 |
Геометрические параметры резьбы
|
|
|
|
Лекция 2 (2часа)
СОЕДИНЕНИЯ
Резьбовые соединения
Общие сведения.
Резьбовые соединения являются наиболее распространенными разъемными соединениями. Их образуют болты, винты, гайки и другие детали, снабженные резьбой. В зависимости от формы поверхности, на которой образуется резьба, различают цилиндрические и конические резьбы.
В зависимости от формы профиля различают следующие основные типы резьбы: треугольная - а), упорная - б), трапецеидальная - в), прямоугольная - г) и круглая - д).
В зависимости от направления винтовой линии резьбы бывают правые и левые. У правой резьбы винтовая линия поднимается слева направо, а у левой — справа налево. Левая резьба имеет ограниченное применение.
В зависимости от числа заходов резьбы делят на однозаходные и многозаходные. Многозаходные резьбы получают при перемещении профилей по нескольким винтовым линиям. Заходность резьбы можно определить с торца винта по числу сбегающих витков.
В зависимости от назначения резьбы делят на крепежные, крепежно-уплотняющие и для преобразования движения. Крепежные резьбы применяют в соединениях для скрепления деталей. Они имеют треугольный профиль, отличающийся повышенным моментом сопротивления отвинчиванию и высокой прочностью. Крепежно-уплотняющие резьбы применяют для скрепления деталей в соединениях, требующих герметичности. Их также выполняют треугольного профиля, но без зазоров в сопряжении болта и гайки. Как правило, все крепежные резьбовые детали имеют однозаходную резьбу. Резьбы для преобразования вращательного движения в поступательное движение или наоборот, применяют в винтовых механизмах (в ходовых и грузовых винтах). Они имеют трапецеидальный (реже прямоугольный) профиль, который характеризуется малым моментом сопротивления вращению.
|
|
|
Изготовление резьбы осуществляют следующими методами:
Нарезкой вручную метчиками или плашками. Этот метод применяют в индивидуальном производстве и при ремонтных работах.
Нарезкой на токарно-винторезных или специальных станках.
Фрезерованием на специальных резьбофрезерных станках. Применяют для нарезки винтов больших диаметров с повышенными требованиями к точности резьбы (ходовые и грузовые винты, резьбы на валах и т. д.).
Накаткой на специальных резьбонакатных станках-автоматах. Этим высокопроизводительным и дешевым способом изготовляют большинство резьбы на стандартных крепежных деталях (болты, винты и т. д.). Накатка существенно упрочняет резьбовые детали.
Литьем на деталях из стекла, пластмассы, металлокерамики и др.
Выдавливанием на тонкостенных давленных и штампованных изделиях из жести, пластмассы и т. д.
Достоинства резьбовых соединений.
1. Простота конструкции.
2. Удобство сборки, разборки, возможность применения для регулировки взаимного положения деталей.
3. Высокая нагрузочная способность.
4. Малая стоимость.
Недостатком резьбовых соединений является высокая концентрация напряжений вследствие наличия резьбы на поверхности деталей, что снижает их прочность при переменных напряжениях.
Геометрические параметры резьбы
Основными геометрическими параметрами цилиндрической резьбыявляются:
d — номинальный диаметр резьбы (наружный диаметр для винта);
d3 — внутренний диаметр резьбы винта (по дну впадины);
d2 — средний диаметр резьбы, т. е. диаметр воображаемого цилиндра, на котором толщина витка равна ширине впадины;
р — шаг резьбы, т. е. расстояние между одноименными сторонами соседних профилей, измеренное в направлении оси резьбы;
|
|
|
рh — ход резьбы, т. е. расстояние между одноименными сторонами одного и того же витка в осевом направлении: для однозаходной резьбы рh = р; для многозаходной рh = р∙z,
где z — число заходов. Ход равен пути перемещения винта вдоль своей оси при повороте на один оборотв неподвижной гайке;
α — угол профиля резьбы
γ — угол наклона боковой стороны профиля к перпендикуляру к оси резьбы;
ψ — угол подъема резьбы, т. е. угол, образованный разверткой винтовой линии по среднему диаметру резьбы и плоскостью, перпендикулярной оси винта:
tgψ = ph/(π∙d2).
