Метрическая резьба угол профиля. Общие сведения о резьбах. Рабочая высота профиля

24.06.2023

Основными параметрами резьбы (рис. 5.2) являются:

1) диаметры (винта и гайки) наружный (d , D ); средний (d 2 , D 2); внутренний (d 1 , D 1);

2) профиль;

3) угол профиля (α );

4) шаг (p );

5) угол подъема (ψ ).

Диаметры винта, как охватываемой детали, обозначаются малыми буквами (d ), диаметры гайки, как охватывающей детали – большими (D ). Номинальные значения одноименных диаметров равны; отличие – в допустимых отклонениях. На поверхности воображаемого цилиндра диаметром d 2 ширины витков и впадин резьбы одинаковы.

Профиль резьбы – это профиль выступа и канавки резьбы в плоскости ее осевого сечения.

Угол профиля (α ) – угол между смежными боковыми сторонами резьбы осевого сечения.

Профиль резьбы характеризуется также следующими параметрами:

· высотой исходного треугольника резьбы (H ), т. е. треугольника, вершины которого образуются точками пересечения продолженных боковых сторон профиля резьбы;

· рабочей высотой профиля резьбы (H 1), равной длине проекций участка взаимного перекрытия профилей сопрягаемых наружной и внутренней резьб на перпендикуляр к оси резьбы.

Рис. 5.2. Параметры резьбы

Шаг резьбы (p ) – расстояние по линии, параллельной оси резьбы между средними точками ближайших одноименных боковых сторон резьбы, лежащими в одной осевой плоскости по одну сторону от оси резьбы.

Для многозаходных резьб вводят дополнительный термин – «ход винта » (, где – число заходов) – это поступательное осевое перемещение винта за один оборот в неподвижной гайке или относительное осевое перемещение гайки за один оборот. Для однозаходных резьб:

Угол подъема резьбы (ψ ) – угол подъема развертки винтовой линии по среднему диаметру (рис. 5.3):

Все геометрические параметры резьб и допуски на их размеры стандартизированы.

По назначению резьбы разделяют на следующие группы:

Рис. 5.3. Развертка винтовой линии по среднему диаметру

1) крепежные резьбы , предназначенные для скрепления деталей. Их выполняют, как правило, треугольного профиля. Это вызвано повышенным трением , обеспечивающим меньшую опасность ослабления затянутой резьбы; повышенной прочностью резьбы; удобством изготовления ;

2) крепежно-уплотняющие резьбы , служащие, как для скрепления деталей, так и для предохранения от вытекания жидкости (в соединениях трубопроводов и в арматуре). Эти резьбы по указанным причинам выполняют также треугольного профиля, но без радиальных зазоров и с плавными закруглениями;

3) резьбы для передачи движения , используемые в ходовых и грузовых винтах. Для уменьшения трения эти резьбы выполняют трапецеидальными с симметричным профилем и с несимметричным профилем (упорные), а иногда с прямоугольным профилем. Упорные резьбы предназначены для восприятия больших осевых сил, действующих в одном направлении.

Приведенное деление резьб не является строгим. Например, резьбы треугольного профиля иногда используют для особо точных ходовых винтов с малым шагом, а упорные резьбы – в качестве крепежных.

Резьбы из-за зазоров, как правило, не могут быть использованы в качестве центрирующих элементов.

Выбор профиля резьбы определяется многими факторами, важнейшими из которых являются прочность, технологичность и силы трения в резьбе. Например, резьбы винтовых механизмов должны быть с малыми силами трения для повышения коэффициента полезного действия (КПД) и уменьшения износа. Прочность во многих случаях не является для них основным критерием, определяющим размеры винтовой пары.

В отличие от них крепежная резьба должна обладать высокой прочностью и относительно большими силами трения.

В зависимости от профиля различают следующие резьбы:

1) метрические;

2) трубные;

3) круглые;

4) трапецеидальные;

5) упорные;

6) конические.

Метрическая резьба с треугольным профилем (см. рис. 5.2) является основной крепежной резьбой. Метрические резьбы разделяют на резьбы с крупными и мелкими шагами. За основную принята резьба с крупным шагом , статическая несущая способность которой выше по сравнению с резьбой с мелким шагом, влияние на прочность погрешностей изготовления и износа меньше.

Метрические резьбы с мелким шагом используются в следующих случаях:

1) для динамически нагруженных деталей и деталей, диаметры которых в основном определяются напряжения изгиба и кручения (валы);

2) для полых тонкостенных деталей;

3) детали, у которых резьба применяется для регулировки;

4) когда применение мелких резьб облегчает стопорение, позволяет уменьшить перепады диаметров валов и пр.

Метрическую резьбу с крупным шагом обозначают буквой М и числом, выражающим диаметр резьбы в миллиметрах, например, М20. Для метрической резьбы с мелким шагом дополнительно указывают шаг в миллиметрах, например, М20×1,5.

Трубная резьба имеет также треугольный профиль, но в отличие от метрической резьбы вершины и впадины ее скруглены. Резьбы данных типов применяют для герметичного соединения труб и арматуры трубопроводов в диапазоне условных размеров от 1/16" до 6". Трубная резьба выполняется с мелким шагом и без зазоров по выступам и впадинам для лучшего уплотнения. За основной размер, характеризующий резьбу и указываемый в обозначении резьбы, принят условный внутренний диаметр трубы.

