 , d 1), диаметр цилиндра, вписанного во впадины наружной (d 1) или вершины внутренней резьбы (D 1);
• ход (P h) величина относительного перемещения исходной средней точки по винтовой линии резьбы на угол 360°

где n - число заходов;

• высота исходного треугольника резьбы (H);
• срез резьбы (с);
• угол конуса конической резьбы (φ);
• угол подъёма резьбы (ψ):

Конусность 1:16 (угол конуса φ=3°34’48"). Предназначена для обеспечения герметичности и стопорения резьбы без применения дополнительных средств. Существует два варианта резьбового конического соединения: коническая наружная резьба с конической внутренней резьбой и коническая наружная резьба с цилиндрической внутренней резьбой.

Стандарт: ГОСТ 25229-82 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая коническая.

Условное обозначение: буквы MK, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 24 мм с шагом 1,5 мм обозначается как MK 24x1,5 .

Цилиндрическая, MJ

Цилиндрическая резьба основана на метрической резьбе (М ) с номинальным диаметром от 1,6 до 200 мм и углом профиля при вершине 60°, предназначена для аэрокосмической техники и других применений требующих высокую усталостную прочность и жаропрочность. Для обеспечения этих свойств впадина резьбы на наружной резьбе имеет увеличенный радиус от 0,15011P до 0,180424P. Внутренняя резьба MJ совместима с внешней резьбой M при совпадении номинального диаметра и шага.

Стандарты:

• ГОСТ 30892-2002 (ИСО 5855-1-99, ИСО 5855-2-99, ИСО 5855-3-99) - Резьба метрическая с профилем MJ. Профиль, диаметры и шаги, допуски
• ISO 5855-1:1999 - Aerospace - MJ threads - Part 1: General requirements
• ISO 5855-2:1999 - Aerospace - MJ threads - Part 2: Limit dimensions for bolts and nuts
• ISO 5855-3:1999 - Aerospace - MJ threads - Part 3: Limit dimensions for fittings for fluid systems
• ANSI/ASME B1.21M-1997 (R2003) - Метрическая резьба. MJ профиль. (англ. Metric Screw Threads - MJ Profile ).

Условное обозначение: буквы MJ, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, поле допуска среднего диаметра и поле допуска диаметра выступов. Например, наружная резьба с номинальным диаметром 6 мм, шагом 1 мм, полем допуска среднего диаметра 4h и полем допуска диаметра выступов 6h обозначается как MJ6x1-4h6h на поверхности вала.

Основная статья: Резьба трубная цилиндрическая, G

Дюймовая резьба основанная на резьбе BSW (British Standard Whitworth) и соответствует резьбе BSP (British standard pipe thread) , имеет четыре значения шагов 28,19,14,11 ниток на дюйм. Угол профиля при вершине 55°, теоретическая высота профиля Н=0,960491Р.

Стандарты: ГОСТ 6357-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая. ISO R228 , EN 10226 , DIN 259 , BS 2779 , JIS B 0202 .

Условное обозначение: буква G, числовое значение условного прохода трубы в дюймах (inch), класс точности среднего диаметра (А, В), и буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 1 1/8", класс точности А - обозначается как G1 1/8-A. Следует иметь в виду, что номинальный размер резьбы соответствует просвету трубы в дюймах. Наружный диаметр трубы находится в некоторой пропорции с этим размером.

Дюймовая резьба с конусностью 1:16 (угол конуса φ=3°34’48"). Угол профиля при вершине 55°, теоретическая высота профиля Н=0,960491Р.

Стандарты: ГОСТ 6211-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная коническая. ISO R7 , DIN 2999 , BS 21 , JIS B 0203 .

Условное обозначение: буква R для наружной резьбы и Rc для внутренней, числовое значение номинального диаметра резьбы в дюймах (inch), буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 1 1/4" - обозначается как: R1 1/4".

Круглая для санитарно-технической арматуры, Кр

Профиль круглой резьбы образован окружностями, на вершинах и впадинах, соединёнными прямыми с углом профиля при вершине 30°. Резьба применяется для шпинделей, вентилей, смесителей, туалетных и водопроводных кранов.

Стандарт: ГОСТ 13536-68 Резьба круглая для санитарно-технической арматуры. Профиль, основные размеры, допуски.