Из данной формулы следует, что угол ψ возрастает с увеличением числа заходов.
Основные типы резьбы
Метрическая резьба по ГОСТ 9150-81 наиболее распространенная из крепежных резьб. Имеет профиль в виде равностороннего треугольника: α = 60°, γ = 30°. Вершины витков и впадин притупляются по прямой или дуге, что предохраняет резьбу от повреждений, уменьшает концентрацию напряжений, удовлетворяет нормам техники безопасности. Радиальный и осевой зазоры в резьбе делают ее негерметичной. В соединениях, требующих герметичности, резьбу выполняют без зазора. Метрическую резьбу изготовляют по стандарту с крупным и мелким шагом. Наклон боковой стороны профиля обеспечивает возможность создания больших осевых сил, а также самоторможение.
В качестве основной крепежной применяют резьбу с крупным шагом, так как она прочнее, менее чувствительна к изнашиванию и неточностям изготовления.
Резьбы с мелким шагом меньше ослабляют деталь и характеризуются повышенным самоторможением, так как при малом шаге угол подъема винтовой линии мал. Мелкие резьбы применяются в резьбовых соединениях, подверженных переменным и знакопеременным нагрузкам, а также в тонкостенных деталях.
Дюймовая резьба имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине α = 55°. Вместо шага задают число витков на дюйм (1 дюйм = 25,4 мм).
Трубная цилиндрическая резьба – мелкая с закругленными выступами и впадинами. Отсутствие радиальных зазоров делает резьбовое соединение герметичным. Применяется для соединения труб. Изготавливается по ГОСТ 6357-81.
Трубная коническая резьба обеспечивает более высокую плотность соединения. Изготавливается по ГОСТ 6211-81.Конические резьбыобеспечивают герметичность без специальных уплотнений, позволяют затяжкой компенсировать износ, обеспечивают более равномерное распределение нагрузки по виткам. Стандартизованы резьбы с конусностью 1:16 (угол наклона образующей конуса к оси резьбы — 1° 47' 24"). Применяют для соединения труб, установки пробок, масленок, штуцеров и т. п.
|
|
|
Трапецеидальная резьба - это основная резьба в передаче винт-гайка. Ее профиль — равнобочная трапеция, угол профиля α = 30°, угол наклона боковой стороны профиля
γ = 15°. Шаг может быть крупным, средним и мелким. Характеризуется малыми потерями на трение, технологичностью. КПД выше, чем у резьбы с треугольным профилем. Применяют для передачи реверсивного движения под нагрузкой (ходовые винты станков, прессов, домкратов и т.п.). Изготавливается по ГОСТ 9484-81.
Упорная резьба. Профиль — неравнобочная трапеция с углом 27°. Рабочая сторона профиля имеет угол наклона γ = 3°, что обеспечивает возможность изготовления резьбы фрезерованием. КПД выше, чем у трапецеидальной резьбы. Закругление впадин
повышает сопротивление усталости винта. Применяют в передаче винт-гайка при больших односторонних осевых нагрузках (грузовые винты прессов, домкратов, толкателей и т. п.). Изготовляют по стандарту, шаг может быть крупным, средним,
мелким. Изготовляется по ГОСТ 10177-81.
Прямоугольная резьба. Профиль резьбы — квадрат, γ = 0°. Обеспечивает наивысший КПД. Впадины без закруглений понижают сопротивление усталости винта. При изнашивании появляются осевые зазоры, которые трудно устранить. Не стандартизована. Применяют ограниченно в малонагруженных передачах винт-гайка.
Круглая резьба. Профиль резьбы состоит из дуг, сопряженных отрезками прямых линий. Угол профиля α = 30°. Винты с круглой резьбой характеризуются высоким сопротивлением усталости. Применяют ограниченно при тяжелых условиях эксплуатации в загрязненной среде, а также при частых завинчиваниях и отвинчиваиниях. Технологична, при изготовлении отливкой, накаткой и выдавливанием на тонкостенных изделиях.
|
|
|
Конструктивные формы резьбовых соединений.
Для соединения деталей применяют болты, винты и шпильки с гайками.
Соединения болтами наиболее простые и дешевые, так как не требуют нарезания резьбы в соединяемых деталях. Применяются для скрепления деталей небольшой толщины, а также деталей, материал которых не обеспечивает достаточной прочности резьбы.
