метрология лекции / ВЗАЄМОЗАМІНЮВАНІСТЬ РІЗЬБОВИХ З

ВЗАЄМОЗАМІННІСТЬ РІЗЬБОВИХ З'ЄДНАНЬ

У машинах і приладах широко використовуються з'єднання, де основною контактною поверхнею є різьба. Це складна гвинтова поверхня, яка поділяється на зовнішню різьбу на гвинті і внутрішню на гайці.

Різьба дозволяє одержати, як роз'ємні нерухомі з'єднання, де застосовуються різного вигляду кріплення (гвинти, болти, гайки і т.д.), так і нерухомі, коли обертання гвинта перетворюється в поступальне переміщення гайки, яка переміщає елемент механічного пристрою.

За призначенням всі різьби діляться на:

1. Кріпильні різьби, які дозволяють утворювати нерухоме роз'ємне з'єднання і закріпити елементи на весь термін роботи. Головна вимога до них – не розгвинчуватися при роботі (саморозкріплювання різьби).

2. Регулювальні різьби застосовуються рідше і в тих випадках, коли необхідно відрегулювати яке-небудь точне положення вузла або деталі в складному механізмі, а після знаходження даного положення, закріпити рухомий елемент. Точність регулювання вимагає певної точності у регулювального різьби.

3. Рухомі або ходові різьби беруть участь в роботі механізму, гвинт, переміщаючи гайку з розташованими частинами на ній з певною швидкістю на задану відстань, перетворює обертання гвинта в поступальне переміщення гайки. Таке переміщення часто застосовується для точного знаходження необхідного положення елементів, повинно бути плавним, без затирань і ривків. Тому такі різьби виконуються по високій точності.

По конструкції, тобто за формою різьби, за формою перетину витка вони діляться:

1. Метричні різьби – основні різьби для всіх призначень. Це основний профіль різьб в приладобудуванні, машинобудуванні і інших галузях промисловості. Приблизно 95% всіх різьбових з'єднань має метричні різьби рис. з кутом профілю витка 60°, а вся різьба - це послідовність рівносторонніх трикутників. Це кріпильні і регулювальні різьби.

2. Ходові різьби бувають з прямокутним або трапецеїдальним профілем, що робить таку різьбу високоміцною, і такою, що дозволяє великі осьові навантаження. Тому їх часто застосовують в пресах, домкратах, гвинтових гідропоршнях і т.д.

3. Трубна або дюймова різьба з профілем близьким до трапеціїдальної широко застосовується в трубопроводах. Це кріпильна різьба.

4. Спеціальні різьби з різним профілем – це рідкісні різьби для особливих випадків, часто для особливої герметичності елементів.

До всіх різьб пред'являються загальні вимоги такі як: надійність роботи на весь термін служби, довговічність по зносу і згвинченю при незалежному виготовленні гвинтів, гайок, болтів і т.д.

Тому сучасні стандарти по виготовленню різьб відповідають стандартам ІСО.

Різьбові з'єднання широко використовуються в конструкціях машин, агрегатів, приладів, пристосувань тв ін. виробів різних галузей промисловості. Експлуатаційні вимоги до різьбових з'єднань залежать від їх призначення, і відхилення, що допускаються, повинні бути строго регламентовані. Лінійні розміри кріпильних різьб виражаються в мм. У дюймових різьб лінійні розміри вимірюються в дюймах.

Основні елементи метричної різьби зображені на рис. 15.

Рис. 15. Основні елементи метричної різьби:

d – зовнішній діаметр зовнішньої різьби (болта); D – зовнішній діаметр внутрішньої різьби (гайки); d₂ – середній діаметр болта; D₂ – середній діаметр гайки; d₁ – внутрішній діаметр болта; D₁ – внутрішній діаметр гайки; – крок різьби; = 60 ^про – кут профілю різьби.

Похибки різьби і їх вплив на згвинчення

Раніше відмічено, що різьбове з'єднання визначається п'ятьма розмірами: d d₁,d2,,/2. У більшості різьб стандартами встановлені зазори по западинах – дну нарізки, а тому на згвинчуваність різьбового з'єднання впливають тільки три параметри: d₂,, /2. При нарізці різьби ці параметри виконуються з похибками, які не залежать один від одного.

Контроль різьби гвинта і гайки на виробництві проводиться за допомогою різьбових калібрів – прохідного, який згвинчується з деталлю, і не прохідного, що не згвинчується з різьбою деталі, і є контркалібр. Отже, контроль різьби проводиться комплексно (відразу по d₂,,/2) через допуск на середній діаметр. Таким чином допуск на середній діаметр d₂ складається з трьох частин:

1. частини допуску, що компенсує помилку виготовлення самого середнього діаметру - ;

2. частини допуску, що компенсує помилку кроку - ;

3. частини допуску, що компенсує помилку кута - .

Тоді загальний допуск: .

1. Вплив похибки кроку різьби .

Вони бувають з постійним кроком-трендом , що змінюється, по відношенню до номінального кроку, як прогресуюча похибка по довжині різьби і змінним значенням на кожному кроці. Основний вплив створюють прогресуючі похибки.

Якщо на перетині різьби гайки, що не має похибки виготовлення (номінальний профіль), накласти перетин профілю різьби гвинта з прогресуючою похибкою, то через кроків виникне розузгодження різьб з похибкою .