Круглая резьба изготавливается с углом профиля α = 60°. Профиль данной резьбы состоит из дуг, связанных короткими участками прямой. Большие радиусы закруглений исключают значительную концентрацию напряжений. Попадающие в резьбу загрязняющие частицы выжимаются в зазоры. Резьбы данных типов в основном применяют для винтов, подверженных большим динамическим напряжениям, а также часто завинчиваемых и отвинчиваемых в загрязненной среде (в пожарной арматуре, вагонных стяжках).

Трапецеидальная резьба является основной резьбой для передач винт-гайка. Она имеет меньшие потери на трение по сравнению с треугольной резьбой, удобна в изготовлении и более прочна по сравнению с прямоугольной резьбой. При необходимости она допускает выборку зазоров радиальным сближением при выполнении гайки разъемной по диаметральной плоскости.

Трапецеидальная резьба имеет угол профиля 30°, рабочую высоту профиля H 1 = 0,5p , средний диаметр d 2 = d – 0,5p , зазор от 0,15 до 1 мм в зависимости от диаметра резьбы.

Трапецеидальная резьба стандартизирована в диапазоне диаметров от 8 до 640 мм, предусмотрена возможность применения резьб с мелкими, средними и крупными шагами.

Упорную резьбу используют для винтов с большой односторонней осевой нагрузкой в прессах, нажимных устройствах прокатных станов, в грузовых крюках и т. д. Профиль витков несимметричный трапецеидальный. Угол наклона рабочей стороны профиля для повышения КПД выбран равным 3° (резьба с углом наклона профиля 0° неудобна в изготовлении), угол наклона нерабочей стороны профиля – 30°, предусмотрен значительный радиус закругления впадины для снижения концентрации напряжения. Рабочая высота профиля H 1 = 0,75p .

Усиленные упорные резьбы имеют угол наклона нерабочей стороны профиля 45°, что обеспечивает значительное снижение концентрации напряжения за счет повышения напряжений смятия. Сопротивление усталости у них повышено в 1,5 раза.

Конические резьбы обеспечивают непроницаемость без специальных уплотнений. Их применяют для соединения труб, установки пробок, масленок и т. п. Непроницаемость достигается плотным прилеганием профилей по вершинам. Затяжкой конической резьбы можно компенсировать износ и создать требуемый натяг, эти резьбы обеспечивают быстрое завинчивание и отвинчивание.

Метрическая резьба – это винтовая нарезка на наружных или внутренних поверхностях изделий. Форма выступов и впадин, которые ее формируют, представляет собой равнобедренный треугольник. Метрической эту резьбу называют потому, что все ее геометрические параметры измеряются в миллиметрах. Она может наноситься на поверхности как цилиндрической, так и конической формы и использоваться для изготовления крепежных элементов различного назначения. Кроме того, в зависимости от направления подъема витков резьба метрического типа бывает правая или левая. Помимо метрической, как известно, есть и другие типы резьбы – дюймовая, питчевая и др. Отдельную категорию составляет модульная резьба, которую используют для изготовления элементов червячных передач.

Основные параметры и сферы применения

Наиболее распространенной является метрическая резьба, наносимая на наружные и внутренние поверхности цилиндрической формы. Именно она чаще всего используется при изготовлении крепежных элементов различного типа:

анкерных и обычных болтов;
гаек;
шпилек;
винтов и др.

Детали конической формы, на поверхность которых нанесена резьба метрического типа, требуются в тех случаях, когда создаваемому соединению необходимо придать высокую герметичность. Профиль метрической резьбы, нанесенной на конические поверхности, позволяет формировать плотные соединения даже без использования дополнительных уплотнительных элементов. Именно поэтому она успешно применяется при монтаже трубопроводов, по которым транспортируются различные среды, а также при изготовлении пробок для емкостей, содержащих жидкие и газообразные вещества. Следует иметь в виду, что профиль резьбы метрического типа один и тот же на цилиндрических и на конических поверхностях.

Виды резьб, относящихся к метрическому типу, выделяют по ряду параметров, к которым относятся:

размеры (диаметр и шаг резьбы);
направление подъема витков (левая или правая резьба);
расположение на изделии (внутренняя или наружная резьба).

Есть и дополнительные параметры, в зависимости от которых метрические резьбы разделяются на различные виды.

Геометрические параметры

Рассмотрим геометрические параметры, которые характеризуют основные элементы резьбы метрического типа.

Номинальный диаметр резьбы обозначается буквами D и d. При этом под буквой D понимают номинальный диаметр наружной резьбы, а под буквой d – аналогичный параметр внутренней.
Средний диаметр резьбы в зависимости от ее наружного или внутреннего расположения обозначается буквами D2 и d2.
Внутренний диаметр резьбы в зависимости от ее наружного или внутреннего расположения имеет обозначения D1 и d1.
Внутренний диаметр болта используется для расчета напряжений, создаваемых в структуре такого крепежного изделия.
Шаг резьбы характеризует расстояние между вершинами или впадинами соседних резьбовых витков. Для резьбового элемента одного и того же диаметра различают основной шаг, а также шаг резьбы с уменьшенными геометрическими параметрами. Для обозначения этой важной характеристики используют букву P.
Ход резьбы представляет собой расстояние между вершинами или впадинами соседних витков, сформированных одной винтовой поверхностью. Ход резьбы, которая создана одной винтовой поверхностью (однозаходная), равен ее шагу. Кроме того, значение, которому соответствует ход резьбы, характеризует величину линейного перемещения резьбового элемента, совершаемого им за один оборот.
Такой параметр, как высота треугольника, который формирует профиль резьбовых элементов, обозначается буквой H.

