Определение допусков и посадок резьбовых соединений

Цель задания

– изучение основных понятий;

– освоение методики расшифровки условных обозначений резьбовых соединений, определения предельных отклонений, предельных размеров, допусков параметров резьбовых соединений, построения схем расположения полей допусков и профильных схем наружной и внутренней резьбы;

– приобретение умений обозначения резьбовых соединений на сборочных чертежах и чертежах деталей.

Теоретическое описание

4.1. Типы резьб и общие требования к их взаимозаменяемости

Резьбовые соединения благодаря их простоте, компактности и высоким эксплуатационным свойствам получили весьма широкое распространение во всех отраслях машиностроения. В настоящее время резьбовые соединения используются более чем в 60 % машин и механизмов.

Разнообразные условия использования резьбы привели к многообразию их типов по конструктивным признакам и назначению.

В зависимости от формы поверхности, на которой образуются резьбы, различают цилиндрические и конические резьбы; по профилю сечения резьбы разделяют на треугольные, трапецеидальные, упорные, прямоугольные, круглые; по числу заходов – на однозаходные и многозаходные; по направлению витков – на правые и левые; по единице измерения линейных величин – на метрические и дюймовые.

По назначению резьбы делят на резьбы общего назначения и специальные. К резьбам общего назначения относят крепежные, кинематические, трубные и арматурные.

Крепежные резьбы применяют для разъемных неподвижных соединений деталей машин. Основное их назначение – обеспечение прочности соединений и сохранение плотности (нераскрытия) стыка в процессе эксплуатации.

Кинематические резьбы применяют для подвижных соединений в передачах типа винт-гайка (ходовые винты и винты суппортов металлорежущих станков, винты измерительных приборов, винты прессов, домкратов и т.д.). В кинематических резьбах используют трапецеидальные, упорные и прямоугольные профили.

Прямоугольные резьбы имеют наименьшие потери на трение, но не стандартизированы и не рекомендуются из-за нетехнологичности в изготовлении и сложности получения соединений без осевого люфта.

Упорные резьбы предназначены для восприятия односторонних больших нагрузок.

Трубные и арматурные резьбы, имеющие треугольный профиль, применяют для трубопроводов и арматуры с основным назначением обеспечения герметичности соединений.

К резьбам специального назначения относятся такие, которые применяют только в определенных изделиях некоторых отраслей промышленности (например, резьба для цоколей и патронов электрических ламп, беззазорная резьба в ходовых винтах координатно-расточных станков и т.д.).

Общими требованиями являются полная взаимозаменяемость,т.е. обеспечение безусловной свинчиваемости деталей, образующих резьбовое соединение при их независимом изготовлении без подгонки или подбора, и надежное выполнение предписанных эксплуатационных функций. Несмотря на существенные различия типов резьб основные принципы достижения взаимозаменяемости, а также системы допусков и посадок резьбовых соединений являются едиными. Поэтому в дальнейшем проблемы взаимозаменяемости резьбовых соединений рассмотрим применительно к крепежным мет-рическим резьбам.

Параметры крепежных метрических резьб.К крепежным резьбам относят метрическую и дюймовую. Дюймовую резьбу в настоящее время в большинстве стран не применяют. Метрическая резьба в значительной степени является универсальной и используется не только как крепежная. Метрическую резьбу повышенной точности применяют для точных микрометрических пар измерительных средств, когда необходимо получить малое перемещение в осевом направлении при большом передаточном отношении.

ГОСТ 9150–81 распространяется на все разновидности метрических резьб и устанавливает единый для них номинальный профиль (рисунок 4.1). Номинальный профиль, общий для наружной и внутренней резьбы, образуется из исходного равностороннего треугольного островершинного профиля высотой H срезом вершин витков по наружному диаметру на H/8 и по внутреннему на H/4. Исходная высота профиля Форма впадины у внутренних резьб (гаек) не регламентируется.

Впадины наружной резьбы (болтов) выполняют плоскосрезанными или закругленными. Радиусная форма впадин у болтов является предпочтительной, поскольку при этом повышается циклическая долговечность болтов и их статическая прочность. Величина H₁ = 5/8H определяет максимально возможную рабочую высоту профиля.

Основными параметрами профиля и резьбы в целом, непосредственно влияющими на прочность и свинчиваемость резьбового соединения и, таким образом, определяющими взаимозаменяемость деталей резьбового соединения, являются следующие: наружный диаметр d (D), внутренний диаметр d₁ (D₁), средний диаметр d₂ (D₂), шаг резьбы Р, угол профиля резьбы ос, длина свинчивания l.

Наружный диаметр d (D) – диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин наружной резьбы (болта) или по впадинам внутренней резьбы (гайки). Этот диаметр является номинальным диаметром резьбового соединения.

Внутренний диаметр d₁ (D₁) – диаметр воображаемого цилиндра, вписанного во впадины наружной резьбы (болта) или в вершины внутренней резьбы (гайки).

