Понятие о приведенном среднем диаметре резьбы

Приведенным средним диаметром резьбы называется средний диаметр воображаемой идеальной резьбы, которая имеет те же шаг и угол наклона боковых сторон, что и основной или номинальный профиль резьбы, и длину, равную заданной длине свинчивания, которая плотно (без взаимного смещения или натяга) соприкасается с реальной резьбой по боковым сторонам резьбы (рис. 5.4).

Коротко говоря, приведенный средний диаметр резьбы — это средний диаметр идеального резьбового элемента, который соединяется с реальной резьбой. Когда говорят о приведенном среднем диаметре резьбы, не надо представлять себе его как расстояние между двумя точками. Это диаметр условной идеальной резьбы, которой нет в действительности как материального объекта и которая могла бы свернуться с реальным резьбовым элементом при всех погрешностях его параметров. Этот средний диаметр невозможно измерить непосредственно. Его можно проконтролировать, т.е. узнать, находится ли он в допускаемых пределах. А для того, чтобы узнать числовое значение приведенного среднего диаметра, необходимо отдельно измерить значения параметров резьбы, препятствующие свинчиванию и рассчитать этот диаметр.

Рис. 5.4. Приведенный средний диаметр резьбы

Препятствием для свинчивания могут быть как погрешности среднего диаметра, гак и погрешности шага и профиля (угла наклона) резьбы.

При изготовлении резьбы отклонения отдельных элементов резьбы зависят от погрешности отдельных источников технологического процесса. Так, погрешность шага резьбы, обработанной на резьбообрабатывающих станках, в основном, зависит от погрешности шага ходового винта станка, угол профиля — от неточности заправки угла инструмента и его установки относительно оси резьбы.

Однако влияние ошибок шага и ошибок профиля у резьбы с прямолинейной образующей профиля можно устранить (скомпенсировать) уменьшением среднего диаметра болта или увеличением среднего диаметра гайки для того, чтобы обеспечить свинчивание деталей, т.е. образования резьбового сопряжения (обеспечения сборки).

Необходимо помнить, что резьбовые поверхности болта и гайки никогда не соприкасаются по всей винтовой поверхности, а только на отдельных участках. Основное требование, например, для крепежной резьбы заключается в том, чтобы было обеспечено свинчивание между болтом и гайкой — в этом их основное служебное назначение. Поэтому и представляется возможным изменять средний диаметр у болта или гайки и добиваться свинчивания при ошибках шага и профиля, при этом контакт резьбы будет, но не по всей поверхности. По некоторым профилям (при ошибке шага) или на отдельных участках профиля (при ошибках профиля) в результате компенсации этих ошибок изменением среднего диаметра будет зазор в нескольких местах сопряжения. Часто в контакте по резьбовым элементам участвуют всего 2—3 витка.

Компенсация ошибок шага δР. Погрешность шага у резьбы, обычно, бывает двух видов — местная погрешность, часто называемая "внутришаговой", и прогрессирующая погрешность, иногда называемая "растяжкой" шага. Компенсация погрешности осуществляется в отношении прогрессирующей погрешности.

На рис. 5.5, а два осевых сечения болта и гайки наложены друг на друга. У этих резьбовых элементов на длине свинчивания не равны значения шагов, а следовательно, не может произойти свинчивание, хотя значение среднего диаметра у них одинаково. Для того чтобы обеспечить свинчивание, необходимо удалить часть материала (на рисунке заштрихованные участки), т.е. увеличить средний диаметр у гайки или уменьшить средний диаметр у болта (рис. 5.5, а). После этого свинчивание произойдет, хотя контакт будет происходить только на крайних профилях (рис. 5.5, б).

Рис. 5.5. Схема диаметральной компенсации погрешности

шага резьбы

Значение, на которое необходимо дополнительно обработать болт или гайку по среднему диаметру, можно рассчитать по формуле (рис. 5.5, в)

δP = 1,732 δP,

где Р — погрешность шага;

f_р — диаметральная компенсация погрешности шага.

(На рис. 5.5 показано 0,5f_p, поскольку изображена одна половина резьбового элемента.)

Таким образом, если имеется погрешность шага в 10 мкм, то для компенсации ее следует уменьшить средний диаметр у болта или увеличить средний диаметр у гайки на 17.32 мкм и тогда произойдет компенсация ошибок шага и будет свинчивание резьбовых элементов деталей.

Компенсация погрешности угла профиля δα/2. Погрешность угла профиля или угла наклона возникает, обычно, от погрешности профиля режущего инструмента или погрешности его установки на станке относительно оси заготовки. Компенсация погрешности профиля производится также изменением значения среднего диаметра, т.е. увеличением среднего диаметра у гайки или уменьшением у болта.

На рис. 5.6, а изображены совмещенные профили болта и гайки, при которых свинчивание не может произойти из-за разности углов.

Рис. 5.6. Схема диаметральной компенсации погрешности

угла профиля резьбы

Если удалить часть материала, которыми профили перекрывают друг друга (увеличить средний диаметр гайки или уменьшить средний диаметр болта), то свинчивание произойдет, но контакт будет происходить на ограниченном участке боковой стороны профиля (рис. 5.6, б). Но этого контакта достаточно для того, чтобы произошло свинчивание, т.е. скрепление двух деталей.

