Тема 7. Резьбовые соединения

Резьба (рис.7.1)—выступы, образованные на основной поверхности винтов или гаек и расположенные по винтовой линии.

П о форме основной поверхности различают цилиндрические и конические резьбы. Наиболее распространена цилиндрическая резьба. Коническую резьбу применяют для плотных соединений труб, масленок, пробок и др.

П

Рис. 7.1

рофиль резьбы — контур сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось основной поверхности. По форме профиля различают треугольные, прямоугольные, трапецеидальные, круглые и другие резьбы.

По направлению винтовой линии различают правую и левую резьбы. У правой резьбы винтовая линия идет слева направо и вверх, у левой — справа налево и вверх. Наиболее распространена правая резьба. Левую резьбу применяют только в специальных случаях.

Если витки резьбы расположены по двум или нескольким параллельным винтовым линиям, то они образуют многозаходную резьбу. По числу захода различают однозаходную, двухзаходную и др. резьбы. Наиболее распространена однозаходная резьба. Все крепежные резьбы однозаходные. Многозаходные резьбы применяются в винтовых механизмах. Число заходов больше трех применяют редко.

Методы изготовления резьбы. 1. Нарезка вручную метчиками или плашками. Способ малопроизводительный. Его применяют в индивидуальном производстве и при ремонтных работах.

2. Нарезкой на токарно-винторезных или специальных станках.

3. Фрезерованием на специальных резьбофрезерных станках.

4 . Накатка на специальных резьбонакатных станках-автоматах. Этим способом изготовляют большинство резьб стандартных крепежных деталей. Накатка упрочняет резьбовые детали.

Г

Рис.7.2

еометрические параметры резьбы (рис. 7.2): d—наружный диаметр; d₁ — внутренний диаметр (номинальные значения d и d₁ одинаковы для винта и гайки, зазоры во впадинах образуют за счет предельных отклонений размеров диаметров); d₂—средний диаметр; h — рабочая высота профиля, по которой соприкасаются боковые стороны резьб винта и гайки; р—шаг; р₁—ход (поступательное перемещение образующего профиля за один оборот или относительное осевое перемещение гайки за один оборот). Для однозаходной резьбы для многозаходной р₁=пр, где п—число заходов; —угол профиля; —угол подъема (угол подъема развертки винтовой линии по среднему диаметру; рис.7.3).

(7.1)

Все геометрические параметры резьб и допуски на их размеры стандартизованы.

О

Рис.7.3

сновные типы резьб. По назначению различают резьбы крепежные и резьбы для винтовых механизмов.

Резьбы крепежные: метрическая с треугольным профилем (рис.7.2)—основная крепежная резьба; трубная (рис.7.4,а) — треугольная со скругленными вершинами и впадинами; круглая (рис. 7.4,б); резьба винтов для дерева (рис.7.4,в).

Рис.7.4

Резьбы винтовых механизмов: прямоугольная (рис.7.5,а); трапецеидальная симметричная (рис.7.5,б); трапецеидальная несимметричная, или упорная (рис.7.5,в).

В

Рис.7.5

ыбор профиля резьбы. Определяется многими факторами, важнейшие из которых прочность, технологичность и силы трения в резьбе. Например, крепежная резьба должна обладать высокой прочностью и относительно большими силами трения, предохраняющими крепежные детали от самоотвинчивания.

Р езьбы винтовых механизмов должны быть с малыми силами трения, чтобы повысить к.п.д. и уменьшить износ. Прочность во многих случаях не является для них основным критерием, определяющим размеры винтовой пары.

Осевая сила F, действующая по стержню винта, уравновешивается реакцией гайки, распределенной по виткам резьбы. На рис.7.6 эта реакция условно заменена сосредоточенной силой F_п, нормальной к линии профиля. При этом F_п=F/cos и сила трения

F

Рис.7.6

_тр=F_п f=Ff/сos =Ff_пр,

где f —действительный коэффициент трения; f_пр — фиктивный, или приведенный, коэффициент трения в резьбе:

f_пр=f/ cos . (7.2)

Для крепежной метрической резьбы = /2=30° и f_пр=1,15f; для ходовой трапецеидальной симметричной резьбы = /2=15° и f_пр=1,03f; для ходовой упорной резьбы =3° и f_пр≈f; для прямоугольной резьбы =0 и f_пр=f. В крепежной метрической резьбе силы трения на 15...12% больше, чем в ходовых резьбах.

Прочность резьбы на срез рассчитывают по сечению с — с. Для треугольной резьбы с—с равно ~0,85р, трапецеидальной — 0,65р, прямоугольной — 0,5р. При одном и том же шаге резьбы р треугольная резьба примерно в два раза прочнее прямоугольной. Основные крепежные резьбы выполняют с треугольным профилем, а ходовые— с прямоугольным или близким к нему.

Р езьба метрическая получила свое название потому, что все ее размеры измеряются в миллиметрах. Вершины витков и впадин притуплены по прямой или по дуге окружности, что необходимо для уменьшения концентрации напряжений, предохранения от повреждений в эксплуатации, повышения стойкости инструмента при нарезании.

