Нормирование точностных параметров

СЛОЖНЫХ ПАР

8.1. Резьбовые соединения

8.2. Шпоночные соединения

8.3. Шлицевые соединения

Ключевые слова

Шаг резьбы

Средний, наружный и внутренний диаметр резьбы

Класс точности резьбы

Ширина шпонки, паза вала и паза втулки

Серия шлицевого соединения

Вид центрирования шлицевого соединения

Внутренний, наружный диаметр и ширина шлица в шлицевом соединении

Резьбовые соединения

Резьбовые соединения широко применяются в современной технике, особенно в машиностроении. Взаимозаменяемость резьб осуществляется на базе стандартов, устанавливающих для каждого типа резьбы профили, диаметры и шаги, номинальные значения основных размеров, допуски и предельные отклонения основных размерных параметров и обозначения резьб. Резьбы бывают следующих видов: метрическая, трапециидальная, трубная (коническая и цилиндрическая), унифицированная (дюймовая резьба ИСО) и специального назначения. Наиболее распространенной и простой в изготовлении считается метрическая резьба.

Основные параметры метрической резьбы по ГОСТ 24105–81 следующие (рис. 8.1):

d(D) – наружный диаметр резьбы болта (гайки);

d₁ (D₁) – внутренний диаметр резьбы болта (гайки); d₂ (D₂) – средний диаметр резьбы болта (гайки); Р – шаг резьбы; – угол профиля резьбы.

Для наиболее часто используемых метрических резьб – с зазором –установлены следующие ряды основных отклонений: для резьб болтов – h, g,f, e, d;для резьб гаек – Н, G, F, Е (рис. 8.2).

Величины допусков диаметров резьбы определяются степенями точ­ности, которые нормируются от 2-й до 10-й.

Для метрической резьбы задаются допуски на следующие элементы: наружный диаметр болта Т_d, внутренний диаметр гайки Т_D , средний диаметр болта Т_d2 и гайки Т_D2.

Допуск на средний диаметр компенсирует погрешности изготовления самого диаметра, шага и угла профиля резьбы:

T_{d1 (D1)} = Т^'_d2(D2) + 1,732 ∙ΔР + 0,36 ∙ Р ∙ Δ /2, (8.1)

где T'_d2(D2) – допуск на собственно средний диаметр, мкм; ΔР – погреш­ность

шага, мкм; Δ /2 – погрешность половины угла профиля, мин.

Рис. 8.1. Профиль и основные параметры метрической резьбы

Рис. 8.2. Основные отклонения для болтов и гаек

Пример полного обозначения резьбы:

для болта M20 ×1LH – 7g6g – 15;

для гайки М20 × 1LH – 5H6H – 15;

для соединения M20 ×1LH – 15.

Расшифруем: резьба метрическая с номинальным (т.е. наружным) диаметром 20 мм, шаг резьбы – 1 мм, резьба левая, поле допуска для сред­него диаметра у болта – 7g, а у гайки - 5Н, поле допуска на наружный диаметр болта – 6g, на внутренний диаметр гайки – 6Н, длина свинчива­ния отличается от нормальной и равна 15 мм

Рассмотрим методику решения задачи на примере. Основные па­раметры резьбового соединения представлены в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Исходные данные

Параметр	Обозначение
Резьба Шаг резьбы Поле допуска среднего диаметра гайки Поле допуска среднего диаметра болта Поле допуска внутреннего диаметра гайки Поле допуска наружного диаметра болта	М24 Крупный 6Н 6g 6H 6g

Решение

8.1.1. Условное обозначение по исходным данным запишем так:

М24 – резьба метрическая с наружным диаметром 24 мм, шаг резьбы крупный – 3 мм (табл. 8.2), резьба правая, поле допуска для среднего диаметра у болта – 6g, а у гайки – 6Н, поле допуска на наружный диаметр болта –6g, на внутренний диаметр гайки – 6Н, длина свинчивания нормальная.

8.1.2. Определяем размеры диаметров и предельные отклонения резьбы болта и гайки по таблицам 8.3 и 8.4 (ГОСТ 16093–81 и ГОСТ 24705–81).

81).

Наружный диаметр болта d = мм.

Средний диаметр болта d₂ = мм.

Внутренний диаметр болта d₁ = 20,752 мм.

Наружный диаметр гайки D = 24 мм.

Средний диаметр гайки D₂ = 22,051^{+ 0,265} мм.

Внутренний диаметр гайки D₁ = 20,752^+0,5 мм.

Эскиз профиля с указанием элементов резьбы приведен на рисунке 8.1. На нем же самостоятельно нужно указать числовые значения.

8.1.3. По полученным данным в условном масштабе построим схемы расположения полей допусков диаметров резьбового соединения (рис. 6.3).

