Какой угол профиля имеет метрическая резьба. Параметры резьбы. Из какого материала изготовляют гаечные ключи

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.

Метрическая резьба – это винтовая нарезка на наружных или внутренних поверхностях изделий. Форма выступов и впадин, которые ее формируют, представляет собой равнобедренный треугольник. Метрической эту резьбу называют потому, что все ее геометрические параметры измеряются в миллиметрах. Она может наноситься на поверхности как цилиндрической, так и конической формы и использоваться для изготовления крепежных элементов различного назначения. Кроме того, в зависимости от направления подъема витков резьба метрического типа бывает правая или левая. Помимо метрической, как известно, есть и другие типы резьбы – дюймовая, питчевая и др. Отдельную категорию составляет модульная резьба, которую используют для изготовления элементов червячных передач.

Основные параметры и сферы применения

Наиболее распространенной является метрическая резьба, наносимая на наружные и внутренние поверхности цилиндрической формы. Именно она чаще всего используется при изготовлении крепежных элементов различного типа:

• анкерных и обычных болтов;
• гаек;
• шпилек;
• винтов и др.

Детали конической формы, на поверхность которых нанесена резьба метрического типа, требуются в тех случаях, когда создаваемому соединению необходимо придать высокую герметичность. Профиль метрической резьбы, нанесенной на конические поверхности, позволяет формировать плотные соединения даже без использования дополнительных уплотнительных элементов. Именно поэтому она успешно применяется при монтаже трубопроводов, по которым транспортируются различные среды, а также при изготовлении пробок для емкостей, содержащих жидкие и газообразные вещества. Следует иметь в виду, что профиль резьбы метрического типа один и тот же на цилиндрических и на конических поверхностях.

Виды резьб, относящихся к метрическому типу, выделяют по ряду параметров, к которым относятся:

• размеры (диаметр и шаг резьбы);
• направление подъема витков (левая или правая резьба);
• расположение на изделии (внутренняя или наружная резьба).

Есть и дополнительные параметры, в зависимости от которых метрические резьбы разделяются на различные виды.

Геометрические параметры

Рассмотрим геометрические параметры, которые характеризуют основные элементы резьбы метрического типа.

• Номинальный диаметр резьбы обозначается буквами D и d. При этом под буквой D понимают номинальный диаметр наружной резьбы, а под буквой d – аналогичный параметр внутренней.
• Средний диаметр резьбы в зависимости от ее наружного или внутреннего расположения обозначается буквами D2 и d2.
• Внутренний диаметр резьбы в зависимости от ее наружного или внутреннего расположения имеет обозначения D1 и d1.
• Внутренний диаметр болта используется для расчета напряжений, создаваемых в структуре такого крепежного изделия.
• Шаг резьбы характеризует расстояние между вершинами или впадинами соседних резьбовых витков. Для резьбового элемента одного и того же диаметра различают основной шаг, а также шаг резьбы с уменьшенными геометрическими параметрами. Для обозначения этой важной характеристики используют букву P.
• Ход резьбы представляет собой расстояние между вершинами или впадинами соседних витков, сформированных одной винтовой поверхностью. Ход резьбы, которая создана одной винтовой поверхностью (однозаходная), равен ее шагу. Кроме того, значение, которому соответствует ход резьбы, характеризует величину линейного перемещения резьбового элемента, совершаемого им за один оборот.
• Такой параметр, как высота треугольника, который формирует профиль резьбовых элементов, обозначается буквой H.

Таблица значений диаметров метрической резьбы (все параметры указаны в миллиметрах)

Значения диаметров метрической резьбы (мм)

Полная таблица метрических резьб согласно ГОСТ 24705-2004 (все параметры указаны в миллиметрах)

Полная таблица метрических резьб согласно ГОСТ 24705-2004

Основные параметры резьбы метрического типа оговариваются несколькими нормативными документами.

Этот стандарт содержит требования к параметрам шага резьбы и ее диаметра. ГОСТ 8724, действующая редакция которого вступила в силу в 2004 году, является аналогом международного стандарта ISO 261-98. Требования последнего распространяются на метрические резьбы диаметром от 1 до 300 мм. По сравнению с этим документом, ГОСТ 8724 действует для более широкого диапазона диаметров (0,25–600 мм). В настоящий момент актуальна редакция ГОСТа 8724 2002, вступившего в действие в 2004 году вместо ГОСТа 8724 81. Следует иметь в виду, что ГОСТ 8724 регламентирует отдельные параметры метрической резьбы, требования к которой оговаривают и другие стандарты резьб. Удобство использования ГОСТа 8724 2002 (как и других подобных документов) состоит в том, что вся информация в нем содержится в таблицах, в которые включены метрические резьбы с диаметрами, находящимися в вышеуказанном интервале. Требованиям данного стандарта должна соответствовать как левая, так и правая резьба метрического типа.