Таблица значений диаметров метрической резьбы (все параметры указаны в миллиметрах)

Значения диаметров метрической резьбы (мм)

Полная таблица метрических резьб согласно ГОСТ 24705-2004 (все параметры указаны в миллиметрах)

Полная таблица метрических резьб согласно ГОСТ 24705-2004

Основные параметры резьбы метрического типа оговариваются несколькими нормативными документами.

ГОСТ 8724

Этот стандарт содержит требования к параметрам шага резьбы и ее диаметра. ГОСТ 8724, действующая редакция которого вступила в силу в 2004 году, является аналогом международного стандарта ISO 261-98. Требования последнего распространяются на метрические резьбы диаметром от 1 до 300 мм. По сравнению с этим документом, ГОСТ 8724 действует для более широкого диапазона диаметров (0,25–600 мм). В настоящий момент актуальна редакция ГОСТа 8724 2002, вступившего в действие в 2004 году вместо ГОСТа 8724 81. Следует иметь в виду, что ГОСТ 8724 регламентирует отдельные параметры метрической резьбы, требования к которой оговаривают и другие стандарты резьб. Удобство использования ГОСТа 8724 2002 (как и других подобных документов) состоит в том, что вся информация в нем содержится в таблицах, в которые включены метрические резьбы с диаметрами, находящимися в вышеуказанном интервале. Требованиям данного стандарта должна соответствовать как левая, так и правая резьба метрического типа.

ГОСТ 24705 2004

Данный стандарт оговаривает, какие должна иметь резьба метрическая основные размеры. ГОСТ 24705 2004 распространяется на все резьбы, требования к которым регламентируются ГОСТом 8724 2002, а также ГОСТом 9150 2002.

ГОСТ 9150

Это нормативный документ, в котором оговорены требования к профилю метрической резьбы. ГОСТ 9150, в частности, содержит данные о том, каким геометрическим параметрам должен соответствовать основной резьбовой профиль различных типоразмеров. Требования ГОСТа 9150, разработанного в 2002 году, как и двух предыдущих стандартов, распространяются на метрические резьбы, витки которых поднимаются слева вверх (правого типа), и на те, винтовая линия которых поднимается влево (левого типа). Положения данного нормативного документа тесно перекликаются с требованиями, которые приводит ГОСТ 16093 (а также ГОСТы 24705 и 8724).

ГОСТ 16093

Данный стандарт оговаривает требования к допускам на метрическую резьбу. Кроме того, ГОСТ 16093 предписывает, как должно осуществляться обозначение резьбы метрического типа. ГОСТ 16093 в последней редакции, которая вступила в действие в 2005 году, включает в себя положения международных стандартов ISO 965-1 и ISO 965-3. Под требования такого нормативного документа, как ГОСТ 16093, подпадает как левая, так и правая резьба.

Стандартизируемым параметрам, указанным в таблицах резьб метрического типа, должны соответствовать размеры резьбы на чертеже будущего изделия. Выбор инструмента, при помощи которого будет выполняться ее нарезка, должен быть обусловлен данными параметрами.

Правила обозначения

Для обозначения поля допуска отдельного диаметра метрической резьбы используется сочетание цифры, которая указывает на класс точности резьбы, и буквы, определяющей основное отклонение. Поле допуска резьбы также должно обозначаться двумя буквенно-цифровыми элементами: на первом месте – поле допуска d2 (средний диаметр), на втором – поле допуска d (наружный диаметр). В том случае, если поля допусков наружного и среднего диаметров совпадают, то в обозначении они не повторяются.

По правилам первым проставляется обозначение резьбы, затем следует обозначение поля допуска. Следует иметь в виду, что шаг резьбы в маркировке не обозначается. Узнать данный параметр можно из специальных таблиц.

В обозначении резьбы также указывается, к какой группе по длине свинчивания она относится. Всего существует три таких группы:

N – нормальная, которая не указывается в обозначении;
S – короткая;
L – длинная.

Буквы S и L, если они необходимы, идут за обозначением поля допуска и отделяются от него длинной горизонтальной чертой.

Обязательно указывается и такой важный параметр, как посадка резьбового соединения. Это дробь, формируемая следующим образом: в числителе проставляется обозначение внутренней резьбы, относящееся к полю ее допуска, а в знаменателе – обозначение поля допуска на резьбу наружного типа.

Поля допусков

Поля допусков на метрический резьбовой элемент могут относиться к одному из трех типов:

точные (с такими полями допуска выполняется резьба, к точности которой предъявляются высокие требования);
средние (группа полей допуска для резьбы общего назначения);
грубые (с такими полями допуска выполняют резьбонарезание на горячекатаных прутках и в глубоких глухих отверстиях).

ЛЕКЦИЯ 3

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Резьбовые соединения - это самый распространенный вид разъемных соединений. Они осуществляются болтами, винтами, шпильками, гайками и т. п.

Основным элементом соединения является резьба, образуемая нарезанием или накаткой на детали по винтовой линии (рис. 5.1.1, 5.1.2).

Рисунок. 5.1.1 - Винтовая линия резьбы

Угол подъема резьбы

Резьбы классифицируются по форме поверхности , на которой образуется резьба: цилиндрические и конические .

По форме профиля различают типы:

треугольные (рис. 5.1.3, а );

упорные (рис. 5.1.3, б );

трапецеидальные (рис. 5.1.3, в );

прямоугольные (рис5.1.3, г );

круглые (рис. 5.1.3, д ).

При подъеме винтовой линии слева на право - резьба правая, у левой - справа налево.

Резьбы делятся на многозаходные и однозаходные (рис. 5.1.4).

По назначению различают:

крепежные:

крепежно-уплотняющие;

ходовые (для преобразования движения).