Стандарт предусматривает метрические резьбы с крупным и мелким шагом. Для одного и того же диаметра d мелкие резьбы отличаются от крупной значением шага р. Например, для диаметра 14 мм стандарт предусматривает крупную резьбу с шагом 2 мм и пять мелких резьб с шагами 1,5; 1,25; 1; 0,75 и 0,5 мм. При уменьшении шага соответственно уменьшаются высота резьбы (рис.7.7) и угол подъема резьбы, а внутренний диаметр d₁ увеличивается.

У

Рис.7.7

величение диаметра d₁ повышает прочность стержня винта, а уменьшение угла подъема увеличивает самоторможение в резьбе, т.е. уменьшает возможность самоотвинчивания. Мелкие резьбы находят применение для динамически нагруженных соединений, склонных к самоотвинчиванию, а так же полых тонкостенных и мелких деталей.

В машиностроении применяют крупные резьбы, как менее чувствительные к износу и ошибкам изготовления.

Резьбы трубные (рис.7.4,а) применяются для герметичного соединения труб и арматуры. Трубная резьба имеет мелкий шаг. В международном стандарте для трубной резьбы измерение в дюймах. Для лучшего уплотнения трубную резьбу выполняют без зазоров по выступам и впадинам и с закруглениями профиля. Высокую плотность соединения дает коническая трубная резьба. В место трубных резьб часто применяют мелкие метрические резьбы.

Резьба круглая (рис.7.4,б) удобна для изготовления способом литья на чугунных изделиях, а также накаткой и выдавливанием на тонкостенных металлических и пластмассовых деталях.

Резьба прямоугольная (рис.7.5,в), применявшаяся ранее в винтовых механизмах не стандартизована и вытеснена трапецеидальной.

Прямоугольную резьбу изготовляют резцами на токарно-винторезных станках. Этот способ имеет низкую производительность.

Резьба трапецеидальная изготовляется с симметричным (рис.7.5,б) и несимметричным (рис.7.5,в) профилями. Симметричную резьбу используют для передачи реверсивного движения под нагрузкой. Несимметричная резьба предназначается для одностороннего движения под нагрузкой и называется упорной резьбой. Применяется для винтов-домкратов, прессов. Закругление впадин (рис.1.5,в) уменьшает концентрацию напряжений. Малый угол наклона (3°) упорной стороны профиля резьбы позволяет уменьшить потери на трение и изготовлять винты на резьбофрезерных станках.

Т ипы крепежных деталей. Геометрические формы и размеры крепежных деталей разнообразны и описаны в справочниках и стандартах крепежных изделий. Для соединения деталей применяют болты (винты с гайками, рис.7.8,а), винты (рис.7.8,б), шпильки с гайками (рис.7.8,в).

П

Рис.7.8

реимуществом болтового соединения является то, что не требуется нарезать резьбу в соединяемых деталях. Недостатки болтового соединения: обе соединяемые детали должны иметь места для расположения гайки или головки винта; при завинчивании и отвинчивании гайки необходимо удерживать головку винта от проворачивания; болтовое соединение несколько увеличивает массу изделия и искажает его внешние очертания. Винты и шпильки применяют в тех случаях, когда установка болта невозможна или нерациональна. Если при эксплуатации деталь часто снимают и затем снова ставят на место, то ее следует закреплять болтами или шпильками, так как винты при многократном завинчивании могут повредить резьбу в детали.

Подкладную шайбу ставят под гайку или головку винта для уменьшения смятия детали гайкой; предохранения чистых поверхностей деталей от царапин при завинчивании гайки; перекрытия зазора отверстия. Кроме подкладных шайб применяют стопорные или предохранительные шайбы, которые предохраняют соединение от самоотвинчивания.

Способы стопорения резьбовых соединений. Самоотвинчивание разрушает соединения и может привести к аварии. Предохранение от самоотвинчивания необходимо для повышения надежности резьбовых соединений при вибрациях, переменных и ударных нагрузках. Вибрации понижают трение и нарушают условие самоторможения в резьбе.

С

Рис.7.9

уществует много способов предохранения от самоотвинчивания. На практике применяют следующие три основных принципа стопорения.

1

Рис.7.10

Рис.7.11

. Повышают и стабилизируют трение в резьбе путем постановки контргайки 1 (рис.7.9,а), пружинной шайбы 2 (рис.7.9,б), применения резьбовых пар с натягом в резьбе. Пружинная шайба поддерживает натяг и трение в резьбе на большом участке самоотвинчивания (до 1...2 оборотов гайки). Упругость шайбы значительно уменьшает влияние вибраций на трение в резьбе.

2. Гайку жестко соединяют со стержнем винта, например, с помощью шплинта (рис.1.10) или прошивают группу винтов проволокой (рис. 7.11,а,б).

3. Гайку жестко соединяют с деталью, например, с помощью специальной шайбы (рис.7.12,а) или планки (рис.7.12,б). Необходимо уделять большое внимание предохранению резьбовых соединений от самоотвинчивания.