Расчет посадок резьбового соединения

Резьбовым соединением по ГОСТ 11708-82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба. Термины и определения» называется соединение двух деталей с помощью резьбы, в которой одна из деталей имеет наружную резьбу, а другая – внутреннюю.

Резьбовые соединения являются одним из самых распространенных видов соединений. В машиностроении около 80% деталей либо имеют резьбовые поверхности, либо их крепление осуществляется с помощью резьбовых изделий.

Основными достоинствами резьбовых соединений являются:

· сравнительно легкая сборка – разборка;

· высокий уровень взаимозаменяемости изделий.

К недостаткам резьбовых соединений можно отнести:

· усложнение конструкции и технологии (обработка резьбовых поверхностей требует применения специального оборудования и инструмента, усложняется контроль деталей).

В зависимости от формы профиля резьбы делятся на:

· метрические (с треугольным профилем, исходным для которого является равносторонний треугольник, с углом при вершине 60⁰);

· дюймовые (с симметричным треугольным профилем и углом при вершине 55⁰), применяемые обычно для труб, трубные;

· прямоугольные (с прямоугольным профилем);

· трапецеидальные (с симметричным трапецеидальным профилем);

· упорные (с несимметричным трапецеидальным профилем);

· круглые (с профилем, образованным дугами).

Кроме того, разработаны резьбы, предназначенные для деталей из определенных материалов, например, для деталей из пластмасс, для керамических деталей, специальные резьбы для конкретных видов изделий, например, окулярные резьбы и др.

По функциональному назначению следует различать резьбовые соединения делительные («отсчетные») и силовые. Первые предназначены для обеспечения высокой точности линейных и угловых перемещений в измерительных приборах и технологическом оборудовании. Так в микрометрических приборах основной измерительный преобразователь – микрометрическая пара винт-гайка, в делительных машинах также основным механизмом является пара винт-гайка.

Силовые резьбовые соединения предназначены для создания значительных сил при перемещении деталей (винтовые прессы, домкраты) или для предотвращения взаимного перемещения соединенных деталей (соединения крышка-корпус, резьбовые соединения деталей трубопроводов, крепление втулки на валу и др.). Деление резьбовых соединений на «отсчетные» и силовые условно и осуществляется исходя из основной функции механизма.

В зависимости от характера функционирования различают неподвижные (крепежные) и подвижные (кинематические) резьбовые соединения. Подвижные резьбовые соединения образуются благодаря применению посадок с зазором. В неподвижных соединениях можно использовать все виды посадок – с натягом, переходные и с зазором. Для того чтобы обеспечить неподвижность резьбового соединения при посадке с зазором, используют искусственные методы его выборки (вплоть до создания натягов в соединении), либо применяют дополнительные конструктивные элементы, предохраняющие детали от самоотвинчивания (стопорные шайбы, контргайки, проволочные замки, герметики и др.). Из этого следует, что в неподвижных резьбовых соединениях, полученных применением посадки с зазором, после окончательной сборки возможны натяги по рабочим сторонам профиля резьбы при сохранении зазоров по противоположным сторонам профиля. В тех резьбовых соединениях, где применяют переходные посадки, натяги создают с использованием специальных «элементов заклинивания» (плоский бурт или цилиндрическая цапфа на шпильке, либо заклинивание по не полностью нарезанному профилю резьбы).

В практической деятельности набольшее распространение получили метрические резьбы.

Для метрических резьб стандартизованы:

· профиль резьбы;

· номинальные диаметры и шаги;

· нормы точности.

Профиль метрической резьбы регламентирован ГОСТ 9150-2002 (ИСО 68-1-98) «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Профиль».

В основу профиля резьбы положен исходный треугольник резьбы (рис.4) с углом профиля 60°, высотой исходного треугольника Н и заданным шагом Р.

Рис.4. Номинальный профиль метрической резьбы

и основные размеры его элементов

К основным размерам элементов метрической резьбы относятся:

d, D – наружный диаметр наружной резьбы (болта), наружный диаметр внутренней резьбы (гайки);

d₂, D₂ – средний диаметр наружной резьбы (болта), средний диаметр внутренний резьбы (гайки);

d₁, D₁ – внутренний диаметр наружной резьбы (болта), внутренний диаметр внутренней резьбы (гайки);

d₃ – внутренний диаметр болта по дну впадины;

Р – шаг резьбы;

Н – высота исходного треугольника;

α – угол профиля резьбы;

R – номинальный радиус закругления впадины болта;

Н₁ = 5/8 Н – рабочая высота профиля.

