Обоснование выбора и расчет посадок резьбового соединения

Основные понятия и определения

 

Резьбовым соединением называется соединение двух деталей с помощью резьбы, т. е. элементов деталей, имеющих один или несколько равномерно расположенных винтовых выступов резьбы постоянного сечения, образованных на боковой поверхности цилиндра или конуса.

В современных машинах детали, имеющие резьбу, составляют свыше 60% от общего количества деталей. К ним относятся крепёжные детали (болты, винты, гайки, штифты), большинство корпусных деталей; валы в связи с креплением и регулированием подшипников и других деталей; шкивы, зубчатые колёса в связи с необходимостью стопорения и т. д.

Широкое применение резьбовых соединений определяется:

1. Возможностью создания больших осевых сил (ввиду клинового действия резьбы);

2. Возможностью фиксирования зажима в любом положении благодаря самоторможению;

3. Удобными формами и малыми габаритами;

4. Простотой и возможностью точного изготовления.

По эксплуатационному назначению различают резьбы общего применения и специальные, предназначенные для соединения одного типа деталей определённого механизма.

К первой группе относятся резьбы:

1. Крепёжные (метрическая, дюймовая), применяемые для разъёмного соединения деталей машин, основное их назначение - обеспечение прочности соединений; при длительной эксплуатации;

2. Кинематические (трапецеидальная и прямоугольная), используемые для преобразования вращательных движений в поступательные. Эти резьбы имеют трапецеидальный или круглый профиль и применяются для ходовых винтов, винтов суппортов станков, столов измерительных приборов. Основное их назначение - обеспечение точного и плавного перемещения;

3. Трубные и арматурные резьбы (трубные цилиндрическая и коническая, метрическая коническая), применяемый для трубопроводов и арматуры, основное их назначение - обеспечение герметичности соединений и прочности.

По профилю витков (виду контура осевого сечения) резьбы подразделяются на треугольные, трапецеидальные, упорные (пилообразные), прямоугольные, круглые.

По числу заходов - на однозаходные и многозаходные.

В зависимости от направления вращения контура осевого сечения - на правые и левые резьбы.

По принятой единице измерения линейных размеров - на метрические и дюймовые.

 

Основные параметры метрических резьб

Номинальные размеры рассматриваемых параметров резьбы являются одинаковыми для болта (шпильки, винта и т. д.) и гайки (резьбового гнезда).

Этими параметрами являются наружный диаметр болта d и гайки D, внутренний диаметр болта d ₁ и гайки D ₁, средний диаметр болта d ₂ и гайки D ₂, шаг резьбы P и угол профиля резьбы    (рис. 2.3).

Наружный диаметр d и D (номинальный диаметр резьбы) - диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин наружной резьбы (болта) или по впадинам внутренней резьбы (гайки).

 

Рис.2.4. Профиль метрической резьбы и ее основные параметры

 

Внутренний диаметр d ₁ и D ₁ - диаметр воображаемого цилиндра, вписанного во впадины наружной резьбы (болта) или вершин внутренней цилиндрической резьбы (гайки).

Средний диаметр d ₂ и D ₂ - диаметр воображаемого цилиндра соосного с резьбой, каждая образующая которого пересекает профиль таким образом, что отрезок, образованный при пересечении с канавкой, равен половине номинального шага.

Шаг резьбы P - расстояние по линии, параллельной оси резьбы, между средними точками ближайших одноимённых боковых сторон, лежащих в одной осевой плоскости по одну сторону от оси резьбы.

Угол профиля резьбы  - угол между смежными боковыми сторонами резьбы в плоскости осевого сечения.

Длина свинчивания l - длина взаимного соприкосновения наружной и внутренней резьб в осевом направлении.

Метрические резьбы по ГОСТ 8724-81 подразделяют на резьбу с крупными шагами для диаметров от 1 до 68 мм и с мелкими шагами - для диаметров от 1 до 600 мм.

У резьбы с крупным шагом определённому наружному диаметру соответствует определённый шаг. У резьбы с мелкими шагами одному и тому же наружному диаметру могут соответствовать различные шаги.

В основу профиля метрической резьбы положен треугольник (рис. 30), у которого срезаны вершины на величину равную Н/4 у гайки и Н/8 у болта. Н - исходная высота профиля установлена в зависимости от шага резьбы и равна 0,8660254, где Р - шаг резьбы.

Форма впадины резьбы не регламентируется и может выполняться как плоскорезанной, так и закруглённой. Рекомендуется, чтобы реальный профиль впадин у наружной резьбы не выходил за линию плоского среза на расстоянии Н/4 от вершины остроугольного профиля, у внутренней резьбы - на расстоянии Н/8. При закруглённой форме впадины радиус должен быть не менее 0,1Р, а профиль располагается в зоне от Н/8 до 3Н/16.

 

Отклонения и допуски

 

Основным параметром резьбового соединения, обеспечивающим точность и характер сопряжения, является средний диаметр. Допуски на наружный и внутренний диаметры построены таким образом, чтобы обеспечить гарантированный зазор. Отклонения шага и половины угла профиля, влияющие на взаимозаменяемость стандартом не нормируются. Погрешности этих элементов компенсируют изменением среднего диаметра.

Предельные отклонения резьб в посадках с зазорами нормированы ГОСТ 16093-81. Установлены ряды основных отклонений (верхние для болтов и нижние для гаек) и их обозначения:

Для диаметров резьбы:

· наружной (болтов) - h, g, f, e, d

· внутренней (гаек) - H, G, E, F.

Установлены следующие степени точности, определяющие допуски диаметров резьбы болтов и гаек и обозначаемые числами:

 

Диаметр болта	Степень точности
Наружный, d	4, 6, 8
Средний, d2	4, 6, 7, 8
Диаметр гайки	Степень точности
Внутренний, D1	5, 6, 7,
Средний, D2	4, 5, 6, 7,

 

Обозначение поля допуска диаметра резьбы состоит из цифр, показывающей степень точности, и буквы, обозначающей основное отклонение. Например, 6 g - для резьбы болтов; 6Н - для резьбы гайки.

В случае выполнения допуска среднего диаметра и допусков наружного диаметра для болтов и внутреннего диаметра для гаек с разными степенями точности допуска среднего диаметра записывают на первом месте. Например, 7 g 6 g, где

7 g - условное обозначение поля допуска среднего диаметра болта;

6 g - условное обозначение поля допуска наружного диаметра болта.

5Н6Н, где

5Н - условное обозначение поля допуска среднего диаметра гайки;

6Н - условное обозначение поля допуска внутреннего диаметра гайки.

Длины свинчивания резьбовых деталей подразделяют на три группы: малые S, нормальные N и большие L. Допуск резьбы, если нет особых оговорок, относится к наибольшей нормальной длине свинчивания или ко всей длине резьбы, если она меньше наибольшей нормальной длины свинчивания. При необходимости длину свинчивания указывают в обозначении резьбы в следующих случаях:

1. Если она относится к группе L;

2. Если она относится к группе S, но меньше, чем вся длина резьбы.

В соответствии с сложившейся практикой поля допусков болтов и гаек установлены в трёх классах точности: точном, среднем и грубом.Понятие класса точности используется для сравнительной оценки точности резьбовых деталей с различными полями допусков.

При одинаковом классе точности допуск среднего  диаметра по длине свинчивания группы L рекомендуется увеличивать, при длине свинчивания S - уменьшать на одну степень по сравнению с допусками, установленными для нормальной длины.

 

Таблица 2.2.