Условное обозначение круглой резьбы: буквы Кр, номинальный диаметр резьбы, шаг и обозначение стандарта.

Трапецеидальная, Tr

Метрическая резьба с углом профиля при вершине 30°, теоретическая высота профиля Н=0,866Р.

Стандарт: ГОСТ 9484-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная. Профили. ГОСТ 24737-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Основные размеры. ГОСТ 24738-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Диаметры и шаги. 24739-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная многозаходная.

Условное обозначение однозаходной резьбы: буква Tr (trapezoidal), числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение поля допуска. Например, однозаходная наружная резьба с номинальным диаметром 50 мм с шагом 8 мм обозначается как Tr50х8-7е; такая же по диаметру и шагу, но левая резьба Tr50х8LH-7е.

Упорная, S

Метрическая резьба с углом наклона боковых сторон профиля 30° и 3°.

Стандарт: ГОСТ 10177-82 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба упорная. Профиль и основные размеры. Условное обозначение резьбы: буква S, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение поля допуска.

Условное обозначение многозаходной резьбы: буква S, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение хода, в скобках Р с числовым значением шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение поля допуска.

Упорная усиленная, S45°

Резьба с углом наклона боковых сторон профиля 45° и 3°, с номинальным диаметром от 80 до 2000 мм.

Условное обозначение резьбы: буква S, значение угла 45°, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение Тт.

Эдисона круглая, E

Применяется для электротехнических изделий, например цоколь ламп накаливания, см. также цоколь Эдисона.

Стандарт: ГОСТ 6042-83 Резьба Эдисона круглая. Профили, размеры и предельные размеры.

Условное обозначение резьбы: Буква E, номер резьбы, если резьба для неметаллических элементов буква N через наклонную черту (/) и номер ГОСТа, например E 27 ГОСТ 6042-83 или E 27/N ГОСТ 6042-83.

Профиль резьбы – это форма выступа и канавки резьбы в плоскости осевого сечения.

Угол профиля α – это угол между смежными боковыми сторонами профиля в плоскости осевого сечения.

Виток – часть резьбы, образованной при одном полном повороте профиля вокруг оси.

Шаг резьбы Р – расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля в направлении, параллель-ном оси резьбы.

Ход резьбы Р h – расстояние между ближайшими одноименными боковыми сторонами профиля, принадлежащими одной и той же винтовой поверхности, в направлении, параллельном оси резьбы. Ход резьбы есть величина относительного осевого перемещения винта (гайки) за один оборот.

Резьбы классифицируется по следующим признакам :

по форме профиля – треугольные, трапецеидальные, прямоугольные, круглые и другие резьбы;

по форме поверхности – цилиндрические (резьба, образованная на цилиндрической поверхности), конические (резьба, образованная на конической поверхности);

по расположению – наружная (резьба, образованная на наружной цилиндрической или конической поверхности) и внутренняя (резьба, образованная на внутренней цилиндрической или конической поверхности);

по эксплуатационному назначению – крепежные, крепежно-уплотни-тельные, ходовые и специальные.

Крепежная резьба – резьба, которая обеспечивает неподвижное соединение деталей. К этому типу относится метрическая резьба.

Метрическая резьба (М) – основной тип крепежной резьбы треугольного профиля. Она обеспечивает надежное неподвижное соединение деталей при статических и динамических нагрузках. Резьба метрическая применяется в таких крепежных деталях как: болты, винты, шпильки, гайки и т. п. Профиль ее – равносторонний треугольник с углом при вершине 60º (Рис.3). Вершины профиля срезаны, а впадины могут быть срезаны либо скруглены. Скругление впадин повышает прочность резьбы.

Метрические резьбы бывают с крупным (единственным для данного диаметра резьбы) и мелкими шагами, которых для данного диаметра может быть несколько. Например, для диаметра d = 20 мм крупный шаг всегда равен 2,5 мм (М20), а мелкий может быть равен 0,5; 1; 1,75; и 2 мм. Поэтому в обозначении метрической резьбы крупный шаг не указывается, а мелкий указывается обязательно (М20х2).

Резьба с мелким шагом применяется при соединении тонкостенных деталей, при ограниченной длине свинчивания, а также там, где требуется повышенная прочность и надежность соединения.