Рисунок 5.1.2– Образование резьбы

Крепежно-уплотняющие резьбы применяют для соединения деталей, требующих герметичности (рис. 5.1.6).

Крепежные резьбы чаще однозаходные. Резьбы для преобразования движения (вращательное в поступательное и наоборот) применяют в винтовых механизмах (в ходовых и грузовых винтах). Они имеют трапецеидальный профиль, реже - прямоугольный.

Рисунок 5.1.3- Формы профиля резьбы:

а - треугольная; б - упорная; в - трапецеидальная; г - прямоугольная; д - круглая

Достоинства резьбовых соединений:

простота конструкции, технологичность;

удобство сборки, разборки;

высокая нагрузочная способность;

малые габариты соединений;

стандартизация изделий.

Рисунок 5.1.4- Виды резьб

а - трехзаходная; б - однозаходная

Недостаток: наличие резьбы создает концентрацию напряжений на поверхности деталей, что снижает их прочность при переменных напряжениях.

Геометрические параметры резьбы

Основными параметрами цилиндрической резьбы являются:

d - номинальный диаметр (нагруженный диаметр резьбы винта);

d l - внутренний диаметр резьбы гайки;

d 3 - внутренний диаметр резьбы винта;

d 2 - средний диаметр резьбы, на котором ширины профилей винта и гайки совпадают;

р - шаг резьбы, т. е. расстояние между одноименными сторонами соседних профилей;

р h - ход резьбы, т. е. расстояние между одноименными сторонами одного и того же витка в осевом направлении (рис. 5.1.4, а, б ).

Для однозаходной резьбы p h = р .

Для многозаходной резьбы p h = z∙р , где z - число заходов.

Ход равен пути перемещения винта вдоль своей оси при повороте на один оборот в неподвижной гайке;

α - угол профиля резьбы; наиболее распространенной является метрическая резьба, для которой α = 60°.

у - угол наклона боковой стороны профиля (рис. 5.1.5);

у - угол подъема резьбы (рис. 5.1.1);

Основные типы резьб. Метрическая резьба - изготовляется по стандарту с крупным и мелким шагом (табл. 1.12). Угол наклона у боковой стороны профиля дает возможность самоторможения и обеспечивает восприятие больших осевых сил (рис. 5.1.5). Мелкие резьбы применяют в соединениях, работающих при переменных нагрузках.

Рисунок 5.1.5– Метрическая резьба

Дюймовая резьба имеет профиль равнобедренного треугольника с углом при вершине α = 55°. Число витков задают на дюйм (1 дюйм = 25,4 мм). В РФ используется при ремонта импортного оборудования.

Трубная резьба имеет профиль равнобедренного треугольника с закругленными выступами и впадинами (рис. 5.1.6).

Рисунок 5.1.6– Трубная резьба

Трапецеидальная резьба - основная в передаче винт-гайка. Профиль - равнобочная трапеция, угол профиля α = 30°, угол наклона боковой стороны = 15° (рис. 5.1.7). Характеризуется технологичностью, малыми потерями на трение, КПД выше, чем у резьб треугольного профиля. Применяется для реверсивных передач под нагрузкой (домкраты, прессы, ходовые винты станков).

Упорная резьба (рис. 5.1.8). Профиль - неравнобочная трапеция с = 3°. Применяют в передаче винт-гайка при больших односторонних нагрузках (винты домкратов, прессов).

Рисунок 5.1.7– Трапециедальняя резьба Рисунок 5.1.8– Упорная резьба

Прямоугольная резьба (рис. 5.1.9). Профиль резьбы - квадрат, = 0°. Имеет самый высокий среди резьб КПД, но затруднительна в изготовлении. Затруднение вызваны тем, что эту резьбу нельзя фрезеровать и шлифовать, т. к. угол профиля α = 0°. Не стандартизирована. Применение ограниченно (малонагруженные передачи винт-гайка).

Рис. 5.1.9. Прямоугольная резьба

Таблица 1.12 - Основные размеры метрической резьбы, мм (по ГОСТ 9150-81. ГОСТ 8724-81

d, D - наружные диаметры соответственно наружной резьбы (болта) и внутренней резьбы (гайки);

d 2 , D 2 - средние диаметры соответственно болта и гайки;

d 1 , D 1 - внутренние диаметры соответственно болта и гайки;

d 3 - внутренний диаметр болта по дну впадины;

р - шаг резьбы;

Н - высота исходного треугольника.

Номинальные значения диаметров резьбы должны соответствовать указанным на чертеже и в таблице.

Шаг резьбы р	Диаметр резьбы
Шаг резьбы р	наружный	внутренний	внутренний по дну впадины
С крупным шагом

Продолжение табл. 1.12
	Диаметр резьбы
Шаг резьбы р	наружный	внутренний	внутренний по дну впадины

Конструктивные формы резьбовых соединений. Наибольше распространение среди резьбовых деталей получили крепежные болты, шпильки, винты, гайки.

Соединение болтом (рис. 5.1.10, а ) применяют для деталей сравнительно малой толщины, а также при многократной разработке и сборке соединений. При большой толщине соединяемых деталей предпочтительны шпильки (рис. 5.1.10, в ).

Рисунок 5.1.10. Виды резьбовых соединений: Рисунок 5.1.11. Формы головок болтов:

а - соединение болтом; б - соединение вин- а - шестигранные; б, е - полукруглые; том; в - соединение шпилькой е, ж - цилиндрические; г, д - по

Болты и крепежные винты различают по форме головок, форме стержня, а также по степени точности изготовления (рис. 5.1.11).