ГОСТ 8724-2002 (ИСО 261-98) «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Диаметры и шаги» устанавливает диаметры метрической резьбы от 0,25 мм до 600 мм и шаги от 0,075 мм до 6 мм.

Стандартом установлено 3 ряда диаметров резьбы (при выборе диаметра предпочтение отдается первому ряду). Для каждого номинального диаметра резьбы определены соответствующие шаги, которые могут включать крупный шаг и один или несколько мелких шагов.

Номинальные значения диаметров метрической резьбы регламентированы ГОСТ 24705-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Основные размеры».

Стандартизованы резьбовые посадки с зазором, с натягом и переходные, которые определяют характер соединения по боковым сторонам резьбового профиля.

Система допусков и посадок метрической резьбы нормирована следующими стандартами:

- ГОСТ 16093-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором»;

- ГОСТ 4608-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Посадки с натягом»;

- ГОСТ 24834-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Переходные посадки».

Для получения резьбовых посадок с зазором нормируют допуски диаметров резьбы по степеням точности от 3 до 10. Для нормирования положения полей допусков внутренней резьбы (гайки) предусмотрены четыре основных отклонения – Н, G, F, E (рис. 5), а для наружной резьбы (болта) пять основных отклонений – h, g, f, e, d (рис. 6).

А б

Рис.5. Схемы полей допусков внутренней резьбы:

а – с основными отклонениями E, F, G;б – с основным отклонением Н

Для наружной и внутренней резьбы кроме степеней точности установлены также три класса точности, условно названные точный, средний и грубый, в которые входят допуски определенных стандартом степеней точности.

Резьбы точного класса рекомендуется применять для ответственных статически нагруженных резьбовых соединений и при необходимости малых колебаний характера посадки. Средний класс точности рекомендуется для резьб общего назначения. Для резьб, нарезаемых на горячекатаных заготовках, в длинных глухих отверстиях и т.д. предпочтение отдается грубому классу точности.

А б

Рис.6. Схемы полей допусков наружной резьбы:

а – с основными отклонениями d, e, f, g, б – с основным отклонением h

ГОСТ 16093 – 81 устанавливает также три группы длин свинчивания: короткие S, нормальные N и длинные L.

Резьбовые посадки с гарантированным зазором применяют для крепежных резьб в следующих случаях:

· для соединений деталей, работающих при высокой температуре (для компенсации температурных деформаций, предохранения соединений от заедания и обеспечения возможности разборки деталей без повреждения, размещения смазки);

· при необходимости быстрой и легкой свинчиваемости деталей (даже при наличии небольшого загрязнения или повреждения резьбы);

· при нанесении на резьбовые детали антикоррозионного покрытия значительной толщины.

Обозначение поля допуска резьбы состоит из цифры, обозначающей степень точности, и буквы, обозначающей основное отклонение (например, 5Н, 6e), и следует за обозначением размера резьбы.

Для внутренней резьбы (гайки) поля допусков задаются на средний D₂ и внутренний D₁ диаметры; для наружной резьбы (болта) – на средний d₂ и наружный d диаметры. Например, в обозначении 5Н6Н указаны поле допуска внутренней резьбы по диаметру D₂ (5Н) и поле допуска внутренней резьбы по диаметру D₁ (6Н).

Если обозначения полей допусков двух диаметров совпадают, то в общем обозначении они не повторяются. Например, 6e – поля допусков наружной резьбы (болта) по диаметрам d₂ и d.

Посадка в резьбовом соединении обозначается дробью, в числителе которой указывается обозначение поля допуска внутренней резьбы, в знаменателе – наружной резьбы. Например: М12-6Н/6g, где М – резьба метрическая; 12 мм – номинальный диаметр резьбы;шаг резьбы – крупный (Р = 1,75 мм – в обозначении не указывается); 6Н – поле допуска внутренней резьбы (гайки) по среднему и внутреннему диаметрам; 6g – поле допуска наружной резьбы (болта) по среднему и наружному диаметрам.