Гайка і гвинт з похибкою в кроці різьби згвинтяться тільки за наявності різниці в середніх діаметрах, одержаної за рахунок зменшення середнього діаметру гвинта або за рахунок збільшення середнього діаметру гайки.

Похибка кроку на довжині дорівнює і .

З трикутника АВС виходить, що:, де =60, звідки .

Оскільки помилка кроку різьби у гвинта і гайки може бути позитивною або негативною, то у всіх випадках середній діаметр гвинта потрібно зменшити на або збільшити на цю величину середнього діаметра гайки, як компенсуючу величину.

2. Вплив похибки кута профілю різьби

Така похибка з'являється, коли дійсний кут профілю різьби виходить з відхиленням від номінального значення =30є.

Уявімо перетин по осі внутрішньої різьби без похибки кута профілю і зовнішня різьба, виготовлена з похибкою кута профілю . При рівності діаметрів d₂ і D₂ різьба не згвинчується. Щоб вони згвинтилися треба зменшити профіль зовнішньої різьби (зменшити d₂) на певну величину компенсації . Таке сполучення з показано на рис. Знайдемо величину з трикутника АВС, де .

де (з трикутника АСІ). Оскільки кут малий, то можна приблизно одержати: і . Підставивши все в першу формулу одержимо . Оскільки, то кутова компенсація дорівнює:, де і в мм, а в радіанах. Переводимо з радіан в кутові хвилини а і в мікрометри одержимо, враховуючи що, а для метричної різьби, набудемо остаточного значення діаметральної компенсації похибок половини профілю різьби: .

3. Частина допуску на похибку середнього діаметру.

При виготовленні різьби може виникнути похибка самого середнього діаметру різьб d₂ і D₂. оскільки вона визначається в основному розміром різьби, то прийнято таку похибку визначати величиною по залежності .

Сумарна похибка різьби

Повний допуск різьбу з урахуванням компенсації рівний буде рівний .

Аналіз показав, що в різьбі похибку її кроку і кута профілю різьби можна компенсувати певним збільшенням середнього діаметру. Звідси витікає, що згвинчуємость зовнішньої і внутрішньої різьби буде забезпечена, якщо різниця середніх їх діаметрів буде не менше суми діаметральних компенсацій похибок кроку і кута профілю обох різьб.

Ця властивість метричних різьб дозволяє не встановлювати допуски на крок і кут профілю різьб.

Для метричних різьб допуски встановлюються:

- для зовнішньої різьби на середній і зовнішній діаметри гвинта, тобто на і .

- для внутрішньої різьби на внутрішньому і середньому діаметрі гайки, тобто на і .

Внутрішні і зовнішні різьби з'єднуються по бічних сторонах профілю, можливість контакту по вершинах і западинах різьби виключено через певне розташування полів допусків на різьбу.

По характеру сполучення по бічних сторонах профілю, що забезпечується відповідними розмірами і допусками на середні діаметри різьби розрізняють посадки що ковзають (без зазору), із зазором.

Стандарт (ГОСТ 16093-81) передбачає основні відхилення для зовнішньої (рис.) і для внутрішньої (рис.) різьби. Розташування полів допусків метричної кріпильної різьби, щодо номінального профілю визначається основним відхиленням, верхнім для гвинтів і нижнім для гайок. Встановлені наступні ряди основних відхилень: для різьб гвинтів – h, g, e, d, для різьб гайок H, G. Поля допусків різьбових елементів утворюються поєднанням поля допуску на середній діаметр з полем допуску зовнішнього діаметру різьби. Позначення поля допуску для середнього діаметру поміщають на першому місці, а потім вказують поле допуску зовнішнього діаметру. Відмінність в позначенні полів допусків для різьбових елементів деталей від позначення полів допусків для гладких елементів полягає в тому, що для різьбових елементів спочатку вказується ступінь точності, тобто цифра, що характеризує допуск, а потім основне відхилення – буква, що характеризує положення поля допуску щодо номінального розміру.

ГОСТ16093-81 визначає набір певних поєднань основних відхилень і ступенів точності різьбових з'єднань.

Обмежувальний набір полів допусків

для певних класів точності різьб

Класи точності	Зовнішня різьба	Внутрішня різьба
точний	4g; 4h	4H; 4H5H; 5H
середній	5g; 6d; 6f; 7g; 6g	6G; 7H; 6H
грубий	8g	7G; 7H; 8H

Поля допусків, не вказані в таблиці, теж можна застосовувати, але вони є спеціальними, їх використання може бути допущено тільки в технічно і економічно обґрунтованих випадках. У таблиці рамкою виділені два поля допуску 6g і 7H, оскільки вони є переважними для застосування і найчастіше використовуються для кріпильних різьб.

Позначення різьбових елементів повинне поєднувати в собі наступну інформацію:

а) вказівка про вид різьби;

б) значення номінального діаметру;

в) значення кроку, якщо він дрібний;

г) спеціально указується LH, якщо різьба ліва;

д) поле допуску на середній діаметр;

е) поле допуску на зовнішній діаметр;

ж) значення довжини згвинчення, якщо вона нестандартна.

Наприклад:

М12-4H6g – різьба метрична, номінальний діаметр 12 мм, з великим кроком, 4h – ступінь точності і відхилення середнього діаметру гвинта, 6g – ступінь точність і відхилення зовнішнього діаметру гвинта, довжина згвинчення нормальна.