Рис .8.3. Схема расположения полей допусков резьбового соединения

___________________

^* При выполнении задания требуется нарисовать данную схему с указанием полученных значений.

Таблица 8.2

Резьба метрическая с крупным шагом. Диаметры и шаги, мм (ИСО 261, ГОСТ 8724–81)

Наружный диаметр резьбы d для ряда	Шаг резьбы Р	Наружный диаметр резьбы d для ряда	Шаг резьбы Р
1- го	2-го	3-го	1- го	2-го	3-го
	–	–	0,4		–	(9)*	1,25
2,5	2,2	–	0,45		–	(11)*	1,5
	–	–	0,5			–	1,75
–	3,5	–	(0,6)*
	–	–	0,7				2,5
–	4,5	–	(0,75)*			–
	–	–	0,8			–	3,5
	–					–

Таблица 8.3

Размеры среднего и внутреннего диаметров метрических резьб, мм (ИСО 724, ГОСТ 24705–81, ГОСТ 24706–81)

Шаг резьбы Р	Диаметры резьбы (болта и гайки)	Шаг резьбы Р	Диаметры резьбы (болта и гайки)
средний диаметр d2(D2)	внутренний диаметр d1(D1)	средний диаметр d2(D2)	внутренний диаметр d1(D1)
0,4	d – 1 + 0,740	d – 1 + 0,567	1,25	d – 1 + 0,188	d – 2 + 0,647
0,45	d – 1 + 0,708	d – 1 + 0,513	1,5	d – 1 + 0,026	d – 2 + 0,376
0,5	d – 1 + 0,675	d – 1 + 0,459	1,75	d – 2 + 0,863	d – 2 + 0,106
0,6	d – 1 + 0,610	d – 1 + 0,350		d – 2 + 0,701	d – 3 + 0,835
0,7	d – 1 + 0,545	d – 1 + 0,242	2,5	d – 2 + 0,376	d – 3 + 0,294
0,75	d – 1 + 0,513	d – 1 + 0,188		d – 2 + 0,051	d – 4 + 0,752
0,8	d – 1 + 0,480	d – 1 + 0,134	3,5	d – 3 + 0,727	d – 4 + 0,211
	d – 1 + 0,350	d – 2 + 0,917		d – 3 + 0,402	d – 5 + 0,670

______________

^*Диаметр резьбы не желательно.

Таблица 8.4

Поля допусков метрической резьбы. Предельные отклонения (ИСО 965, ГОСТ 16093–81)

Шаг резьбы Р, мм	Номинальный диаметр резьбы d, мм	Диаметр резьбы болта
средний d2	наружный d
Нижние* отклонения ei для полей допусков диаметров**, мкм
Свыше	До	4h	6h	8h	4h	6h	8h
1,0	5,6 11,2 22,4	11,2 22,4 45,0	–71 –75 –80	–112 –118 –125	–180 –190 –200	–112	–180	–280
1,25	5,6 11,2	11,2 22,4	–75 –85	–118 –132	–190 –212	–132	–212	–335
1,5	5,6 11,2	11,2 24,4	–85 –90	–132 –140	–212 –224	–150	–236	–375
1,5	22,4	45,0	–95	–150	–236	–150	–236	–375
1,75	11,2	22,4	–95	–150	–236	–170	–265	–425
2,0	11,2 22,4	22,4 45,0	–100 –106	–160 –170	–250 –265	–180	–280	–450
2,5	11,2	22,4	–106	–170	–265	–212	–235	–530
3,0	22,4	45,0	–125	–200	–315	–236	–375	–600
3,5	22,4	45,0	–132	–212	–335	–265	–425	–670
4,0	22,4	45,0	–140	–224	–335	–300	–475	–750

^*Нижнее отклонение внутреннего диаметра болта не нормируется. ^**Верхнее отклонение всех диаметров наружной резьбы (болтов) для полей допусков с основным отклонением h равны нулю.

Продолжение таблицы 8.4

Шаг резьбы Р, мм	Номинальный диаметр резьбы d, мм	Диаметр резьбы болта
средний d2	наружный d	внутренний d1
Отклонения, мкм
es	ei	es	ei	es
Для полей допусков диаметров
Свыше	До	6g, 8g	6g	8g	6g, 8g	6g	8g	6g, 8g
1,0	5,6	11,2	–26	–138 –144 –151	–206 –216 –226	–26	–206	–306	–26
11,2	22,4
22,4	45,0
1,25	5,6	11,2	–28	–146 –160	–218 –240	–28	–240	–363	–28
11,2	22,4
1,5	5,6	11,2	–32	–164 –172 –182	–244 –256 –268	–32	–268	–407	–32
11,2	22,4
22,4	45,0
1,75	11,2	22,4	–34	–184	–270	–34	–299	–459	–34
2,0	11,2	22,4	–38	–198 –208	–288 –303	–38	–318	–488	–38
22,4	45,0
2,5	11,2	22,4	–42	–212	–307	–42	–377	–572	–42
3,0	22,4	45,0	–48	–248	–363	–48	–423	–648	–48
3,5	22,4	45,0	–53	–265	–388	–53	–478	–729	–53
4,0	22,4	45,0	–60	–284	–415	–60	–535	–810	–60