Чаще применяют болты и винты с шестигранной головкой, так как они позволяют приложить больший момент завинчивания и получить большие силы затяжки деталей.

Гайки различают в зависимости от формы, высоты и точности изготовления (рис. 1.46, 1.47).

Шайбы подкладывают под гайки увеличивая этим опорную поверхность и предохраняя детали от задиров. Существуют шайбы пружинные, стопорные и др. применяемые для предохранения резьбовых деталей от самоотвинчивания.

Рисунок. 5.1.12 - Виды гаек: Рисунок 5.1.13 - Гайки шестигранные:

а - гайка круглая, б - гайка-барашек а - нормальной высоты; б - высокая; в -

узкие; г - корончатые

КПД винтовой пары. При переменных нагрузках условие самоторможения не наблюдается, поэтому применяют различные способы стопорения.

КПД винтовой пары определяется как отношение полезной работы W п на винте к затраченной W З за один оборот винта или гайки.

где - угол подъема резьбы;- приведенный угол трения,

f " - приведенный коэффициент трения (рис. 5.1.1).

Значение КПД имеет смысл для передачи винт-гайка. Для повышения КПД применяют многозаходную резьбу с углом подъема до 40°, а также антифрикционные материалы (бронзу и др.), вводят смазочные материалы.

Классы прочности и материалы резьбовых изделий. Стальные болты, шпильки и винты изготовляют 12 классов прочности, которые обозначают двумя числами, разделенными точкой: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 6.8 и т. д. Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение временного сопротивления в Н/мм 2 (МПа); произведение чисел, умноженное на 10, определяют предел текучести в Н/мм 2 .

Класс прочности деталей выбирается в зависимости от степени нагруженности. При малой нагруженности принять 5.6; 6.6 - для средней нагруженности; 12.9 - для высокой нагруженности.

Таблица 1.13 - Классы прочности и механические характеристики болтов, гаек (выборка)
Класс прочности	Временное сопротивление ств, Н/мм 2 (МПа)	Предел текучести от, Н/мм 2 (МПа)	Марка стали
Класс прочности	Временное сопротивление ств, Н/мм 2 (МПа)	Предел текучести от, Н/мм 2 (МПа)
				20, СтЗкпЗ

Для стандартных крепежных резьбовых деталей общего назначения применяют низко- и среднеуглеродистые стали по ГОСТ 1759.4-87.

Таблица 1.14 - Механические характеристики марок сталей
Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел выносливости МПа	Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел выносливости , МПа

Углеродистые стали 10...35 являются дешевыми и позволяют изготовлять болты, винты, гайки методом штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали ЗОХ, 30ХГСА применяют при высоких нагрузках на детали, испытывающих переменные и ударные нагрузки.

Значения допускаемых напряжений определяют в зависимости от предела текучести , так как в большинстве случаев резьбовые изделия изготовляют из пластичных материалов.

При расчете на растяжение: , (- см. табл. 1.14).

При расчете на срез: ср = 0,4 .

При расчете на смятие: см = 0,8 .

Значения допускаемого коэффициента запаса прочности зависят от характера нагрузки, качества монтажа (контролируемая или неконтролируемая затяжка), материала крепежных деталей из углеродистых сталей:

для незатянутых соединений = 1,5...2 (в общем машиностроении);

для грузоподъемного оборудования = 3...4;

для затянутых соединений = 1,3...2, (при контролируемой затяжке) и- при неконтролируемой затяжке.

Типовые схемы расчета болтов

Рисунок 5.1.14 – Нагружение стержня винта растягивающей силой

Опыт эксплуатации машин, аппаратов показал, что отказы соединений обычно происходят из-за разрушения резьбовых изделий и разгерметизации стыков. Как правило происходит поломка болтов и шпилек по резьбовой части. Реже встречаются поломки болтов под головкой и срез резьбы в гайке. Рассмотрим некоторые случаи нагружения болтов (винтов).

1. Стержень винта нагружен только внешней растягивающей силой F (pиc. 5.1.14). Опасным является сечение резьбы по диаметру d 1 - внутренний диаметр резьбы.

Условие прочности при растяжении:

Расчетный диаметр d 1 - согласовать со стандартом и записать найденный номинальный диаметр резьбы.

Рисунок 5.1.15

2. Болт затянут (крепление крышек корпусов редукторов, крепление герметичных крышек). Болт затягивается осевой силой F 0 и закручивается моментом сил трения в резьбе (рис. 5.1.15).

Напряжение растяжения от силы F зат :

где d paсч = d - 0,94p ;

d и р - наружный диаметр резьбы и шаг резьбы;

F зат - на практике определяют:

F зат = К зат F , где

К зат - коэффициент затяжки по условию нераскрытия стыка.

При постоянной нагрузке К зат = 1,25...2.

При переменной нагрузке К зат = 2,5...4.

При металлической фасонной прокладке К зат = 2...3.

При металлической плоской прокладке К зат = 3...5.

Напряжение кручения от трения в резьбе

где - угол подъема резьбы;

Приведенный угол трения.

Эквивалентное напряжение по теории энергии формоизменения

Подставляя выражение ив формулуи принимая для стандартных болтов с метрической резьбой= 2°30",d 2 /d l = 1,12 и f = 0,15; чему соответствует = 8°40", получим.

Виды и характеристики резьб.

Классификация и основные признаки резьб:

единица измерения диаметра (метрическая, дюймовая, модульная, питчевая резьба)
расположение на поверхности (наружная и внутренняя резьба)
направление движения винтовой поверхности (правая, левая);
число заходов (одно- и многозаходная), например двузаходная, трёхзаходная и т. д.;
профиль (треугольный, трапецеидальный, прямоугольный, круглый и др.);
образующая поверхность на которой расположена резьба (цилиндрическая резьба и коническая резьба);
назначение (крепёжная, крепёжно-уплотнительная, ходовая и др.).

