Тема 3. Особенности размерных моделей взаимодействия двух деталей в негладких соединениях

Резьбовые соединения

Резьбовым соединениемназывается соединение двух деталей с помощью резьбы, т.е. элементов деталей, имеющих один или несколько равномерно расположенных винтовых выступов резьбы постоянного сечения, образованных на боковой поверхности цилиндра или конуса. Контур сечения канавок и выступов в плоскости, проходящей через ось резьбы, общий для наружной и внутренней резьбы, называется профилем резьбы.

В зависимости от профиля, т.е. от вида фигуры в сечении, резьба бывает треугольной, трапецеидальной, пилообразной, круглой, прямоугольной. В зависимости отвида поверхности, на которой она нанесена, резьба разделяется на цилиндрическую и коническую (конусную). Кроме того, резьбы разделяют на наружные (болты) и внутренние (гайки).

По эксплуатационному признаку, т.е. по области применения, резьбы бывают следующих видов: крепежная, кинематическая (ходовая) и трубная. Крепежная резьба, используемая для обеспечения разъемного соединения. К этим резьбам предъявляются требования прочности соединения при длительной эксплуатации. Она обычно имеет треугольный профиль и наиболее распространена. Кинематическая резьба используется для преобразования вращательных движений в поступательные в так называемых винтовых механизмах. Такие резьбы применяют в качестве ходовых винтов для станков, в домкратах, прессах и т.д. Эти резьбы обычно имеют трапецеидальный или круглый профиль. Основное требование к этим резьбам - обеспечение точного и плавного перемещения. Во многих случаях они должны обладать способностью выдерживать большие нагрузки. Трубные резьбы - цилиндрические и конические, используемые для соединения труб в нефтеперерабатывающей промышленности, сантехническом оборудовании и т.д. Основное требование: обеспечение герметичности и прочности соединения.

По числу заходов (т.е. по числу винтовых выступов) резьбы бывают однозаходные и многозаходные.

В зависимости от используемых единиц измерения, в которых выражаются параметры резьбы, они разделяются на метрические и дюймовые. Наибольшее распространение имеет резьба треугольная с углом профиля 60°. Такая резьба известна во всем мире под названием «метрическая».

Основным профилем резьбыявляется общий для наружной и внутренней резьбы профиль, который называется номинальным, и размеры его линейных и угловых элементов служат основой для определения номинальных профилей болта и гайки. В основу профиля метрической резьбыположен треугольник, у которого срезаны вершины.

Для образования рабочей высоты профиля из общей высоты равнобедренного треугольника Н в профиле резьбы предусмотрен срез вершины острых углов у гайки Н/4 и у болта Н/8. Исходная высота профиля Н установлена в зависимости от шага резьбы и равна 0,8660254Р, где Р шаг резьбы. Реальный профиль впадин у наружной резьбы (болта) не должен выходить за линию плоского среза, расположенного на расстоянии Н/4 от вершины исходного треугольника, а у внутренней резьбы (гайки) - на расстоянии Н/8. Форма впадины у наружной резьбы (болта) не регламентируется и может быть плоскосрезанной или закругленной. При плоскосрезанной впадине у болта срез должен быть расположен на высоте от Н/4 до Н/8 от вершины исходного треугольника. При закругленной форме впадины радиус должен быть не менее 0,1Р, а профиль располагается в зоне от Н/8 до ЗН/16. Для гайки форма впадины резьбы вообще не регламентируется, но, в основном, делается закругленной, и параметры ее определяются нормированием требований к резьбообрабатывающему инструменту, при изготовлении которого используются чаще всего указанные радиусы закругления. Закругленная форма впадин является предпочтительной по прочностным соображениям.

Из сложного профиля резьбы выделяется ряд элементов, одинаковых для болта и гайки, которые и используются при нормировании точности резьбы.

Этими элементами являются:

• d2 (D2) – средний диаметр резьбы соответственно болта и гайки - диаметр воображаемого цилиндра, соосного с резьбой, каждая образующая которого пересекает профиль таким образом, что отрезок между точками профилей соседних витков, образованный при пересечении с канавкой, равен половине номинального шага;

• d (D) – наружный диаметр резьбы соответственно болта и гайки (он же номинальный диаметр резьбы) - диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин наружной резьбы (болта) или по впадинам внутренней резьбы (гайки). Когда говорят, что резьба диаметром 20 мм, то это означает, что у нее наружный диаметр равен 20 мм.;

• d1 (D1) – внутренний диаметр резьбы соответственно болта и гайки - диаметр воображаемого цилиндра, вписанного во впадины наружной резьбы (болта) или в вершины внутренней резьбы (гайки);

Номинальные значения и расположение наружного и внутреннего диаметров совпадают для болта и для гайки.

• Р – шаг резьбы - расстояние по линии, параллельной оси резьбы, между средними точками ближайших одноименных боковых сторон профиля, лежащих в одной осевой плоскости по одну сторону от оси резьбы;

• α – угол профиля резьбы, для метрических резьб α = 60° - угол между смежными боковыми сторонами резьбы в плоскости осевого сечения. Для нормирования чаще используется угол а/2 - угол наклона между боковой стороной профиля резьбы и перпендикуляром к оси резьбы. Это установлено для того, чтобы можно было выявить перекос резьбы из-за неточности установки инструмента. Иначе может оказаться, что профиль выдержан правильно, но относительно оси развернут, и сопряжение может не произойти. У некоторых резьб профиль делается несимметричным, в этом случае используется термин угол наклона боковой стороны резьбы - угол между боковой стороной резьбы и перпендикуляром к оси резьбы в плоскости осевого сечения.

