Оглавление:
Нормы точности резьбовых деталей и соединений
Резьбовым соединением по ГОСТ 11708 -82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба. Термины и определения» называется соединение двух деталей с помощью резьбы, в котором одна из деталей имеет наружную резьбу, а другая -внутреннюю.
Резьбовые соединения являются одним из самых распространенных видов соединений. В машиностроении около 80% деталей либо имеют резьбовые поверхности, либо их крепление осуществляется с помощью резьбовых изделий.
Основными достоинствами резьбовых соединений являются:
- сравнительно легкая сборка-разборка;
- высокий уровень взаимозаменяемости крепежных резьбовых изделий.
К недостаткам резьбовых соединений можно отнести относительную сложность конструкции и технологии (обработка резьбовых поверхностей требует применения специального оборудования и инструмента, усложняется контроль деталей).
В зависимости от формы профиля различают резьбы:
-метрические (с треугольным профилем, исходным для которого является равносторонний треугольник, с углом при вершине 60°);
- дюймовые (с симметричным треугольным профилем и углом при вершине 55°), применяемые обычно для труб («трубные»);
- прямоугольные (с прямоугольным профилем);
- трапецеидальные (с симметричным трапецеидальны^ профилем);
~ упорные (с несимметричным трапецеидальным профилем);
- круглые (с профилем, образованным дугами).
Кроме того, разработаны резьбы, предназначенные для де. талей из определенных материалов, например, для деталей из пластмасс, для керамических деталей, специальные резьбы для конкретных видов изделий, например, окулярные резьбы и др.
По функциональному назначению следует различать резь-бовые соединения делительные («отсчетные») и силовые. Пер. вые предназначены для обеспечения высокой точности линейных и угловых перемещений в измерительных приборах и технологическом оборудовании. Так, в микрометрических приборах основной измерительный преобразователь — микро-метрическая пара винт-гайка, в делительных машинах также основным механизмом является пара винт-гайка.
Силовые резьбовые соединения предназначены для создания значительных сил при перемещении деталей (винтовые , прессы, домкраты) или для предотвращения взаимного пере- ! мещения соединенных деталей (соединения крышка-корпус, резьбовые соединения деталей трубопроводов, крепление втулки на валу и др.). Деление резьбовых соединений на «отсчетные» и силовые условно и осуществляется исходя из основной функции механизма, например, ходовой винт токарно-винторезного станка должен обеспечить высокую точность перемещения при значительных осевых нагрузках («отсчетное» соединение).
В зависимости от характера функционирования различают неподвижные (крепежные) и подвижные (кинематические) резьбовые соединения. Подвижные резьбовые соединения образуются благодаря применению посадок с зазором. В неподвижных соединениях можно использовать все виды посадок-с натягом, переходные и с зазором. Для того чтобы обеспечить неподвижность резьбового соединения при посадке с зазором, либо используют искусственные методы выборки зазоров (вплоть до создания натягов в соединении), либо применяют дополнительные конструктивные элементы, предохраняющие детали от самоотвинчивания (стопорные шайбы, контргайки, проволочные замки, герметики и др.). Из этого следует, что в неподвижных резьбовых соединениях, полученных применением посадки с зазором, после окончательной сборки возможны натяги по рабочим сторонам профиля резьбы при сохранении зазоров по противоположным сторонам профиля. В тех резьбовых соединениях, где применяют переходные посадки, также создают натяги с использованием специальных «элементов заклинивания» (плоский бурт или цилиндрическая цапфа на шпильке, либо заклинивание по не полностью нарезанному профилю резьбы).
В практической деятельности набольшее распространение получили метрические резьбы.
Профиль метрической резьбы регламентирован ГОСТ 9150-2002 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Профиль».
В основу профиля резьбы положен исходный треугольник резьбы (рис. 3.98) с углом профиля 60° и высотой 
.
К основным параметрам метрической резьбы относятся:
Средний диаметр резьбы 
— диаметр воображаемого соосного с резьбой цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы в точках, где ширина канавки равна половине номинального шага резьбы.
Наружный диаметр резьбы 
— диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин наружной резьбы или впадин внутренней резьбы.
Внутренний диаметр резьбы 
— диаметр воображаемого цилиндра, вписанного касательно к впадинам наружной резьбы или вершинам внутренней резьбы.
Шаг резьбы 
— расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля в направлении, параллельном оси резьбы.
Угол профиля резьбы 
— угол между боковыми сторонами профиля.
Угол наклона боковой стороны профиля 
— угол между боковой стороной профиля и перпендикуляром, опущенным из вершины исходного профиля симметричной резьбы на ось резьбы. Измеряя угол наклона боковой стороны профиля, можно установить перекос резьбы, происходящий от неточной установки изделия или инструмента. По полному углу перекос резьбы установить нельзя.
Высота исходного профиля 
— высота остроугольного профиля, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения.
Рабочая высота профиля 
— высота соприкосновения сторон профиля наружной и внутренней резьб в направлении, перпендикулярном оси резьбы.
Длина свинчивания 
— длина соприкосновения винтовых поверхностей наружных и внутренних резьб в осевом сечении.
ГОСТ 8724-81 устанавливает диаметры резьбы от 0,25 до 600 мм и шаги от 0,075 до 6 мм. Установлено 3 ряда диаметров метрической резьбы. При выборе диаметра резьбы следует первый ряд предпочитать второму, второй — третьему.
У резьбы с мелкими шагами одному и тому же наружному диаметру могут соответствовать разные шаги.