Представителями крепежно-уплотнительных резьб (резьба, основным назначением которой является обеспечение герметичности соединения при различном температурном режиме) являются трубная цилиндрическая и трубная коническая резьбы.

Трубная цилиндрическая резьба (G)имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 55°, вершины и впадины скруглены (Рис. 4). Эта резьба правая. Применяется трубная цилиндрическая резьба для соединения труб и арматуры трубопроводов в жидко- или газообразных средах, находящихся под давлением.

Трубная коническая резьба (R), профилем которой также является равнобедренный треугольник с углом при вершине 55°(Рис.5), нарезается внутри и снаружи поверхностей с конусностью 1:16. Применяется в трубопроводах, подвергнутых высоким давлениям и температурам, так как обеспечивает высокую герметичность соединения.

К ходовым резьбам (резьба, служащая для преобразования вращательного движения в поступательное с одновременной передачей усилий) относятся трапециидальная, упорная, прямоугольная резьбы.

Трапецеидальная резьба (Тr) относится и применяется для передачи возвратно-поступательного движения. Она может быть однозаходной и многозаходной, левой и правой. Профиль ее – равнобокая трапеция, продолжение боковых сторон которой образует угол 30°(Рис. 6).

Упорная резьба (S ) также относится к ходовым резьбам и может быть однозаходной, многозаходной, левой и правой. Профиль ее – неравнобокая трапеция, с углом нерабочей стороны 30° и рабочей 3°(Рис.7). Применяется упорная резьба в механизмах, где передаются большие усилия в одном направлении, например, в прессах, домкратах и т. п.

Прямоугольная резьба применяются для передачи движения в ходовых винтах. Профиль резьбы прямоугольный (Рис. 8). Эта резьба не стандартизована. Нестандартная резьба изображается так же, как и стандартная. Профиль и все размеры, необходимые для ее изготовления, задаются на изображении или показываются на выносном элементе в большем масштабе. Сведения о числе заходов левой резьбы записывается на полках выносных линий.

На рис. 9 изображены резьбовые соединения, на которых одна деталь ввинчена в другую.

На продольных разрезах показана только та часть внутренней резьбы, которая не закрыта завернутой в нее деталью, контур ввинчиваемой детали выполняется сплошной основной линией.

Основными параметрами резьбы (рис. 5.2) являются:

1) диаметры (винта и гайки) наружный (d , D ); средний (d 2 , D 2); внутренний (d 1 , D 1);

2) профиль;

3) угол профиля (α );

4) шаг (p );

5) угол подъема (ψ ).

Диаметры винта, как охватываемой детали, обозначаются малыми буквами (d ), диаметры гайки, как охватывающей детали – большими (D ). Номинальные значения одноименных диаметров равны; отличие – в допустимых отклонениях. На поверхности воображаемого цилиндра диаметром d 2 ширины витков и впадин резьбы одинаковы.

Профиль резьбы – это профиль выступа и канавки резьбы в плоскости ее осевого сечения.

Угол профиля (α ) – угол между смежными боковыми сторонами резьбы осевого сечения.

Профиль резьбы характеризуется также следующими параметрами:

· высотой исходного треугольника резьбы (H ), т. е. треугольника, вершины которого образуются точками пересечения продолженных боковых сторон профиля резьбы;

· рабочей высотой профиля резьбы (H 1), равной длине проекций участка взаимного перекрытия профилей сопрягаемых наружной и внутренней резьб на перпендикуляр к оси резьбы.

Рис. 5.2. Параметры резьбы

Шаг резьбы (p ) – расстояние по линии, параллельной оси резьбы между средними точками ближайших одноименных боковых сторон резьбы, лежащими в одной осевой плоскости по одну сторону от оси резьбы.

Для многозаходных резьб вводят дополнительный термин – «ход винта » (, где – число заходов) – это поступательное осевое перемещение винта за один оборот в неподвижной гайке или относительное осевое перемещение гайки за один оборот. Для однозаходных резьб:

Угол подъема резьбы (ψ ) – угол подъема развертки винтовой линии по среднему диаметру (рис. 5.3):

Все геометрические параметры резьб и допуски на их размеры стандартизированы.