Продолжение таблицы 8.4

Шаг резьбы Р, мм	Номинальный диаметр резьбы d, мм	Диаметр резьбы гайки***
средний D2	внутренний D1
Верхнее**** отклонения ES (мкм) для полей допусков диаметров
Свыше	До	4Н	5Н	6Н	7Н	5Н	6Н	7Н
1,0	5,6 11,2 22,4	11,2 22,4 45,0	+95	+118	+150	+190	+190	+236	+300
+100	+125	+160	+200
+106	+132	+170	+212
1,25	5,6 11,2	11,2 22,4	+100	+125	+160	+200	+212	+365	+335
+112	+140	+180	+224
1,5	5,6 11,2 22,4	11,2 22,4 45,0	+112	+140	+180	+224
+118	+150	+190	+236	+236	+300	+375
+125	+160	+200	+250
1,75	11,2	22,4	+125	+160	+200	+250	+265	+335	+425
2,0	11,2 22,4	22,4 45,0	+132	+170	+212	+265
+140	+180	+224	+280	+300	+375	+475
2,5	11,2	22,4	+140	+180	+224	+280	+855	+450	+560
3,0	22,4	45,0	+170	+212	+265	+335	+400	+500	+630
3,5	22,4	45,0	+160	+224	+280	+355	+450	+560	+710
4,0	22,4	45,0	+190	+236	+300	+375	+475	+600	+750

^***Верхнее отклонение наружного диаметра D гайки не нормируется. ^****Нижние отклонения среднего D₂, внутреннего D₁ и наружного D диаметров гайки для полей допусков 4Н, 5Н, 6Н, 7Н равны нулю.

Продолжение таблицы 8.4

Шаг резьбы Р, мм	Номинальный диаметр резьбы d, мм	Диаметр резьбы гайки
средний D2	внутренний D1	наружный D
Отклонения, мкм
EI	ES	EI	ES	EI
Для полей допусков диаметров
Свыше	До	6G, 7G	6G	7G	6G,7G	6G	7G	6G, 7G
1,0	5,6 11,2 22,4	11,2 22,4 45,0	+26	+176	+216	+26	+262	+326	+26
+186	+226
+196	+238
1,25	5,6 11,2	11,2 22,4	+28	+188 +208	+228 +252	+28	+293	+363	+28
1,5	5,6 11,2 22,4	11,2 22,4 45,0	+32	+212 +222 +232	+256 +268 +282	+32	+332	+407	+32
1,75	11,2	22,4	+34	+234	+284	+34	+369	+459	+34
2,0	11,2 22,4	22,4 45,0	+38	+250 +262	+303 +318	+38	+413	+513	+38
2,5	11,2	22,4	+42	+266	+322	+42	+492	+602	+42
3,0	22,4	45,0	+48	+313	+383	+48	+548	+678	+48
3,5	22,4	45,0	+53	+333	+408	+53	+613	+763	+53
4,0	22,4	45,0	+60	+360	+435	+60	+660	–810	+60

Шпоночные соединения

Шпоночные соединения чаще всего применяют для передачи крутя­щего момента в разъемных неподвижных цилиндрических соединениях для закрепления на валах зубчатых колес, муфт, дисков, шкивов и т.п., реже – в качестве направляющих. Чаще всего используются призматические и сег­ментные шпонки. Эти соединения широко распространены благодаря про­стоте, удобству разборки-сборки и низкой стоимости. При ремонте изно­шенная шпонка легко заменяется на новую. Все размеры на шпоночные со­единения стандартизованы и едины для большинства стран мира.

К недостаткам можно отнести ослабление вала и ступицы пазами, кон­центрацию напряжений в зоне шпоночной канавки (снижает усталостную прочность вала), снижение прочности соединения (как правило, ниже проч­ности вала и ступицы), низкую точность центрирования (особенно при при­менении переходных посадок и посадок с зазором). Недостатком призматиче­ских шпонок является неполная взаимозаменяемость, т.е. необходимость при­гонки или подбора шпонки по пазу, что ограничивает их применение в массовом производстве. Пригонкой стремятся обеспечить устойчивое поло­жение шпонки в пазах, так как перекос шпонки значительно ослабляет соеди­нение. Сегментная шпонка с глубоким пазом в этом отношении имеет пре­имущество перед призматической. Ее применяют в массовом производстве

Рассмотрим методику решения задачи на примере. Шпоночное соединение с призматической шпонкой служит для передачи крутящего момента с вала диаметром d на втулку, исходные данные приведены в таблице 8.7.