Основные параметры резьбы и единицы измерения

Профиль резьбы - это контур сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось резьбовой детали. ГОСТ 9150-81 и ГОСТ 8724-81 устанавливают единый номинальный профиль для цилиндрических метрических резьб диаметром до 600 мм, включая резьбы диаметром менее 1 мм. Номинальный профиль резьбы и его элементы показаны на рис. 1. Впадина наружной резьбы (рис. 2) может быть плоскосрезанной или закругленной: R max = 0,144Р , R min = 0,108Р , где R - радиус впадины; Р - шаг резьбы.

Рис. 2. Впадины резьбы болта и гайки.

Резьбы определяются следующими основными параметрами: наружным, средним и внутренним диаметрами; шагом; углом профиля; углом наклона сторон профиля.

Наружный диаметр резьбы d (см. рис. 1) -диаметр цилиндра, описанного относительно вершин наружной резьбы (или впадин внутренней резьбы).

Внутренний диаметр d 1 - диаметр цилиндра, вписанного в вершины внутренней резьбы (или впадины наружной резьбы).

Номинальные значения d и dx для наружной и внутренней резьбы одинаковые.

Средний диаметр d 2 - диаметр воображаемого цилиндра, поверхность которого пересекает витки резьбы таким образом, что ширина витков и ширина впадин равны.

Шаг резьбы Р - расстояние между параллельными сторонами двух рядом лежащих витков резьбы крепежа, измеренное вдоль оси. ГОСТ 8724-81 устанавливает диаметры в диапазоне 0,25...600 мм и шаги 0,075...6 мм. Метрические резьбы могут иметь крупный шаг (при диаметрах 0,25...68 мм) и мелкий шаг (при диаметрах 1...600 мм).

Угол профиля α - угол между боковыми сторонами профиля, измеренный в осевой плоскости. Угол наклона сторон профиля β - угол между стороной профиля и перпендикуляром к оси резьбы. Для резьб с симметричным профилем β = 0,5α . Для резьб с асимметричным профилем, например для упорной или конической, угол наклона каждой стороны определяется независимо.

Высота исходного треугольника Н - высота остроугольного профиля, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения. Рабочая высота профиля Н 1 - высота плоскосрезанного теоретического профиля, равная полуразности наружного и внутреннего диаметров. Для метрических резьб Н = 0,866025×Р , Н 1 = 0,54126×Р .

Ход P h - величина относительного перемещения исходной средней точки по винтовой линии резьбы на угол 360°; P h =P ×n , где n - число заходов.

В действительности высота соприкосновения меньше, так как система допусков предусматривает определенные зазоры, например, по внутренним диаметрам резьбы гайки и болта.

Рабочая высота витка Н 1 - наибольшая высота соприкосновения; наименьшая выcота соприкосновения обозначается Н 1 min . Для резьбы с плоскосрезанным профилем Н 1 и Н 1 min определяют наибольшее и наименьшее перекрытие витков резьбы болта и гайки.

Угол подъёма резьбы (винтовой линии)

Для многозаходных резьб в числителе этой формулы следует подставлять вместо Р произведение n 0 P , где n 0 - число заходов. Длина свинчивания (высота гайки Н ) - длина (высота) соприкосновения поверхностей болта и гайки, измеренная вдоль оси.

Обозначается метрическая резьба буквой M (от англ. metric system, метрическая система мер). Резьба с номинальным диаметром 32 мм с крупным шагом обозначается как М32; резьба с номинальным диаметром 16 мм с мелким шагом – М16x1,5; для обозначения левой резьбы в конце добавляются буквы LH.

Виды резьб:

- с шагом и основными параметрами резьбы в долях метра .

Имеет широкое применение с номинальным диаметром от 1 до 600 мм и шагом от 0,25 до 6 мм. Профиль - равносторонний треугольник (угол при вершине 60°) с теоретической высотой профиля Н=0,866025404Р. Все параметры профиля измеряются в долях метра (миллиметрах).

Стандарты:

ГОСТ 24705-2004 (ИСО 724:1993) - Резьба метрическая. Основные размеры.
ГОСТ 9150-2002 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Профиль.
ГОСТ 8724-2002 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Диаметры и шаги.
ISO 965-1:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 1. Принципы и основные характеристики.
ISO 965-2:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 2. Предельные размеры резьб для болтов и гаек общего назначения. Средний класс точности.
ISO 965-3:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 3. Отклонения для конструкционной резьбы.
ISO 965-4:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 4. Предельные размеры для наружных винтовых резьб, гальваницированных горячим погружением, для сборки с внутренними винтовыми резьбами, нарезанными метчиком с позиции допуска H или G после гальванизации.
ISO 965-5:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 5. Предельные размеры для внутренних винтовых резьб винтов для сборки с наружными винтовыми резьбами, гальванизированными горячим погружением, с максимальным размером позиции допуска h до гальванизации.
ISO 68-1 - Резьбы винтовые ISO общего назначения. Основной профиль. Метрическая резьба.
ISO 261:1998 - Резьбы метрические ИСО общего назначения. Общий вид.
ISO 262:1998 - Резьбы ISO метрические общего назначения. Выбранные размеры для винтов, болтов и гаек.
BS 3643 - ISO metric screw threads.
DIN 13-12-1988 - Резьбы метрические ИСО основные и прецизионные диаметром от 1 до 300 мм. Выбор диаметров и шагов.
ANSI B1.13M , ANSI B1.18M - Метрическая резьба М с профилем базирующимся на стандарте ISO 68.