Данный стандарт оговаривает, какие должна иметь резьба метрическая основные размеры. ГОСТ 24705 2004 распространяется на все резьбы, требования к которым регламентируются ГОСТом 8724 2002, а также ГОСТом 9150 2002.

Это нормативный документ, в котором оговорены требования к профилю метрической резьбы. ГОСТ 9150, в частности, содержит данные о том, каким геометрическим параметрам должен соответствовать основной резьбовой профиль различных типоразмеров. Требования ГОСТа 9150, разработанного в 2002 году, как и двух предыдущих стандартов, распространяются на метрические резьбы, витки которых поднимаются слева вверх (правого типа), и на те, винтовая линия которых поднимается влево (левого типа). Положения данного нормативного документа тесно перекликаются с требованиями, которые приводит ГОСТ 16093 (а также ГОСТы 24705 и 8724).

Данный стандарт оговаривает требования к допускам на метрическую резьбу. Кроме того, ГОСТ 16093 предписывает, как должно осуществляться обозначение резьбы метрического типа. ГОСТ 16093 в последней редакции, которая вступила в действие в 2005 году, включает в себя положения международных стандартов ISO 965-1 и ISO 965-3. Под требования такого нормативного документа, как ГОСТ 16093, подпадает как левая, так и правая резьба.

Стандартизируемым параметрам, указанным в таблицах резьб метрического типа, должны соответствовать размеры резьбы на чертеже будущего изделия. Выбор инструмента, при помощи которого будет выполняться ее нарезка, должен быть обусловлен данными параметрами.

Правила обозначения

Для обозначения поля допуска отдельного диаметра метрической резьбы используется сочетание цифры, которая указывает на класс точности резьбы, и буквы, определяющей основное отклонение. Поле допуска резьбы также должно обозначаться двумя буквенно-цифровыми элементами: на первом месте – поле допуска d2 (средний диаметр), на втором – поле допуска d (наружный диаметр). В том случае, если поля допусков наружного и среднего диаметров совпадают, то в обозначении они не повторяются.

По правилам первым проставляется обозначение резьбы, затем следует обозначение поля допуска. Следует иметь в виду, что шаг резьбы в маркировке не обозначается. Узнать данный параметр можно из специальных таблиц.

В обозначении резьбы также указывается, к какой группе по длине свинчивания она относится. Всего существует три таких группы:

• N – нормальная, которая не указывается в обозначении;
• S – короткая;
• L – длинная.

Буквы S и L, если они необходимы, идут за обозначением поля допуска и отделяются от него длинной горизонтальной чертой.

Обязательно указывается и такой важный параметр, как посадка резьбового соединения. Это дробь, формируемая следующим образом: в числителе проставляется обозначение внутренней резьбы, относящееся к полю ее допуска, а в знаменателе – обозначение поля допуска на резьбу наружного типа.

Поля допусков

Поля допусков на метрический резьбовой элемент могут относиться к одному из трех типов:

• точные (с такими полями допуска выполняется резьба, к точности которой предъявляются высокие требования);
• средние (группа полей допуска для резьбы общего назначения);
• грубые (с такими полями допуска выполняют резьбонарезание на горячекатаных прутках и в глубоких глухих отверстиях).

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.

Резьба (цилиндрическая) характеризуется следующими параметрами:

1) диаметрами - наружным, средним и внутренним;

2) формой и размерами профиля;

3) параметрами, связанными с подъемом резьбы - шагом, числом заходов и углом подъема.

Наружный диаметр резьбы d - диаметр цилиндра, описанного вокруг вершин наружной резьбы (винта); этот диаметр является номинальным диаметром резьбы.

Внутренний диаметр резьбы d 1 - диаметр цилиндра, описанного вокруг вершин внутренней резьбы.

Средний диаметр резьбы d 2 - диаметр воображаемого цилиндра, на поверхности которого ширина витков и ширина впадин резьбы равны.

Профиль резьбы - контур сечения витка в плоскости, проходящей через ось резьбы.

Угол профиля α - угол между боковыми сторонами профиля, измеренный в осевой плоскости.

Обозначение основных параметров резьбы представлено на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Резьба, обозначение основных параметров

Профиль резьбы характеризуется также:

1. высотой теоретического профиля Н, т. е. высотой полного треугольного профиля резьбы, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения.