По назначению резьбы разделяют на следующие группы:

Рис. 5.3. Развертка винтовой линии по среднему диаметру

1) крепежные резьбы , предназначенные для скрепления деталей. Их выполняют, как правило, треугольного профиля. Это вызвано повышенным трением , обеспечивающим меньшую опасность ослабления затянутой резьбы; повышенной прочностью резьбы; удобством изготовления ;

2) крепежно-уплотняющие резьбы , служащие, как для скрепления деталей, так и для предохранения от вытекания жидкости (в соединениях трубопроводов и в арматуре). Эти резьбы по указанным причинам выполняют также треугольного профиля, но без радиальных зазоров и с плавными закруглениями;

3) резьбы для передачи движения , используемые в ходовых и грузовых винтах. Для уменьшения трения эти резьбы выполняют трапецеидальными с симметричным профилем и с несимметричным профилем (упорные), а иногда с прямоугольным профилем. Упорные резьбы предназначены для восприятия больших осевых сил, действующих в одном направлении.

Приведенное деление резьб не является строгим. Например, резьбы треугольного профиля иногда используют для особо точных ходовых винтов с малым шагом, а упорные резьбы – в качестве крепежных.

Резьбы из-за зазоров, как правило, не могут быть использованы в качестве центрирующих элементов.

Выбор профиля резьбы определяется многими факторами, важнейшими из которых являются прочность, технологичность и силы трения в резьбе. Например, резьбы винтовых механизмов должны быть с малыми силами трения для повышения коэффициента полезного действия (КПД) и уменьшения износа. Прочность во многих случаях не является для них основным критерием, определяющим размеры винтовой пары.

В зависимости от профиля различают следующие резьбы:

1) метрические;

2) трубные;

3) круглые;

4) трапецеидальные;

5) упорные;

6) конические.

Метрическая резьба с треугольным профилем (см. рис. 5.2) является основной крепежной резьбой. Метрические резьбы разделяют на резьбы с крупными и мелкими шагами. За основную принята резьба с крупным шагом , статическая несущая способность которой выше по сравнению с резьбой с мелким шагом, влияние на прочность погрешностей изготовления и износа меньше.

Метрические резьбы с мелким шагом используются в следующих случаях:

1) для динамически нагруженных деталей и деталей, диаметры которых в основном определяются напряжения изгиба и кручения (валы);

2) для полых тонкостенных деталей;

3) детали, у которых резьба применяется для регулировки;

4) когда применение мелких резьб облегчает стопорение, позволяет уменьшить перепады диаметров валов и пр.

Метрическую резьбу с крупным шагом обозначают буквой М и числом, выражающим диаметр резьбы в миллиметрах, например, М20. Для метрической резьбы с мелким шагом дополнительно указывают шаг в миллиметрах, например, М20×1,5.

Трубная резьба имеет также треугольный профиль, но в отличие от метрической резьбы вершины и впадины ее скруглены. Резьбы данных типов применяют для герметичного соединения труб и арматуры трубопроводов в диапазоне условных размеров от 1/16" до 6". Трубная резьба выполняется с мелким шагом и без зазоров по выступам и впадинам для лучшего уплотнения. За основной размер, характеризующий резьбу и указываемый в обозначении резьбы, принят условный внутренний диаметр трубы.

Круглая резьба изготавливается с углом профиля α = 60°. Профиль данной резьбы состоит из дуг, связанных короткими участками прямой. Большие радиусы закруглений исключают значительную концентрацию напряжений. Попадающие в резьбу загрязняющие частицы выжимаются в зазоры. Резьбы данных типов в основном применяют для винтов, подверженных большим динамическим напряжениям, а также часто завинчиваемых и отвинчиваемых в загрязненной среде (в пожарной арматуре, вагонных стяжках).

Трапецеидальная резьба является основной резьбой для передач винт-гайка. Она имеет меньшие потери на трение по сравнению с треугольной резьбой, удобна в изготовлении и более прочна по сравнению с прямоугольной резьбой. При необходимости она допускает выборку зазоров радиальным сближением при выполнении гайки разъемной по диаметральной плоскости.

Трапецеидальная резьба имеет угол профиля 30°, рабочую высоту профиля H 1 = 0,5p , средний диаметр d 2 = d – 0,5p , зазор от 0,15 до 1 мм в зависимости от диаметра резьбы.

