4. Расчёт и выбор посадок резьбовых соединений

4.1. Основные теоретические положения системы допусков и посадок резьбового соединения

К резьбовым соединениям предъявляются требования взаимозаменяемости. Однако осуществить данное требование в этих соединениях значительно сложнее, чем в гладких, так как на характер резьбового соединения одновременно влияют сразу несколько параметров.

В резьбовом соединении наружная резьба является охватываемой поверхностью и носит название “болт” (“винт”, “шпилька” и др), внутренняя является охватывающей поверхностью и носит название “гайка” (“гнездо” и др.).

Системы допусков и посадок, обеспечивающие взаимозаменяемость резьб с прямолинейными боковыми сторонами профиля построены по единым принципам: они учитывают особенности конструкции резьбовых деталей и наличие взаимосвязи погрешностей отдельных параметров резьбы.

На длине свинчивания резьбовых деталей расположено несколько витков резьбы, образующих резьбовой контур. Номинальный контур резьбы определяет наибольший предельный контур резьбы болта и наименьший – гайки. Он является контуром максимума материала на обработку. От начального контура в направлении, перпендикулярном к оси резьбы, отсчитывают отклонения и располагают вниз поля допусков диаметров резьбы болта, в противоположную сторону – поля допусков диаметров резьбы гайки. При изготовлении резьбовых деталей неизбежны погрешности профиля резьбы и её размеров, возможны неконцентричность диаметральных сечений и другие отклонения, которые могут нарушать свинчиваемость, ухудшить качество соединений. Для обеспечения свинчиваемости и качества соединений действительные контуры свинчиваемых деталей, определяемые действительными значениями диаметров, угла и шага резьбы, не должны выходить за предельные контуры на всей длине свинчивания [7].

4.2. Эксплутационные требования к резьбовым соединениям. Виды резьбовых соединений

В зависимости от эксплуатационного назначения резьбы делятся на две группы:

1) крепёжные общего применения;

2) специальные с узкой областью применения (прямоугольные, конические, трапециидальные и т. д.).

В свою очередь резьбы первой группы можно разделить на крепёжные, кинематические и трубные.

Крепёжные резьбы (метрические и дюймовые) используются в разъёмных соединениях деталей машин и обеспечивают плотность соединений и неподвижность стыков.

Кинематические резьбы применяются для обеспечения взаимного перемещения деталей машин при наименьшем трении (например, ходовых витков, витков суппортов станков и измерительных приборов) или для преобразования вращательного движения в прямолинейное (например, в домкратах, прессах и т. д.).

Трубные резьбы предназначаются для обеспечения герметичности соединений трубопроводов с их арматурой.

Кроме того, резьбы можно классифицировать:

– по форме профиля (треугольные, трапециидальные, прямоугольные);

– по числу заходов (однозаходные и многозаходные);

– по форме витковой поверхности (цилиндрические и конические);

– по направлению витковой линии (правые и левые).

Основными требованиями ко всем резьбам независимо от назначения являются долговечность и возможность свинчивания без дополнительной пригонки [3, 5, 6, 7].

4.3. Основные параметры метрической резьбы

Номинальные размеры параметров резьбы являются общими и для наружной резьбы (болта, шпильки, винта), и для внутренней (гайки, гнезда). К параметрам резьбы относят (рис. 19):

d₂(D₂) – средний диаметр резьбы, под которым понимают диаметр воображаемого соосного с резьбой цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы в точках, где ширина канавки равна половине номинального шага резьбы для однозаходной резьбы или половине номинального хода, поделенной на число заходов, для многозаходной резьбы;

d(D) – наружный диаметр резьбы, под которым понимают диаметр воображаемого цилиндра, описанного касательно к вершинам наружной резьбы или впадинам внутренней. Этот диаметр для большинства резьб принимают за номинальный;

d₁(D₁) – внутренний диаметр резьбы, под которым понимают диаметр воображаемого цилиндра, вписанного касательно к впадинам наружной резьбы или вершинам внутренней;

Р – шаг резьбы, определяемый расстоянием между соседними одноименными боковыми сторонами профиля, измеренным в направлении, параллельном оси резьбы, на расстоянии, равном половине среднего диаметра от этой оси;

Р_п – ход резьбы, определяемый величиной относительного осевого перемещения винта (гайки) за один оборот. Эта величина оценивается расстоянием между ближайшими одноименными боковыми сторонами профиля, принадлежащими одной и той же винтовой поверхности в направлении, параллельном оси резьбы. У однозаходной резьбы ход равен шагу. В многозаходной резьбе Р_п = Рп,

где п – число заходов;

 – угол профиля резьбы, определяемый между боковыми сторонами профиля в осевой плоскости;

/2 – половина угла профиля, определяемая между боковой стороной профиля и перпендикуляром, опущенным из вершины исходного профиля симметричной резьбы на ось резьбы;

Н – высота исходного профиля, под которой понимают высоту остроугольного профиля, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения (это относится к резьбам с треугольным профилем);

Н₂ – высота профиля, определяемая расстоянием между вершиной и впадиной профиля в направлении, перпендикулярном к оси резьбы;

Н₁ – рабочая высота профиля, под которой понимают высоту соприкосновения сторон профиля наружной и внутренней резьб в направлении, перпендикулярном к оси резьбы;

ψ – угол подъема резьбы, под которым понимают угол, образованный касательной к винтовой линии в точке, лежащей на среднем диаметре резьбы, и плоскостью, перпендикулярной к оси резьбы. Угол подъема определяется формулой tgψ=Р/(πd₂);

l – длина свинчивания резьбы (высота гайки), под которой понимают длину соприкосновения винтовых поверхностей наружной и внутренней резьбы в осевом направлении. Профиль и параметры метрической резьбы регламентированы [14, 15]. Предусмотрены срезы вершин резьбы, равные H/4 у гайки и H/8 у болта.

Рис. 19. Профиль и основные параметры метрической резьбы для диаметров от 1 до 600 мм по [26]

Метрическую резьбу подразделяют на два типа: с крупным шагом для диаметров от 1 до 68 мм и с мелким шагом. Резьбу с крупным шагом обозначают буквой М и номинальным диаметром, например М24, М64. Резьбу с мелким шагом обозначают буквой М, номинальным диаметром и шагом, например М100,5, М101,25. Для левой резьбы после условного обозначения ставят буквы LH, например М24 LН, М64 LН. Многозаходные резьбы обозначают буквой М, номинальным диаметром, числовым значением хода и в скобках буквой Р и числовым значением шага. Пример для трехзаходной резьбы с шагом 1 мм и значением хода 3 мм: М243 (Р1), для левой резьбы: М243 (Р1) LН.