2. рабочей высотой профиля h, на которой происходит соприкосновение витков винта и гайки, равной полуразности наружного и внутреннего диаметров.

Высоту профиля измеряют в радиальном направлении.

Важнейшей характеристикой резьбы является шаг. Шаг резьбы P - расстояние между параллельными сторонами профиля двух соседних витков, измеренное вдоль оси.

Для многозаходных резьб вводят дополнительный термин - ход винта, равный произведению шага на число заходов P t. Таким образом, ход равен шагу винтовой поверхности резьбы - расстоянию, на которое переместится винт вдоль своей оси при повороте на один оборот в неподвижной гайке. Для однозаходной резьбы понятия шаг и ход совпадают.

Угол подъема резьбы β - угол, образованный винтовой линией по среднему диаметру резьбы и плоскостью, перпендикулярной к оси резьбы:

Перечисленные параметры можно рассматривать в общем виде, так как все профили имеют общие элементы и могут быть получены варьированием угла профиля, высоты профиля и радиусов закруглений. Например, уменьшая угол профиля, можно перейти от треугольной резьбы к трапецеидальной, а потом к прямоугольной.

Резьбы по назначению разделяют на следующие группы:

1. Крепежные резьбы , предназначначены для скрепления деталей. Их выполняют, как правило, треугольного профиля с притуплёнными вершинами.

Применение треугольного профиля вызывается следующим:

а) повышенным трением, обеспечивающим меньшую опасность ослабления затянутой резьбы;

б) повышенной прочностью резьбы;

в) удобством изготовления.

2. Крепежно-уплотняющие резьбы , служачат как для скрепления деталей, так и для предохранения от вытекания жидкости (в соединениях трубопроводов и в арматуре). Эти резьбы по указанным причинам также выполняют треугольного профиля, но без радиальных зазоров во избежание вытекания жидкости. Чтобы исключить обмятие острых кромок, профиль выполняют с плавными закруглениями.

3. Резьбы для передачи движения (ходовые) , могут применяться в ходовых и грузовых винтах. Эти резьбы для уменьшения трения выполняют трапецеидальными с симметричным профилем и несимметричным профилем (упорные), а иногда с прямоугольным профилем.

4. Упорные резьбы предназначены для восприятия больших осевых сил, действующих в одном направлении.

5. Специальные (круглые и другие).

Необходимо иметь в виду, что приведенное деление резьб по назначению не является строгим. Так, например, резьбы треугольного профиля иногда используют для особо точных ходовых винтов с малым шагом, а упорные резьбы - в качестве крепежных.

Из-за гарантированных зазоров резьбы, как правило, не могут быть использованы в качестве центрирующих элементов.

Треугольный профиль выполняют с притуплением вершин витков и дна впадин по прямой или по дуге окружности, что необходимо в крепежной резьбе для уменьшения концентрации напряжений, для повышения стойкости инструмента и для уменьшения повреждений (забоин), а в уплотняющих резьбах - также для обеспечения непроницаемости вследствие замыкания по вершинам.

Метрическая резьба (рисунок 2.2) является основной треугольной резьбой. Она характеризуется углом профиля α = 60°, притуплением вершин профиля резьбы винта по прямой на расстоянии H/8 и вершин профиля резьбы гайки на расстоянии H/4 от вершин теоретического профиля. Профиль впадин у винта может иметь притупление или закругление радиусом r=H/6 ≈ 0,866P. Высота исходного треугольника теоретического профиля . Рабочая высота профиля .

Метрические резьбы разделяют на резьбы с крупными и мелкими шагами. С уменьшением шага резьбы Р при данном наружном диаметре d внутренний диаметр d 1 увеличивается и, следовательно, увеличиваются площадь сечения и прочность нарезанного стержня. Профили треугольной резьбы с крупным и мелким шагом геометрически подобны.

Рисунок 2.2 – Треугольная метрическая резьба

За основную принята резьба с крупным шагом. Для таких изделий, как болты, винты и шпильки в основном используют треугольную резьбу с крупным шагом как наиболее технологичную. Статическая несущая способность этой резьбы выше и меньше влияние на прочность ошибок изготовления и износа, чем резьбы с мелким шагом. Предел выносливости винтов из высокопрочных сталей понижается с уменьшением шага, а винтов из низкоуглеродистых сталей повышается.

Области применения резьбы с мелкими шагами:

а) динамически нагруженные детали и детали, диаметры которых в основном определяются напряжениями изгиба и кручения (валы);

б) полые тонкостенные детали;

в) детали, у которых резьба применяется для регулировки.