Основные параметры метрических резьб по ГОСТ 9150-81

Метрическая цилиндрическая резьба применяется главным образом в качестве крепежной и разделяется на резьбу с крупным шагом диаметром 1…64 мм и резьбу с мелким шагом диаметром 1…600 мм. В нормативных документах введено ограничение на значение шагов и указывается несколько шагов для каждого диаметра. Самый большой шаг для номинального диаметра называют условно крупным шагом, а остальные мелкими шагами. При равных наружных диаметрах метрические резьбы с мелким шагом отличаются от резьб с крупным шагом меньшей высотой профиля и меньшим углом подъема резьбы. Поэтому резьбы с мелким шагом рекомендуется применять при малой длине свинчивания, на тонкостенных деталях, а также при переменной нагрузке, толчках и вибрациях. Резьбы с крупным шагом рекомендуется применять для соединения деталей, не подвергающихся таким нагрузкам, так как они менее надежны при переменной нагрузке и вибрациях и более склонны к самоотвинчиванию.

Для многозаходных резьб вместе с термином шаг используется еще термин ход - расстояние по линии, параллельной оси резьбы, между любой исходной средней точкой на боковой стороне резьбы и средней точкой, полученной при перемещении исходной средней точки по винтовой линии на угол 360°. Другими словами, это шаг одной из винтовых линий, из которых состоит многозаходная резьба.

Длина свинчивания - длина взаимного соприкосновения наружной и внутренней резьб в осевом направлении. Часто этот элемент называют высотой гайки. Длина свинчивания в силу конструктивных особенностей резьбовых соединений оказывает влияние на качество и характер сопряжения. Установлено три группы длин свинчивания:

S – короткие: с длиной свинчивания менее 2.24 x Р x d^{0.2 .7}.

N – нормальные: с длиной свинчивания не менее 2.24xРxd^0.2 и не более 66.7xPxd^0.2.

L – длинные: с длиной свинчивания более 6.7xP xd^0.2 .

Точные значения длин свинчивания установлены ГОСТ 16093-81.

Резьбовые соединения по характеру соединения бывают с зазором, натягом и переходные. Однако подавляющее распространение имеют посадки с зазором.

Резьбы при свинчивании контактируют только боковыми сторонами профиля, поэтому только средний диаметр, шаг и угол профиля резьбы определяют характер сопряжения в резьбе. Допускаемые отклонения резьбызадаются от номинального профиля в направлении перпендикулярном оси резьбы «в тело» болта и гайки. Расположение полей допусков на наружную резьбу (болт) и на внутреннюю (гайка) для наиболее распространенной посадки скольжения, у которой в предельном случае зазор может быть равен нулю. Для метрической резьбынормируется точность следующих элементов: наружного диаметра болта (Td); внутреннего диаметра гайки (TD1); среднего диаметра болта и гайки (Тd2, TD2). Точность наружного диаметра гайки и внутреннего диаметра болта ограничивается только размерами резьбообрабатывающего инструмента.

Для компенсации накопленной погрешности шага и погрешности угла профиля производят смещение действительного среднего диаметра резьбы. Вследствие взаимосвязи между отклонениями шага, угла профиля и собственно среднего диаметра, допускаемые отклонения этих параметров раздельно не нормируют. Устанавливают только суммарный допуск на средний диаметр болта и гайки, который включает допускаемые отклонения собственно среднего диаметра и диаметральные компенсации погрешности шага и угла профиля. Кроме этого, задается допуск на наружный диаметр болта и внутренний диаметр у гайки, т.е. на диаметры, которые формируются перед нарезанием резьбы и при измерении готовых изделий наиболее доступны.

Таблица 1.

Примечания.

1. Для получения различных посадок можно применять любые сочетания полей допусков резьбы болтов и гаек.

2. При длинах свинчивания S и L допускается применять поля допусков, установленные для длин свинчивания N.

3. Наиболее распространенной посадкой для крепежных метрических резьб является 6g 6H.

Поля допусков основного отбора метрической резьбы для посадок с зазором нормируются по ГОСТ 16093-81. Цифры обозначают степень точности, а буквы - основное отклонение. Для резьбовых соединенийосновные отклонения обозначаются такими же буквами, как и для гладких элементов деталей (прописные латинские буквы для отверстий - гайки и строчные для валов - болтов), хотя значения этих отклонений, обозначенных одной буквой, не совпадают для резьбовых и гладких деталей одного параметра. Ряды точностиполучили название степени точности (для гладких сопряжений - квалитеты). Класс точности - понятие условное (на чертежах указывают поля допусков); и его используют для сравнительной оценки точности резьбы. Точный класс рекомендуется для ответственных резьбовых соединений. Средний класс - для резьб общего назначения. Грубый класс - для резьб, нарезаемых на горячекатаных заготовках, в длинных глухих отверстиях и т.п.