53. Різьбові з’єднання, загальні відомості, кріпильні різьби та їх основні параметри

Будь–яка машина складається з багатьох деталей та окремих скла­дальних одиниць. Ці деталі та складальні одиниці пов'язані між со­бою тим чи іншим способом. Зв'язки елементів машини поділяють на рухомі (шарніри, підшипники) та нерухомі (різьбові, зварні).

Використання рухомих зв'язків елементів обумовлене кінемати­кою машини. Нерухомі зв'язки застосовують для забезпечення мож­ливості розбирання машини на деталі та складальні одиниці. Потре­ба розбирання спричинена спрощенням виготовлення, складання, ре­монту та транспортування.

Нерухомі зв'язки деталей у машинобудуванні називають з'єд­наннями. Всі види з'єднань поділяють на роз'ємні та нероз'ємні.

Роз'ємні з'єднання (різьбові, шпонкові, зубчасті (шліцеві), кле­мові та ін) допускають розбирання з'єднаних деталей без пошко­джень елементів з'єднання.

Нероз'ємні з'єднання (зварні, паяні, клепані та ін.) не дають змоги виконувати розкладання з'єднаних деталей без пошкодження еле­ментів з'єднання. Використання нероз'ємних з'єднань обумовлене технологічними та економічними вимогами.

Проміжне місце між роз'ємними та нероз'ємними займають пре­сові з'єднання В деяких випадках ці з'єднання проектуються як нероз'ємні, і розкладання їх може спричинити пошкодження спряже­них поверхонь та послаблення посадки деталей. Але при малих на­тягах, характерних, наприклад, для посадки кілець підшипників кочення, ці пошкодження незначні, навіть для багатократного на­пресовування.

З'єднання деталей машин є дуже важливими елементами конструк­цій, бо багато аварій або порушень нормальних режимів роботи ма­шини обумовлені незадовільною міцністю та надійністю з'єднань.

Різьбовими називають такі з'єднання, які виконуються за допо­могою деталей, що мають різьбу.

Широке використання різьбових з'єднань у машинобудуванні обумовлене їхньою простотою, високою несучою здатністю, надійністю, а також зручністю з'єднання та роз'єднання деталей. За­стосуванню різьбових з'єднань сприяють також наявність значної но­менклатури спеціальних різьбових деталей, пристосованих до різних конструктивних варіантів з'єднань, їхня широка стандартизація та мала вартість в умовах масового виготовлення.

Обмеження у використанні різьбових з'єднань пов'язані з наяв­ністю значної кількості концентраторів напружень на поверхнях різьбових деталей, що зменшує їх втомну міцність при дії змінних напружень.

2. Кріпильні різьби та їхні основні параметри

Кріпильні різьби застосовують у деталях різьбових з'єднань. Залежно від форми поверхні, на якій нарізана різьба, розрізняють циліндричні та конічні різьби. В основному використовуються ци­ліндричні кріпильні різьби. Конічну різьбу застосовують у випад­ках, коли треба забезпечити герметичність з'єднання.

Кріпильні різьби бувають; метричні, трубні та круглі.

Метрична різьба (рис. 11.1, а) є основною кріпильною різьбою Вона має назву метричної тому, що всі її розміри задаються в міліметрах (на відміну від мало розповсюдженої дюймової різьби, розміри якої даються в дюймах). Метрична різьба має трикутний про­філь витків із кутом профілю α = 60°. Вершини витків та впадин притуплені по прямій або по дузі кола, по вершинах та впадинах ут­ворений зазор Така конструкція полегшує обробку різьби, зменшує концентрацію напружень та запобігає пошкодженням різьби в умо­вах виконання складальних робіт.

Метрична різьба характеризується такими основними геометрич­ними параметрами: d – зовнішній (номінальний) діаметр різьби; d₁ – внутрішній діаметр; d₂ – середній діаметр (діаметр уявного циліндра, поверхня якого перетинає витки різьби по висоті так, що ширина витка дорівнює ширині впадини); Ρ – крок різьби (від­стань між однойменними сторонами двох сусідніх витків, виміряна в напрямі осі гвинта); Η = 0.866Р – теоретична висота профілю витка різьби;

Н₁ = 0.541Р – робоча висота профілю, на якій доти­каються витки гвинта і гайки;

n – число заходів різьби (для крі­пильних метричних різьб n = 1) і ψ – кут підйому гвинтової лінії різьби по її середньому діаметру, що визначається за співвідношенням

tgψ = Ρn/(πd₂). (1)

Метричні різьби бувають з нормальним або малим кроком. Так, для різьби із зовнішнім діаметром d = 20 мм стандартами, крім різьби з нормальним кроком

Ρ = 2,5 мм, передбачені різьби з мали ми кроками: 2; 1,5; 1,0; 0,75 і 0,5 мм. При зменшенні кроку відповід­но зменшується глибина різьби та кут підйому гвинтової лінії ψ. Позначення метричної різьби: М20 – метрична різьба з нормаль­ним кроком і зовнішнім діаметром d = 20 мм; М20 x 1,5 – метрич­на різьба з малим кроком витків Ρ = 1,5 мм і зовнішнім діаметром d = 20 мм.

Основні геометричні параметри метричних різьб регламентовані стандартами ГОСТ 9150–81, ГОСТ 8724–81 та ГОСТ 24705–81 (табл. 11.1).

Трубна різьба (рис. 11.1, б) використовується для гер­метичного з'єднання труб та арматури. Ця різьба має кут профілю витків α = 55°, вершини та впадини витків закруглені і відсутній зазор між вершинами та впадинами, що надає з'єднанню деталей високу щільність.

Трубна різьба має малий крок витків, оскільки нарізується на трубі з малою товщиною стінки. За номінальний діаметр трубної різьби беруть внутрішній діаметр труби. Зовнішній діаметр такої різь­би в дійсності більший номінального на дві товщини стінки труби.

У міжнародному стандарті для трубної різьби зберігається дюй­мове вимірювання. Позначення трубної різьби в технічній документації таке: Трубн. 2" кл.2 – трубна різьба із номінальним діаметром 2 дюйми за другим класом точності.

Трубну різьбу можна нарізувати також на конічній поверхні для досягнення високої щільності з'єднання. Приклад позначення коніч­ної трубної різьби – Κ 3/4*.

Нині замість трубних різьб часто застосовують метричні різьби з малим кроком витків.

Кругла різьба (рис. 11.1, в) зручна для виготовлення на­катуванням або витисканням на тонкостінних металевих та пластма­сових деталях, а також відливанням на чавунних, скляних, пластма­сових та інших виробах. Профіль витків круглої різьби утворюєть­ся спряженими дугами кіл, а кут профілю α = 30°.

Круглі різьби мають обмежене застосування, і в основному вони використовуються для деталей, що часто згвинчуються та відгвинчу­ються в умовах забруднення (пожежна арматура, вагонні стяжки, цоколі електроламп та ін.). Параметри круглої різьби регламентова­ні ГОСТ 6042–83.