Средний диаметр d₂ (D₂) – диаметр воображаемого соосного с резьбой цилиндра, образующая которого пересекает профиль витков в точках, где ширина канавки равна половине номинального шага.

Шаг резьбы Р – расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля в направлении, параллельном оси резьбы. Для многозаходной резьбы ход резьбы Р_h, = Рп, где п – число заходов. Ход резьбы соответствует относительному продольному перемещению за один оборот гайки (болта).

Угол профиля резьбы α – угол между смежными боковыми сторонами резьбы в плоскости осевого сечения; для метрической резьбы α = 60°.

Длина свинчивания (высота гайки) l – длина участка взаимного перекрытия наружной и внутренней резьб в осевом направлении, размер фаски не входит в длину свинчивания. В зависимости от эксплуатационных требований высота гайки может быть меньше или больше диаметра резьбы.

Номинальные размеры по наружному, внутреннему и среднему диаметрам, шаг и угол профиля одинаковы для наружной резьбы (болта) и внутренней резьбы (гайки).

ГОСТ 8724–81 * устанавливает три ряда диаметров в диапазоне от 0,25 до 600 мм и шаги от 0,075 до 6 мм. При выборе диаметра резьбы следует предпочитать первый ряд второму, а второй – третьему.

Метрическая резьба разделяется на резьбу с крупным шагом диаметром 1...68 мм и резьбу с мелким шагом диаметром 1... 600 мм.Резьба для диаметров от 0,25...0,9 мм не имеет такого разделения, так как каждому диаметру соответствует только один шаг; условно эту резьбу относят к резьбе с крупным шагом. У резьбы с крупным шагом каждому наружному диаметру соответствует шаг, связанный с наружным диаметром зависимостью . У резьбы с мелким шагом одному наружному диаметру соответствует несколько различных шагов.

При равных наружных диаметрах метрическая резьба с мелким шагом отличается от резьбы с крупным шагом меньшей высотой профиля и меньшим углом подъема резьбы, поэтому метрическую резьбу с мелким шагом рекомендуется применять при малой длине свинчивания для тонкостенных деталей, повышения прочности и уменьшения самоотвинчивания при переменных нагрузках, толчках и вибрациях.

Основные размеры метрических резьб для номинальных диаметров 0,25...600 мм приведены в ГОСТ 24705–81. Кроме номинальных значений Р, d(D), d₁(D₁). d₂(D₂) в стандарте указана величина d₃ – внутренний диаметр болта по дну впадины (см. рисунок 4.1). Срез или закругление К по внутреннему диаметру болта на расстоянии H/6 являются исходными при проектировании резьбообразующего инструмента. Размер d₃ у резьбовых деталей не контролируется.

Влияние погрешностей параметров резьбы на взаимозаменяемость.При изготовлении резьбовых деталей неизбежны погрешности профиля резьбы и ее основных параметров, которые могут нарушить свинчиваемость и ухудшить качество соединения.

Погрешности всех трех диаметров для наружной резьбы, направленные в минус, и для внутренней резьбы, направленные в плюс, не будут влиять на свинчиваемость, в то время как любая погрешность шага и угла профиля, направленная и в плюс и в минус их номинальных размеров помешает свинчиванию (рисунок 4.2). Погрешности основных параметров резьбы также будут оказывать влияние на прочность резьбового соединения, но в разной степени (см. рисунок 4.1).

Погрешности наружного диаметра наружной резьбы, направленные в минус, и погрешности внутреннего диаметра внутренней резьбы, направленные в плюс, приведут к уменьшению рабочей высоты профиля, что повлияет на прочность резьбы, но не существенно и не создаст проблем при назначении допусков на эти параметры.

Погрешности наружного диаметра внутренней резьбы и внутреннего диаметра наружной резьбы, направленные в плюс для внутренней резьбы и в минус для наружной резьбы, на прочность резьбы не влияют.

Погрешности шага и угла профиля влияют на прочность резьбы при достижении свинчивания резьбовых деталей уменьшением расчетной площади контакта боковых сторон профиля резьбы на длине свинчивания.

Главная роль среднего диаметра резьбы в обеспечении взаимозаменяемости обусловлена тем, что помимо влияния на свинчиваемость, погрешности среднего диаметра резьбы вместе с погрешностями шага и угла профиля резьбы определяют взаимное положение боковых сторон профиля, по которым происходит контакт резьбовых деталей и оказывают существенное влияние на прочность резьбового соединения.

Средний диаметр наружной и внутренней резьбы выступает в качестве компенсатора погрешности шага и угла профиля резьбы для достижения свинчиваемости резьбовых соединений.

Для обеспечения требований взаимозаменяемости свинчиваемых деталей устанавливают предельные контуры наружной и внутренней резьбы, в пределах которых должны находиться действительные контуры наружной и внутренней резьбы.