Таблица 8.7

Исходные данные

Параметр	Значение
Диаметр вала d Вид соединения Условия работы Тип шпонки	45 мм нормальное большие нагрузки призматическая

Решение

8.2.1. Выбираем номинальные размеры шпонки и пазов под нее. В зависимости от диаметра вала, по таблице 6.8, для призматической шпонки (для сегментной – по таблице 6.9) находим: ширину шпонки – b = 14 мм; высотушпонки – h= 9 мм; длину шпонки – l = 36 мм; глубину паза на валу t₁ = 5,5 мм; глубину паза во втулке t₂ =3,8 мм.

8.2.2. По таблице 8.11 для соединений с большими нагрузками имеем посадку в соединении вал–втулка Ø 45 .

Рис. 8.4. Основные размеры шлоночного Рис. 8.5. Схема расположения соединения полей допусков соединения ширина шпонки–ширина паза вала–ширина паза втулки

Выбираем поля допусков сопряжения шпонка–паз вала–паз втулки. Для нормального вида соединений по таблице 6.10 находим:

ширину шпонки – 14h9(_–0,043);

ширину паза на валу – 14N9(_–0,043);

ширину паза во втулке – 14J_s9(±0,021).

8.2.3. Назначаем допуски на другие размеры соединения.

По таблице 8.12 для призматической и сегментной шпонок находим:

высоту шпонки – 9h11(_–0,11);

глубину паза на валу – t₁ = 5,5^+0.2 мм;

глубину паза во втулке – t₂ =3,8^+0.2 мм;

длину шпонки – 36h14(_–0.62);

длину паза вала – 36H15(⁺¹).

Условное обозначение шпонки:

Шпонка 14×9×36 ГОСТ 23360–78.

Рис.8.6. Сборочный чертеж соединения

Таблица 8.8

Основные размеры соединений с призматическими шпонками, мм

(ИСО/R 773–2969, ГОСТ 23360–78, ГОСТ 8790–79)

Диаметр вала	Размеры шпонок	Глубина паза
Ширина высота b×h	Длина l	на валу t1	во втулке t2
Свыше	До	от	до
		2×2			1,2	1,0
		3×3			1,8	1,4
		4×4			2,5	1,8
		5×5			3,0	2,3
		6×6			3,5	2,8
		8×7			4,0	3,3
		10×8			5,0	3,3
		12×8			5,0	3,3
		14×9			5,5	3,8
		16×10			6,0	4,3
		18×11			7,0	4,4

Таблица 8.9

Основные размеры соединений с сегментными шпонками, мм

(ИСО 3912–1977, ГОСТ 24071–80)

Диаметр вала	Ширина, высота и диаметр шпонки b×h×d	Глубина паза
Исполнение I	Исполнение II	на валу t1	во втулке t2
Свыше	До	Свыше	До
				2×3,7 ×10	2,9	1,0
				2,5 ×3,7×10	2,7	1,2
				3× 5× 13	3,8	1,4
				3 ×6,5 ×16	5,3	1,5
				4× 6,5× 16	5,0	1,8
				4× 7,5× 19	6,0	1,8
				5× 6,5× 16	4,5	2,3
				5× 7,5 ×19	5,5	2,3
				5× 9 ×22	7,0	2,3
				6× 9 ×22	6,5	2,8
				6 ×10× 25	7,5	2,8
			–	8 ×11 ×28	8,0	3,3
		10× 13× 32	10,0	3,3

Таблица 8.10

Рекомендуемые поля допусков в сопряжениях: ширина шпонки–ширина

паза вала; ширина шпонки–ширина паза втулки

Вид соединения	Тип шпонки
Призматическая	Сегментная
Поле допуска ширины	Поле допуска ширины
шпонки	паза вала	паза втулки	шпонки	паза вала	паза втулки
Плотное	h9	P9	P9	h9	P9	P9
Нормальное	h9	N9	Js9	h9	N9	Js9
Свободное	h9	H9	D9	–	–	–

Таблица 8.11

Рекомендуемые поля допусков в соединении вал–втулка

Условия работа	Поле допуска	Вид посадок
отверстия	вала
Точное центрирование	H6	jS6; к6 m6; n6	переходные
Большие нагрузки	H7 H8	s7 x8; u8; s8	с натягом
Осевое перемещение	H6 H7	n6 n7	с зазором

Таблица 8.12

Предельные отклонения несопрягаемых размеров

шпоночных соединений