Трапецеидальная резьба стандартизирована в диапазоне диаметров от 8 до 640 мм, предусмотрена возможность применения резьб с мелкими, средними и крупными шагами.

Упорную резьбу используют для винтов с большой односторонней осевой нагрузкой в прессах, нажимных устройствах прокатных станов, в грузовых крюках и т. д. Профиль витков несимметричный трапецеидальный. Угол наклона рабочей стороны профиля для повышения КПД выбран равным 3° (резьба с углом наклона профиля 0° неудобна в изготовлении), угол наклона нерабочей стороны профиля – 30°, предусмотрен значительный радиус закругления впадины для снижения концентрации напряжения. Рабочая высота профиля H 1 = 0,75p .

Усиленные упорные резьбы имеют угол наклона нерабочей стороны профиля 45°, что обеспечивает значительное снижение концентрации напряжения за счет повышения напряжений смятия. Сопротивление усталости у них повышено в 1,5 раза.

Конические резьбы обеспечивают непроницаемость без специальных уплотнений. Их применяют для соединения труб, установки пробок, масленок и т. п. Непроницаемость достигается плотным прилеганием профилей по вершинам. Затяжкой конической резьбы можно компенсировать износ и создать требуемый натяг, эти резьбы обеспечивают быстрое завинчивание и отвинчивание.

Лекция 15

12. СОЕДИНЕНИЯ

12.1. Резьбовые соединения

12.1.1. Общие сведения и основные виды и параметры резьбы . Классы прочности и материалы резьбовых деталей .

Резьбовыми соединениями называют разъемные соединения де­талей с помощью резьбы или резьбовыми крепежными деталями – винтами, болтами, шпильками, гайками.

Резьба образуется путем нанесения на поверхность деталей вин­товых канавок с сечением согласно профилю резьбы. Образованные таким образом выступы носят название витков.

Термин резьба про­изошел от технологического процесса ее изготовления – нарезания. Термин винт применяют как общий, объединяющий также болты и шпильки, и как частный, обозначающий ввинчиваемую деталь. Термин болт предполагает взаимодействие винта с головкой и гайки. Гайка это деталь с резьбовыми отверстиями, которую навинчивают на винт.

Резьбовые соединения нашли широкое применение в машиностроении. В современных машинах детали, имеющие резьбу, составляют свыше 60 % от общего количества деталей. К ним относятся большинство крепежных деталей, корпусных, например корпус двигателя с резьбовыми отверстиями для шпилек, валы, например коленчатые валы в связи с креплением крышек коренных и шатунных подшипников.

Широкое применение резьбовых соединений определяется:

Возможностью создания больших осевых сил;

Удобствами форм и малыми габаритами.

Помимо крепежных целей винтовые пары применяют для осуществления поступательного движения, например в подъемнике автомобиля.

К основным размерам резьбы относятся диаметры, профиль, шаг и угол подъема (рис. 12.1).

Диаметры резьбы: наружный d , внутренний d 1 и средний d 2 . Профиль резьбы – это профиль выступа и канавки в плоскости ее сечения. Угол профиля a - угол между смежными боковыми сторонами.

Рис. 10.1. Основные параметры резьбы

Профиль резьбы характеризуется также:

Высотой исходного треугольника резьбы Н ;

Рабочей высоты профиля резьбы Н1 .

Шаг резьбы Р – расстояние между ближайшими точками одноименных боковых сторон профиля резьбы.

Для многоходовой резьбы вводят дополнительный термин – ход винта Р h , равный произведению шага Р резьбы на число заходов z

Для однозаходной резьбы понятия шаг и ход совпадают.

Рис. 12.2. Угол подъема резьбы

Угол подъема резьбы y - угол, образованный касательной к винтовой линии. Развернем винтовую линию (рис. 12.2) по среднему диаметру и определим тангенс угла подъема резьбы

. (12.2)

Резьбы по назначению разделяются на следующие группы:

Крепежные резьбы, предназначены для крепления деталей. Их выполняют, как правило, треугольного профиля. Применение этого профиля вызывается повышенным трением, повышенной прочностью резьбы, удобством изготовления.

Крепежно-уплотняющие резьбы предназначены как для скрепления деталей, так и для предохранения от вытекания жидкостей (в соединениях трубопроводов). Эти резьбы выполняют треугольными, но без зазоров.