Шаги всех метрических резьб составляют ступенчатый арифметический ряд.

Метрическую резьбу с крупными шагами обозначают буквой М и числом, выражающим диаметр резьбы в мм, например М20, а для метрической резьбы с мелкими шагами дополнительно указывают шаг, например М20х1,5.

Трубная резьба (рисунок 2.3), являющаяся крепежно-уплотняющей, применяется для соединения труб и арматуры трубопроводов в диапазоне номинальных размеров от 1/8 до 6.

Трубная резьба представляет собой мелкую дюймовую резьбу, которая выполняется с закруглениями профиля и без зазоров по выступам и впадинам для лучшего уплотнения. За основной (номинальный) размер, характеризующий резьбы и указываемый в обозначении резьбы, принят условный внутренний диаметр трубы (проход в свету).

Рисунок 2.3 – Трубная резьба

Трапецеидальная резьба (рисунок 2.4)является основной резьбой для передач винт - гайка. Она имеет меньшие потери на трение, чем треугольная резьба, удобна в изготовлении и более прочна, чем прямоугольная резьба. При необходимости она допускает выборку зазоров радиальным сближением половинок гайки (если гайка выполнена разъемной по диаметральной плоскости). Трапецеидальная резьба имеет угол профиля 30°, рабочую высоту профиля , средний диаметр , зазор в зависимости от диаметра резьбы от 0,25 до 1 мм. Трапецеидальная резьба стандартизована в диапазоне диаметров от 8 до 640 мм; предусмотрена возможность применения резьб с мелкими, средними и крупными шагами.

Рисунок 2.4– Трапецеидальная резьба

Упорная резьба (рисунок 2.5) применяется 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 к.п.д. выбран достаточно малым 3° (резьба с углом наклона профиля 0° неудобна в изготовлении), угол наклона нерабочей стороны профиля 30°, и предусмотрен значительный радиус закругления впадины для снижения концентрации напряжения. Рабочая высота профиля h = 0,75S . Усиленные упорные резьбы имеют угол нерабочей стороны профиля 45°.

Рисунок 2.5– Упорная резьба

Круглые резьбы (рисунок 2.6) в основном применяют для винтов, подверженных большим динамическим напряжениям, а также часто завинчиваемых и отвинчиваемых в загрязненной среде (пожарная арматура, вагонные стяжки). Круглые резьбы можно применять в гидравлической арматуре из-за хорошего уплотнения. Наконец, круглые резьбы с малой высотой профиля накатывают на тонкостенные изделия, например на цоколи и патроны электроламп.

Профиль круглой силовой резьбы состоит из дуг, связанных короткими участками прямой; угол профиля 30°. Большие радиусы закруглений исключают значительную концентрацию напряжений. Попадающие в резьбу загрязняющие частицы выжимаются в зазоры.

Рисунок 2.6– Круглая резьба

Для круглых резьб, применяемых на тонкостенных изделиях, характерны малая высота профиля и отсутствие прямолинейного участка, что важно для уменьшения деформаций металла в процессе накатки.

Коническая резьба (рисунок 2.7) используется в тех случаях, когда необходимо обеспечить герметичность соединения, то есть она обеспечивает непроницаемость без специальных уплотнений, также применяется для соединения труб, установки пробок, масленок и т.п. Непроницаемость достигается плотным прилеганием профилей по вершинам. Затяжкой конической резьбы можно компенсировать износ и создавать требуемый натяг. Кроме того, эти резьбы обеспечивают быстрое завинчивание и отвинчивание.

Рисунок 2.7 – Коническая резьба c углом профиля

Целесообразно, чтобы конические резьбы имели возможность свинчиваться с цилиндрическими. Поэтому конические резьбы имеют профили, аналогичные профилям соответствующих цилиндрических резьб, и их нарезают с биссектрисой угла профиля, перпендикулярной оси винта.

Понятие о винтовой линии . Если (рис. 166, а) прямоугольный треугольник ABC, вырезанный из бумаги или из тонкой жести, сторона АВ которого равна длине окружности πD основания цилиндра Е, навернуть на цилиндр так, чтобы сторона АВ совпала с основанием цилиндра, то сторона АС образует на боковой поверхности его линию, называемую винтовой.

Образование винтовой резьбы . Предположим, что плоская фигура, например треугольник abc (рис. 166, б), стороной ab касается образующей цилиндра Е и расположен в плоскости, проходящей через его ось. Предположим далее, что этот треугольник перемещается, оставаясь в плоскости, проходящей через ось цилиндра Е, причем вершина его скользит по винтовой линии, нанесенной на цилиндре. При перемещении треугольника на боковой поверхности цилиндра Е получаются винтовой выступ N и винтовая канавка М, образующие наружную винтовую резьбу.