Значение, на которое необходимо изменить размер среднего диаметра для метрической резьбы, может быть рассчитано (рис. 5.6, в) по формуле

fα = 0,36Р δα/2.

Таким образом, требование к точности резьбы в отношении среднего диаметра нормируется суммарным допуском, который ограничивает как приведенный средний диаметр (диаметр идеальной резьбы, обеспечивающей свинчивание), так и средний диаметр резьбы (собственно средний диаметр). В стандарте только упоминается, что допуск на средний диаметр является суммарным, но нет расшифровки этого понятия. В отношении этого допуска можно дать следующие дополнительные толкования.

1. Для внутренней резьбы (гайки) приведенный средний диаметр не должен быть меньше, чем размер, соответствующий пределу максимума материала (часто говорят — проходному пределу), а наибольший средний диаметр (собственно средний диаметр) не должен быть больше предела минимума материала (часто говорят — непроходной предел).

Значение приведенного среднего диаметра для внутренней резьбы определяется по формуле

D2 пр = D₂ действ. — (fр + fα)

где D₂ действ. — действительное (измеренное) значение собственно среднего диаметра.

2. Для наружной резьбы (болта) приведенный средний диаметр не должен быть больше предела максимума материала по среднему диаметру, а наименьший собственно средний диаметр в любом месте должен быть меньше, чем предел минимума материала.

Значение приведенного среднего диаметра для наружной резьбы определяется по формуле

d₂пр = d₂действ. + fp + fα

В принципе, понятие идеальной резьбы, соприкасающейся с реальной, можно представить себе по аналогии с понятием о прилегающей поверхности и, в частности, прилегающего цилиндра, которые рассматривались при нормировании точности отклонений формы. Идеальную резьбу в исходном положении можно представить себе соосной реальной резьбе, но для болта значительно больше по диаметру. Если теперь идеальная резьба будет постепенно сжиматься (уменьшаться средний диаметр) до плотного соприкосновения с реальной резьбой, тогда средний диаметр идеальной резьбы и будет приведенным средним диаметром реальной резьбы.

Допуск, который дается в стандарте на средний диаметр болта (Тd₂) и гайки (ТD₂), фактически включает в себя допуск на собственно средний диаметр (Т'd₂), (Т'D₂) и значение возможной компенсации fр и fα, т.е.

Тd₂(ТD₂) = Т'd₂(Т'D₂) + fр + fα.

Надо отметить, что при нормировании этого параметра имеется определенная неточность в терминологии и обозначении, поскольку указывает и обозначается допуск на средний диаметр (Тd₂ и ТD₂), а надо понимать, что этот допуск должен учитывать допускаемый отклонения шага и профиля.

Возможно, что в дальнейшем этот комплексный допуск получит другое обозначение, а может быть новое название, что позволит отличать этот допуск от допуска на средний диаметр.

При изготовлении резьбы технологу представляется возможность суммарный допуск распределить между тремя параметрами резьбы — средним диаметром, шагом, углом профиля. Часто допуск делят на три части, но при наличии запаса по точности у станков можно задать меньшие допуски на шаг и большие на угол и средний диаметр и т.д.

Измерить непостредственно приведенный средний диаметр нельзя, поскольку, как диаметр, т.е. расстояние между двумя точками, он не существует, а представляет собой как бы условный, действующий диаметр сопряженных резьбовых поверхностей. Поэтому для определения значения приведенного среднего диаметра резьбы необходимо измерить отдельно средний диаметр, измерить отдельно шаг и половину угла профиля, по погрешностям этих элементов рассчитать диаметральные компенсации и потом расчетом определить значение приведенного среднего диаметра резьбы. Вот значение этого среднего диаметра и должно находиться в пределах допуска, установленного в стандарте.

5.1.5. Поля допусков для нормирования точности элементов

метрической резьбы

Принципиальный подход к нормированию точности элементов резьбы и образованию сопряжений аналогичен нормированию требований к точности гладких элементов деталей, т.е. нормируются основные отклонения — отклонения, ближайшие к номинальному размеру, и ряды точности — допуски. Посадки, как и для гладких элементов деталей, образуются сочетанием полей допусков для болта и для гайки.

Для резьбовых соединений основные 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 точности получили название степени точности (в гладких — квалитеты). Разные термины для рядов точности приняты, в частности, для того, чтобы не путать гладкие и резьбовые элементы детали.

1. Основные отклонения нормируются для резьбы в значительно меньшем количестве, чем для гладких элементов. На рис. 5.6 было показано расположение допусков при образовании посадки скольжения. Там же приведены основные отклонения для образования посадок с большими зазорами, которые используются, в основном, при получении заготовок резьбы для нанесения защитных покрытий и получения после этого посадки скольжения. В этом случае для наружной резьбы (болта) задается верхнее отклонение, а для гайки — нижнее.