Условное обозначение: буква M (metric), числовое значение номинального диаметра резьбы (d, D на схеме, оно же внешний диаметр резьбы на болте) в миллиметрах, числовое значение шага (для резьбы с мелким шагом) (P на схеме) и буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 16 мм с крупным шагом обозначается как M16; резьба с номинальным диаметром 36 с мелким шагом 1,5 мм - М36х1,5; такая же по диаметру и шагу но левая резьба М36х1,5LH.

Таблица стандартного шага метрических резьб

- все параметры резьбы выражены в дюймах (чаще всего обозначается двойным штрихом, ставящимся сразу за числовым значением, например, 3" = 3 дюйма), шаг резьбы в долях дюйма (дюйм = 2,54 см). Для трубной дюймовой резьбы размер в дюймах характеризует условно просвет в трубе, а наружный диаметр, на самом деле, существенно больше.

Метрическая и дюймовая резьба применяется в резьбовых соединениях и винтовых передачах.

Шаг резьбы измеряется модулем (m). Чтобы получить размер в миллиметрах достаточно модуль умножить на число пи (π).

Питчевая резьба - шаг резьбы измеряется в питчах (p"). Для получения числового значения (в дюймах) достаточно число пи (π) разделить на питч.

Модульная и питчевая резьба применяется при нарезании червяка червячной передачи. Профиль витка модульного червяка может иметь вид архимедовой спирали , эвольвенты окружности , удлинённой или укороченной эвольвенты и трапеции .

шаг (P) - расстояние между одноимёнными боковыми сторонами профиля, измеряется в долях метра , в долях дюйма или числом ниток на дюйм - это знаменатель обыкновенной дроби, числитель которой является дюймом. Выражается натуральным числом (например; 28, 19, 14, 11);
наружный диаметр (D, d), диаметр цилиндра, описанного вокруг вершин наружной (d) или впадин внутренней резьбы (D);
средний диаметр (D 2 , d 2), диаметр цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы таким образом, что её отрезки, образованные при пересечении с канавкой, равны половине номинального шага резьбы;
внутренний диаметр (D 1 , d 1), диаметр цилиндра, вписанного во впадины наружной (d 1) или вершины внутренней резьбы (D 1);
ход (P h) величина относительного перемещения исходной средней точки по винтовой линии резьбы на угол 360°

где n - число заходов;

высота исходного треугольника резьбы (H);
срез резьбы (с);
угол конуса конической резьбы (φ);
угол подъёма резьбы (ψ):

Конусность 1:16 (угол конуса φ=3°34’48"). Предназначена для обеспечения герметичности и стопорения резьбы без применения дополнительных средств. Существует два варианта резьбового конического соединения: коническая наружная резьба с конической внутренней резьбой и коническая наружная резьба с цилиндрической внутренней резьбой.

Стандарт: ГОСТ 25229-82 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая коническая.

Условное обозначение: буквы MK, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 24 мм с шагом 1,5 мм обозначается как MK 24x1,5 .

Цилиндрическая, MJ

Цилиндрическая резьба основана на метрической резьбе (М ) с номинальным диаметром от 1,6 до 200 мм и углом профиля при вершине 60°, предназначена для аэрокосмической техники и других применений требующих высокую усталостную прочность и жаропрочность. Для обеспечения этих свойств впадина резьбы на наружной резьбе имеет увеличенный радиус от 0,15011P до 0,180424P. Внутренняя резьба MJ совместима с внешней резьбой M при совпадении номинального диаметра и шага.

Стандарты:

ГОСТ 30892-2002 (ИСО 5855-1-99, ИСО 5855-2-99, ИСО 5855-3-99) - Резьба метрическая с профилем MJ. Профиль, диаметры и шаги, допуски
ISO 5855-1:1999 - Aerospace - MJ threads - Part 1: General requirements
ISO 5855-2:1999 - Aerospace - MJ threads - Part 2: Limit dimensions for bolts and nuts
ISO 5855-3:1999 - Aerospace - MJ threads - Part 3: Limit dimensions for fittings for fluid systems
ANSI/ASME B1.21M-1997 (R2003) - Метрическая резьба. MJ профиль. (англ. Metric Screw Threads - MJ Profile ).

Условное обозначение: буквы MJ, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, поле допуска среднего диаметра и поле допуска диаметра выступов. Например, наружная резьба с номинальным диаметром 6 мм, шагом 1 мм, полем допуска среднего диаметра 4h и полем допуска диаметра выступов 6h обозначается как MJ6x1-4h6h на поверхности вала.

Основная статья: Резьба трубная цилиндрическая, G

Дюймовая резьба основанная на резьбе BSW (British Standard Whitworth) и соответствует резьбе BSP (British standard pipe thread) , имеет четыре значения шагов 28,19,14,11 ниток на дюйм. Угол профиля при вершине 55°, теоретическая высота профиля Н=0,960491Р.

Стандарты: ГОСТ 6357-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая. ISO R228 , EN 10226 , DIN 259 , BS 2779 , JIS B 0202 .

Условное обозначение: буква G, числовое значение условного прохода трубы в дюймах (inch), класс точности среднего диаметра (А, В), и буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 1 1/8", класс точности А - обозначается как G1 1/8-A. Следует иметь в виду, что номинальный размер резьбы соответствует просвету трубы в дюймах. Наружный диаметр трубы находится в некоторой пропорции с этим размером.