Соединения винтами применяются для скрепления деталей, одна из которых имеет большую толщину. В отличие от болта винт ввинчивается в резьбовое отверстие детали, гайка при этом отсутствует.
Соединения шпильками применяются тогда, когда по условию эксплуатации требуется частая разборка и сборка соединения деталей, одна из которых имеет большую толщину. Применение винтов в этом случае привело бы к преждевременному износу резьбы детали при многократном отвинчивании и завинчивании. Шпильку ввинчивают в деталь при помощи гайки, навинченной поверх другой гайки или при помощи специального шпильковерта.
С учетом условий применения стандартами предусмотрены различные геометрические формы и размеры болтов, винтов, шпилек, гаек и шайб.
Болты и крепежные винты. Различают эти крепежные детали в зависимости от формы головки, формы стержня, точности изготовления и назначения.
В зависимости от формы головки болты и винты бывают с шестигранными, полукруглыми, цилиндрическими, потайными и другими головками. Форму головки выбирают в зависимости от требуемой силы затяжки, пространства для поворота инструмента, внешнего вида и т.д. Болты и винты с шестигранными головками применяют чаще других, так как они позволяют приложить большой момент завинчивания и, следовательно, получить большие силы затяжки деталей соединения, требуя при этом небольшого угла поворота ключа.
В зависимости от формы стержня болты и винты бывают: с нормальным стержнем, с подголовком, с утолщенным точно изготовленным стержнемдля постановки без
зазора в обработанное разверткой отверстие, со стержнем уменьшенного диаметра для повышения податливости и сопротивления усталости при переменных нагрузках.
В зависимости от точности изготовления болты и винты бывают нормальной и повышенной точности.
В зависимости от назначения болты и винты бывают общего назначения, установочные и специальные. Установочные винты применяют для фиксации положения деталей. Их выполняют с различными по форме головками и концами. К специальным болтам относят болты конусные для отверстия из под развертки, грузовые — рым-болты и другие.
|
|
|
Шпильки изготавливают по ГОСТ 11765-81 без канавки или с канавкой. Шпильку завинчивают в корпусную деталь коротким резьбовым концом, длина которого может быть различной. Для чугунных деталей применяют шпильки с глубиной завинчивания
l 1 =1,35 d (тип I), для стальных l 1 = d (тип II). При динамических нагрузках прочность шпилек выше, чем прочность болтов.
Гайки. Различают гайки в зависимости от формы, высоты, точности изготовления.
В зависимости от формы гайки бывают: шестигранные, круглые, гайки-барашки и др.
В зависимости от высоты шестигранные гайки бывают: нормальные, высокие и низкие. Высокие гайки применяют при частых разборках и сборках с целью уменьшения износа резьбы и сблизить граней гайки ключом.
В зависимости от точности изготовления шестигранные гайки бывают нормальной и повышенной точности.
Шайбы. Шайбы служат для предохранения деталей от задиров и увеличения опорной поверхности. Их подкладывают под гайки. Имеется большая группа стандартных стопорных шайб, которые применяют для предохранения резьбовых деталей от самоотвинчивания.
Инструмент для завинчивания и отвинчивания. Завинчивают и отвинчивают винты и гайки (кроме винтов со шлицем под отвертку) ключами. Ключи бывают различные: рожковые, накидные, разводные, специальные, шестигранные, динамометрические и пр..
Важное значение, для прочности винтов, особенно подверженных переменной нагрузке, имеет установление и контроль требуемой силы начальной затяжки. Применяют следующие способы затяжки с контролем силы:
1. Ключами предельного момента. При превышении этого момента происходит проскальзывание.
2. Динамометрическими ключами, имеющими обычно упругую рукоятку, прогибы которой, пропорциональны замеряемому моменту. В связи с переменностью коэффициента трения и плотности резьбы точность установления начальной затяжки по моменту невелика.
3. Поворотом гайки на рассчитанный заранее угол от положения соприкосновения.
4. С помощью тарированных упругих шайб, которые при достижении расчетной нагрузки распрямляются и становятся жесткими. Наиболее точно можно определить силу начальной затяжки с помощью измерения удлинения болта.
|
|
|