Обозначение левой метрической резьбы с мелким шагом и длиной свинчивания, отличающейся от нормальной, имеет следующий вид: M12×1LH-6H/6g – 30, где шаг

резьбы – мелкий (Р = 1 мм); LH – левая резьба; длина свинчивания – 30 мм. Нормальная длина свинчивания (N) в обозначении не указывается.

При обозначении многозаходной метрической резьбы указывается буква М, номинальный диаметр резьбы, буквы Ph и значение хода резьбы, буква Р и значение шага. Например, условное обозначение двухзаходной резьбы с номинальным диаметром 16 мм, ходом 3 мм и шагом 1,5 мм: М16×Ph3 Р1,5.

Резьбовые посадки с натягом (ГОСТ 4608 - 81) предусмотрены для метрических резьб с диаметрами от 5 мм до 45 мм и шагами от 0,8 мм до 3 мм. Эти посадки предназначены для наружных резьбовых деталей из стали, сопрягаемых с внутренними резьбами в деталях из стали, высокопрочных и титановых сплавов, чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов.

Для получения резьбовых посадок с натягом по среднему диаметру предусмотрены следующие поля допусков (рис.7):

Рис.7. Поля допусков резьб для соединений с натягом

для внутренней резьбы (гайки) – 2Н, для наружной резьбы (болта) – 3n, 3p, 2r, для диаметров выступов внутренней резьбы – 4D, 5D, 4С, 5С, а для диаметров выступов наружной резьбы – 6e,6с.

Посадки с натягом по среднему диаметру резьбы предусмотрены только в системе основного отверстия.

Резьбовые посадки с натягом по среднему диаметру используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить герметичность или предотвратить самоотвинчивание шпилек под действием вибраций, переменных нагрузок и изменения рабочей температуры. Примером может служить посадка резьбы шпилек в корпуса двигателей, в ступицы колёс автомобилей и т.п.

Пример условного обозначения резьбовой посадки с натягом резьбы: М16-2Н4С(3)/3п(3), где М – резьба метрическая; 16 мм – номинальный диаметр резьбы;шаг резьбы – крупный (Р = 2 мм, в обозначении не указывается); 2Н – поле допуска внутренней резьбы по среднему диаметру, 4С – поле допуска внутренней резьбы по внутреннему диаметру; 3п – поле допуска наружной резьбы по среднему диаметру; в скобках указано число сортировочных групп (3). Поля допусков наружной резьбы по наружному диаметру – 6е (Р до 1,25 мм) или 6с (Р св. 1,25 мм) в обозначении не указываются.Данная резьба применяется, если материал детали с внутренней резьбой – сталь, высокопрочные и титановые сплавы.

Таблица 3

Резьбовые посадки с натягом

Материал детали с внутренней резьбой	Посадка при Р, мм	Дополнительные условия сборки
до 1,25	св. 1,25
Чугун и алюминиевые сплавы	2H5D/2r	2H5C/2r	--
Чугун, алюминиевые и магниевые сплавы	2H5D(2)/3p(2)	2H5C(2)/3p(2)	Сортировка на две группы
Сталь, высокопрочные и титановые сплавы	2H4D(3)/3n(3)	2H4C(3)/3n(3)	Сортировка на три группы

В переходных посадках дополнительно применяются элементы заклинивания шпилек: конический сбег резьбы, плоский бурт и цилиндрическая цапфа.

Пример условного обозначениярезьбовой переходной посадки: М16-4Н6Н/4jk, где М – резьба метрическая; 16 мм – номинальный диаметр резьбы;шаг резьбы – крупный и Р = 2 мм (в обозначении не указывается); 4Н – поле допуска внутренней резьбы (гайки) по среднему диаметру, 6Н – поле допуска внутренней резьбы (гайки) по внутреннему диаметру; 4jk – поле допуска наружной резьбы (болта) по среднему диаметру. Поле допуска наружной резьбы (болта) по наружному диаметру – 6g (в обозначении не указывается).

Рис.8. Поля допусков резьб для соединений с переходными посадками

Таблица 4