Дюймовая резьба с конусностью 1:16 (угол конуса φ=3°34’48"). Угол профиля при вершине 55°, теоретическая высота профиля Н=0,960491Р.

Стандарты: ГОСТ 6211-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная коническая. ISO R7 , DIN 2999 , BS 21 , JIS B 0203 .

Условное обозначение: буква R для наружной резьбы и Rc для внутренней, числовое значение номинального диаметра резьбы в дюймах (inch), буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 1 1/4" - обозначается как: R1 1/4".

Круглая для санитарно-технической арматуры, Кр

Профиль круглой резьбы образован окружностями, на вершинах и впадинах, соединёнными прямыми с углом профиля при вершине 30°. Резьба применяется для шпинделей, вентилей, смесителей, туалетных и водопроводных кранов.

Стандарт: ГОСТ 13536-68 Резьба круглая для санитарно-технической арматуры. Профиль, основные размеры, допуски.

Условное обозначение круглой резьбы: буквы Кр, номинальный диаметр резьбы, шаг и обозначение стандарта.

Трапецеидальная, Tr

Метрическая резьба с углом профиля при вершине 30°, теоретическая высота профиля Н=0,866Р.

Стандарт: ГОСТ 9484-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная. Профили. ГОСТ 24737-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Основные размеры. ГОСТ 24738-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Диаметры и шаги. 24739-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная многозаходная.

Условное обозначение однозаходной резьбы: буква Tr (trapezoidal), числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение поля допуска. Например, однозаходная наружная резьба с номинальным диаметром 50 мм с шагом 8 мм обозначается как Tr50х8-7е; такая же по диаметру и шагу, но левая резьба Tr50х8LH-7е.

Упорная, S

Метрическая резьба с углом наклона боковых сторон профиля 30° и 3°.

Стандарт: ГОСТ 10177-82 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба упорная. Профиль и основные размеры. Условное обозначение резьбы: буква S, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение поля допуска.

Условное обозначение многозаходной резьбы: буква S, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение хода, в скобках Р с числовым значением шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение поля допуска.

Упорная усиленная, S45°

Резьба с углом наклона боковых сторон профиля 45° и 3°, с номинальным диаметром от 80 до 2000 мм.

Условное обозначение резьбы: буква S, значение угла 45°, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение Тт.

Эдисона круглая, E

Применяется для электротехнических изделий, например цоколь ламп накаливания, см. также цоколь Эдисона.

Стандарт: ГОСТ 6042-83 Резьба Эдисона круглая. Профили, размеры и предельные размеры.

Условное обозначение резьбы: Буква E, номер резьбы, если резьба для неметаллических элементов буква N через наклонную черту (/) и номер ГОСТа, например E 27 ГОСТ 6042-83 или E 27/N ГОСТ 6042-83.

На сегодняшний день в сфере машиностроения часто применяются различные резьбовые соединения. Резьба это сложный технологический процесс требующий определенных навыков и умений. Для нарезания резьбы необходимо уметь настраивать станок, подбирать, затачивать и устанавливать режущий инструмент и конечно же уметь пользоваться резьбовыми измерительными приборами. В настоящее время часто применяется метрическая резьба (имеет треугольный профиль). Начнем все по порядку и для начала разберем общие понятия:

Профиль резьбы

Профиль метрической резьбы похож на равносторонний треугольник с углом 60°. Вершинки резьбы могут быть острыми и слегка срезанными, это зависит от заточки резца и глубины резания. Не рекомендуется делать метрическую резьбу с другим углом, так как это будет являться нарушения требований к метрической резьбе в частности к ее профилю. Видоизмененный профиль резьбы влияет на резьбовое соединение деталей например винт и гайка.

Профиль наружной резьбы рис. слева и внутренней резьбы рис. справа

Профиль метрической и профиль цилиндрической резьбы и ее развертывание

d , d1 , d2 – наружный, внутренний и средний диаметр болта
D , D1 , D2 – наружный, внутренний и средний диаметр гайки
р – шаг; ω – угол подъема

Шаг резьбы

Шаг резьбы – это расстояние между двумя вершинками резьбы измеренными вдоль оси

Угол подъема резьбы – это угол, образованный направлением выступа резьбы и плоскостью, перпендикулярной к оси резьбы. Определяется по формуле:

tgω=p/( π d2)

Ход резьбы – однозаходная резьба равен ее шагу. Если резьба имеет несколько заходов k , то ход резьбы рассчитывается по формуле: за один оборот гайка переместится в осевом направлении в k раз дальше.

Ph=pk

Классификация резьб

По виду поверхности: цилиндрические и конические.

По признаку расположения резьбы: наружные и внутренние.

По направлению винтового выступа резьбы: правые и левые.

По числу заходов: однозаходные – образованные одним выступом и многозаходные - образованные двумя и более выступами резьбы.

По профилю:

Треугольные	Трапецеидальные	Упорные	Треугольные для трубной и цилиндрической резьбы

По назначению: крепежные и ходовые

По системе размерности: метрические α =60° и дюймовые α =55°.

Исходный профиль метрической резьбы это треугольник высотой Р с углом α 60°. Вершина треугольника срезана, впадина профиля резьбы имеет плоскую или закругленную форму. Закругленная форма предпочтительней. Метрическая резьба выполняется с крупным и мелким шагом. Диаметры и шаги метрической резьбы оговорены в ГОСТ 8724-81, а профиль и его размеры ГОСТ 9150-81. Размеры дюймовой резьбы выражены в дюймах (один дюйм равен 25,4мм), исходный профиль дюймовой резьбы это треугольник с углом при вершине α =55°.