Следует обратить внимание на то, что основное отклонение задается и на внутренний диаметр болта и на наружный диаметр гайки, хотя, точность этих элементов резьбы не нормируется. Эти основные отклонения нормируются для резьбообразующего инструмента, например, для метчиков, которые тоже можно рассматривать как одну из разновидностей резьбовых элементов.

Основные отклонения, обычно, принимаются одинаковыми для нормируемых элементов, т.е. у болта для среднего и наружного диаметров, а у гайки для среднего и внутреннего диаметров. Но можно принимать разные поля допусков для нормируемых параметров.

2. Ряды точности — степени точности (допуски) нормируются в значительно меньшем объеме, чем для гладких элементов, а на практике применяются еще меньше.

Для наружного диаметра наружной резьбы (болта) d нормируются 4-я, 6-я и 8-я степени, а для приведенного среднего диаметра d2 — с 3-й по 10-ю степени.

Для внутреннего диаметра внутренней резьбы (гайки) D₁ нормируются с 4-й по 8-ю степени, а для приведенного среднего диаметра D₂ — с 4-й по 9-ю степени.

3. Длина свинчивания. Стандартом устанавливается три группы длин свинчивания, которые обозначаются прописными латинскими буквами и имеют следующие наименования: N — нормальная, S — короткая и L — длинная.

4. Поля допусков резьбовых элементов образуются сочетанием поля допуска на средний диаметр с полем допуска диаметра выступов. Обратите внимание на новый термин "диаметр выступов". Так условно одним термином названы одновременно наружный диаметр болта и внутренний диаметр гайки, т.е. диаметры цилиндров с прерывестыми поверхностями (выступами), которые относительно легко доступны для измерения приборами с двухточечной схемой. При сочетании указанных выше степеней точности и основных отклонений образуются поля допусков.

Обозначения поля допуска на резьбовой элемент детали состоит из обозначения поля допуска для среднего диаметра (он нормируется для болта и гайки), помещаем на первом месте, и обозначения поля допуска диаметра выступов (т.е. для наружного диаметра болта или внутреннего диаметра гайки).

Отличие в обозначении полей допусков для резьбовых элементов деталей от обозначения полей допусков для гладких элементов, заключается в том, что для резьбовых элементов сначала указывается степень точности, т.е. цифра соответствующей степени точности (характеризует допуск), а потом основное отклонение — буква (характеризует положение поля допуска относительно номинального размера). Например, 6g5g: 6g - поле допуска на приведенный средний диаметр болта (d2), 5g- поле допуска на наружный диаметр болта (d); 7Н6Н: 7Н - поле допуска на приведенный средний диаметр гайки (D₂), 6Н-поле допуска на внутренний диаметр гайки (D₁).

Поскольку в большинстве случаев принимают одинаковыми поле допуска для среднего диаметра и диаметра выступов, то это поле допуска указывается один раз. Например, 6g означает, что поле допуска одинаковое на приведенный средний и наружный диаметры болта; 7Н означает, что взяты одинаковые поля допуска на приведенный средний и внутренний диаметры гайки.

В принципе, возможно сочетание любых основных отклонении со всеми степенями точности, а также разных полей допусков для диаметров и для приведенных средних диаметров. Но таких сочетании оказывается очень много и для практического применения их столько не нужно. Поэтому в стандарте специально введен набор определенных сочетаний.

Ограниченный отбор полей допусков произведен из всей совокупности полей допусков, которые могут быть получены различными сочетаниями степеней точности и основных отклонений. В табл. 5.1 приведены поля допусков, которые можно применять без ограничений. Помимо приведенных в таблице нормируются еще семь полей допусков для наружной резьбы и четыре для внутренней, применение которых следует, по возможности, ограничивать.

Поля допусков, не указанные в табл. 5.1, в принципе, тоже можно применять, но они уже являются специальными и их использование может быть допущено только в технически и экономически обоснованных случаях, когда применение полей допусков, приведенных в табл. 5.1, не может обеспечить требований, предъявляемых к изделию.

Таблица 5.1

Классы точности	Наружная резьба	Внутренняя резьба
Точный	4g; 4h	4Н; 4Н5Н; 5Н
Средний	5g6g; 6d; 6е; 6f; [6g]; 7g; 6g	6G; |6H]; 7Н
Грубый	8g	7G; 7Н; 8Н

Отобранные поля допусков нормируются для определенных длин свинчивания, а в табл. 5.1 дан только набор этих полей допусков.

Приведенный ограничительный набор полей допусков указан для определенных классов. Однако эти классы, строго говоря, не являются рядами точности и не связаны с изменением допусков при переходе из одного класса точности в другой. В этом случае термин "класс"— условное понятие и приведено в стандарте для облегчения выбора поля допуска, т.е. для приблизительной ориентации разработчика.

Рекомендуется, при нормировании резных полей допусков для среднего диаметра и диаметра выступов принимать их из одного класса.

В табл. 5.1 рамкой выделены два поля допуска 6g и 6Н для того, чтобы указать, что эти поля допусков являются предпочтительными для применения. Иногда резьбы с такими полями допусков называют "торговый крепеж" и наиболее часто используются для крепежа.