Резьбы для передачи движения (в ходовых и грузовых винтах). Для уменьшения трения эти резьбы выполняют трапецеидальными с симметричным и несимметричным профилем, а иногда с прямоугольным профилем.

Резьбы в нашей стране и зарубежом стандартизированы.

Метрическая резьба (рис. 12.3) стандартизирована и является в нашей стране основной треугольной резьбой.

https://pandia.ru/text/78/173/images/image017_15.gif" width="236" height="31">.

Рабочая высота профиля

.

Рабочая высота профиля

.

Метрическую резьбу разделяют на резьбы с крупными и мелкими шагами. За основную принята резьба с крупным шагом. Резьба с мелким шагом применяется при динамических нагрузках, детали, у которых резьба применяется для регулировки. Шаги всех метрической резьбы представляют ступенчатый арифметический ряд.

Метрическая резьба с крупным шагом обозначается буквой М и числом, выражающим диаметр резьбы в мм, например М20 . Для метрической резьбы с мелким шагом дополнительно указывается шаг цепи, например М20 ´ 1,5 .

Трубная резьба стандартизирована и применяется для соединения труб и арматуры трубопроводов. Трубная резьба представляет собой мелкую дюймовую резьбу, которая выполняется с закруглениями профиля и без зазоров по выступам и впадинам для лучшего уплотнения. Ввиду большого распространения взаимнозаменяющих деталей с трубной дюймовой резьбой она сохраняет основное применение. За основной (номинальный) размер, характеризующий резьбу и указываемый в обозначении резьбы, применяют условный внутренний диаметр трубы (проход в свету).

Коническая резьба стандартизирована и обеспечивает непроницаемость без специальных уплотнений. Ее применяют для соединения труб, установки пробок и т. п. Непроницаемость достигается плотным прилеганием профилей по вершинам.

Крепежные винты Крепежные винты в зависимости от типа резьбового соединения применяют следующих исполнений (рис. 12.4):

Винты с гайками, называемые болтами (рис. 12.4, а);

Винты, ввинчиваемые в одну из скрепляемых деталей (рис. 12.4, б);

Шпильки с гайками (рис. 12.4, в).

Болты применяют для скрепления деталей небольшой толщины, при необходимости частого отвинчивания и завинчивания.

Винты применяют в случае достаточно большой толщины детали и ее прочности, отсутствия места для гайки.

Шпильки применяют в тех же случаях, что и винты, но когда материал детали не обеспечивает требуемой прочности при частых разборках и сборках.

Рис. 12.4. Основные типы резьбовых соединений

Стальные болты, винты и шпильки в соответствии со стандартом ГОСТ 1759-70 изготавливают 12 классов прочности

Класс прочности обозначается двумя числами. Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение предела прочности, второе, деленной на 10 указывает на отношение предела текучести к пределу прочности, а, следовательно, их произведение, представляет собой предел текучести. Например, класс прочности болта – 4,6 имеет предел прочности s В = 4 × 100 = 400 МПа, предел текучести – s Т = (6/10) × 400 = 240 Мпа; при классе прочности болта 10.9 , s В = 10 × 100 = 1000 Мпа, а s Т = (9/10) × 1000 = 900 Мпа. При стесненных габаритах принимают резьбовые детали высокого класса точности, что позволяет снизить массу узла. При этом материал резьбовых деталей принимают легированные стали типа 35Х, 40Х, 40Г2 и т. п. Термообработка позволяет повысить прочность резьбовых деталей на 75 %.

При отсутствии повышенных требований по металлоемкости и при опасности перекосов опорных поверхностей, выбирают резьбовые детали из пластичных сталей типа 10, 20, 30 и т. п.

12.1.2. Момент завинчивания, КПД и условие самоторможения. При рассмотрении сил в винтовой паре удобно резьбу развернуть по среднему диаметру в наклонную плоскость, а гайку заменить ползуном (рис. 12.5).

Рис. 12.5. Силы взаимодействия между винтом и гайкой при

завинчивании

Сила взаимодействия наклонной плоскости с ползуном при относительном движении представляет собой равнодействующую F нормальной силы и силы трения. Следовательно, эта сила наклонена к нормали n - n под углом трения j . В результате разложения равнодействующей силы F на окружную Ft и осевую Fо , получаем

, (12.3)

где j - угол трения , f ’- приведенный коэффициент трения в резьбе .