Если бы треугольник abc перемещался по винтовой линии, нанесенной на внутренней цилиндрической поверхности (на стенках отверстия), на этой поверхности была бы образована внутренняя винтовая резьба.

Винтовой выступ резьбы, получившийся пссле одного полного оборота образующей ее фигуры, называется витком.

Профиль резьбы . Винтовые резьбы, принятые на практике, образованы перемещением по боковой поверхности цилиндра не только треугольника, но и других плоских фигур (трапеций, квадрата и т. д.), выбираемых в зависимости от условий, в которых работает резьба. В соответствии с этим основным признаком, характеризующим резьбу, является ее профиль.

Профилем резьбы называется сечение ее витка плоскостью, проходящей через ось цилиндра (т. е. диаметральной плоскостью), на котором образована резьба.

Рис. 166. Образование винтовой резьбы

Элементы профиля резьбы . Элементами профиля резьбы являются его боковые стороны, угол, вершина и впадина.

Углом профиля называется угол между боковыми сторонами витка, измеренный в диаметральной плоскости. Этот угол (рис. 167, а) обозначается буквой α.

Рис. 167. Элементы профиля (а, б) и шаг резьбы (в)

Вершиной профиля называется линия, соединяющая боковые стороны его по верху витка (Р, рис. 167, а, б).

Впадиной профиля называется линия, образующая дно винтовой канавки (R, рис. 167, а, б).

Очертания вершины и впадины могут быть плоскосрезанными (рис. 167, а) или закругленными (рис. 167, б).

Шаг резьбы . Следующим элементом, характеризующим резьбу, является ее шаг.

Шаг резьбы - это расстояние между двумя одноименными (т. е. правыми или левыми) точками двух соседних витков, измеренное параллельно оси резьбы.

На рис. 167, в такими точками являются точки А и А 1 точки В и В 1 , точки С и C 1 и т. д. Расстояние между этими точками, измеренное параллельно линии 00 (т. е. оси резьбы), и есть шаг резьбы, обозначаемый буквой S.

Почти у всех резьб, принятых в машиностроении, шаг измеряется в миллиметрах. Существуют, однако, также резьбы, у которых шаг выражается числом витков резьбы на 1 дюйм ее длины.

Кроме винтов, на токарном станке нарезаются червяки, имеющие модульный или питчевый шаг.

Диаметры резьбы . Различают три диаметра резьбы: наружный, внутренний и средний.

Наружным диаметром резьбы (d) называется диаметр цилиндра, описанного около боковой поверхности резьбы.

Для болта наружный диаметр соответствует диаметру по вершинам профиля (рис. 168, а), измеренному перпендикулярно к оси резьбы, а для гайки - по впадинам профиля (рис. 168, б).

Рис. 168. Диаметры резьбы: наружный и внутренний (а, б) и средний (в)

Внутренним диаметром резьбы (d 1) называется диаметр цилиндра, вписанного в резьбовую поверхность.

Для болта внутренний диаметр соответствует диаметру по впадинам профиля (рис. 168, а), измеренному перпендикулярно к оси резьбы, а для гайки - по вершинам профиля (рис. 168, б).

Средним диаметром резьбы (d 2) называется диаметр цилиндра, соосного с резьбой, образующие которого делятся боковыми сторонами профиля на равные отрезки.

На рис. 168, в этот цилиндр, имеющий общую ось с резьбой, показан штрих-пунктирными линиями. На рисунке АВ = ВС = CD и т. д., а поэтому d 2 - средний диаметр.

Угол подъема резьбы . При нарезании резьбы на токарном станке необходимо учитывать угол ее подъема.

Углом подъема называется угол, образованный направлением резьбового выступа резьбы с плоскостью, перпендикулярной к его оси.

Правая и левая резьбы . По направлению витка различают правые (рис. 169, б) и левые (рис. 169, а) резьбы.

Рис. 169. Левая (а) и правая (б) резьбы

Если подъем резьбы винта, положенного на ладонь правой руки, совпадет с направлением отогнутого большого пальца, эта резьба правая.

Совпадение подъема резьбы с направлением отогнутого большого пальца левой руки указывает, Что данная резьба левая.

На винт с правой резьбой гайка навертывается при вращении вправо (по часовой стрелке), на винт с левой резьбой - при вращении влево (против часовой стрелки).