Момент Тзав завинчивания гайки или винта с головкой представляется суммой момента Тр в резьбе и момента Тт на торце гайки или головки винта.

Вращающий момент Тр , который необходимо приложить при завинчивания гайки (момент в резьбе), имеет вид

. (12.4)

Опорную поверхность гайки и головки винта представляют кольцевой с наружным диаметром, равным размеру под ключ гайки а и внутренним диаметром, равным диаметру отверстия под винт d 0 . Тогда средний диаметр кольцевой поверхности составит .

Момент на торце гайки представим произведением

. (12.5)

Момент завинчивание запишем с учетом зависимостей (12.4) и (12.5)

https://pandia.ru/text/78/173/images/image028_10.gif" width="208" height="27">. (12.7)

Подставляя (12.7) в (12.6), получаем соотношение между осевой силой и силой на ключе .

Таким образом, выигрыш в силе весьма значителен. Поэтому при перезатяжки болтов и шпилек диаметром менее 12 мм имеется опасность срыва резьбы и разрушения их стержней. Например, болт М6 из Ст3 разрушается при усилии на рукоятке стандартного ключа 90…100 Н. Поэтому в ответственных случаях применяют специальные ключи с контролируемым моментом затяжки.

КПД резьбы определяют как отношение полезной работы на винте к затрачиваемой работе на ключе при повороте на произвольный угол. Для простоты и общности вывода удобно рассматривать поворот на малый угол d g , при котором силы даже в условиях затяжки крепежной резьбы можно считать постоянными. Тогда КПД собственно резьбы без учета трения на торце составит

где dh – осевое перемещение, соответствующее повороту на угол d g ,

https://pandia.ru/text/78/173/images/image032_10.gif" width="343" height="56 src=">. (12.9)

Для угла подъема y = 2о30’ и коэффициента трения f = 0.15 (j = 8о40’) КПД составляет h = 0.22.

КПД винта с учетом трения на торце гайки примет вид

. (12.10)

При отвинчивании момент получают, как и при завинчивании, при этом изменяется только знак угла подъема на противоположный

https://pandia.ru/text/78/173/images/image035_7.gif" width="71 height=27" height="27">, , . (12.12)

Для нормальной метрической резьбы с углом подъема y = 2о30’ самоторможение даже при отсутствии трения на торце гайки наступает при j > 2,30’, т. е. при коэффициенте трения f > 0,045. При наличии трения на торце гайки самоторможение наступит при коэффициенте трения f > 0,02.

Таким образом, при статических нагрузках имеются большие запасы надежности затяжки. Однако в условиях вибрационных нагрузок коэффициент и угол трения резко снижается, что может привести к ослаблению затяжки резьбы, во избежание которого и используются специальные стопорные устройства.

Предохранение резьбовых соединений от самоотвинчивания . Все крепежные резьбы удовлетворяют условию самоторможения даже без учета дополнительного трения на торце гайки или головки винта. Однако, как показывает опыт эксплуатации, при переменной или ударной нагрузке наблюдается ослабление резьбы. Поэтому необходимы специальные средства стопорения.

Используют следующие виды стопорения:

Дополнительное трение;

Специальными элементами – шплинтами, шайбами;

Пластическое деформирование или приварку после затяжки.

Взаимодействие между винтом и гайкой . Распределение осевой силы между витками резьбы винта и гайки было бы равномерной, если бы резьба изготовлялась абсолютно точно и податливость резьбы была бы значительно выше, чем податливость винта и гайки. В действительности ни то, ни другое условие не имеет место.

Задача распределения сил между витками резьбы винта и гайки является статически неопределимой. Для гайки с 10 витками эту задачу решил. На первый, наиболее нагруженный виток, приходится до 1/3 всей нагрузки, а на последний, 10-й виток резьбы гайки, приходится менее 1/100 общей силы. Деформации в

резьбе за счет погрешности профиля, контактные деформации и местные пластические деформации несколько снижают нагрузку на 1-й виток резьбы гайки.

При столь резкой неравномерности нагружения витков нет необходимости делать высоту гайки большей, чем 10 шагов резьбы.