Нормирование точности резьбовых поверхностей можно рассмотреть на примере метрических резьб, предназначенных для резьбовых сопряжений с зазором, с натягом и с переходными посадками.
Для обеспечения свинчиваемости действительные контуры свинчиваемых деталей, определяемые действительными значениями диаметров, угла и шага резьбы, не должны выходить за предельные контуры на всей длине свинчивания.
Поля допусков назначаются на средний диаметр 
и диаметр выступов резьбы 
т.е. наружный диаметр наружной резьбы 
и внутренний диаметр внутренний резьбы 
. Для 
устанавливаются только верхние предельные отклонения, а для 
— нижние. Вторые отклонения («в тело детали») не ограничиваются.
Основным параметром резьбового сопряжения, обеспечивающим точность и характер сопряжения, является средний диаметр. Поля допусков на наружный и внутренний диаметры построены таким образом, чтобы обеспечить гарантированный зазор.
Предельные отклонения шага резьбы и угла наклона боковой стороны профиля нормируют для резьб, предназначенных для посадок с натягом и переходных. Для резьб, предназначенных для посадок с зазором, эти погрешности отдельно не ограничиваются, так как принято считать, что они компенсируются отклонениями средних диаметров болта и гайки.
Отклонением шага резьбы называется разность между действительным и номинальным расстоянием в осевом направлении между двумя точками любых одноименных боковых сторон профиля (расположенными на линии пересечения боковых поверхностей резьбы с цилиндром среднего диаметра) в пределах длины свинчивания или заданной длины.
Свинчивание без натяга резьбовых деталей, имеющих погрешность шага резьбы, возможно только при наличии положительной разности 
их диаметров, полученной за счет уменьшения среднего диаметра резьбы болта или увеличения среднего диаметра резьбы гайки:
Отклонением угла наклона боковой стороны профиля резьбы называется разность между действительным и номинальным значениями . Эта погрешность может быть вызвана погрешностью полного угла профиля, погрешностью положения профиля относительно оси детали. Эта погрешность может явиться следствием ошибок профиля резьбообразующего инструмента и неточности его установки.
Свинчивание без натяга резьбовых деталей, имеющих погрешность угла наклона боковой стороны профиля, возможно только при наличии необходимого зазора между средними диаметрами болта и гайки. Погрешности шага резьбы и угла наклона боковой стороны профиля могут быть компенсированы за счет введения соответствующих диаметральных компенсаций: 
— диаметральной компенсации погрешности шага и 
-диаметральной компенсации угла наклона боковой стороны профиля. Диаметральные компенсации и могут быть осуществлены за счет уменьшения среднего диаметра резьбы болта или (и) увеличения среднего диаметра резьбы гайки. Значение можно найти из треугольника 
(рис. 3.99, а). Значение можно найти из треугольника 
(рис. 3.99, б). Для метрической резьбы
Зависимости для расчетов и дают возможность определить действие отклонений 
и 
на резьбовые детали в одном (диаметральном) направлении и привести их к одному параметру — диаметру резьбы. Для упрощения контроля резьб и расчета допусков на них введено понятие приведенного среднего диаметра резьбы, учитывающего влияние на свинчиваемость значений параметров
Средний диаметр резьбы, увеличенный у болта и уменьшенный у гайки на суммарную диаметральную компенсацию отклонений шага, угла наклона боковой стороны профиля называется приведенным средним диаметром.
Под приведенным средним диаметром резьбы будем понимать некоторый условный диаметр, учитывающий погрешности шага и угла наклона боковой стороны профиля.
Приведенный средний диаметр наружной резьбы определяется следующим образом
а приведенный средний диаметр внутренней резьбы
где 
и 
— измеренные средние диаметры болта и гайки.
Суммарный допуск среднего диаметра резьбы
Основные параметры резьб (средний диаметр, шаг и угол профиля) взаимосвязаны, поэтому допустимые отклонения этих параметров резьбовых поверхностей, предназначенных для образования посадок с зазором, раздельно не нормируют. Стандарт устанавливает только суммарный допуск на средний диаметр, т.е.
Суммарный допуск среднего диаметра наружной резьбы -это допуск, верхний предел которого ограничивает значение приведенного среднего диаметра, а нижний предел — значение собственно среднего диаметра. Суммарный допуск среднего диаметра внутренней резьбы — это допуск, нижний предел которого ограничивает значение приведенного среднего диаметра, а верхний предел — значение собственно среднего диаметра.
Суммарный допуск определяет положение двух предельных контуров для резьбы болта и двух предельных контуров для резьбы гайки.
В основу классификации резьб по точности и посадкам положены допуск среднего диаметра и характер сопряжения по боковым сторонам профиля.
Система посадок метрических резьб
Все резьбы общего назначения соединяются по боковым поверхностям. Возможность контакта по вершинам и впадинам резьбы исключается соответствующим расположением полей допусков по наружному и внутреннему диаметрам болта и гайки.
В зависимости от характера сопряжения по боковым сторонам профиля (или, как принято называть «по среднему диаметру») различают резьбовые посадки с зазором, с натягом и переходные. Посадка резьбового соединения зависит от зазоров или натягов, которые численно представляют собой разницу действительных значений приведенных средних диаметров болта и гайки.
ГОСТ 1609-81 «Посадки с зазором» устанавливает систему допусков для резьбовых посадок с зазором.
Положение поля допуска диаметра резьбы (рис. 3.100) определяется основным отклонением (
— для болта, 
— для гайки). Второе предельное отклонение определяют в зависимости от установленной стандартом степени точности (табл. 3.21).
Предусмотрено пять основных отклонений для наружной резьбы 
и четыре основных отклонения для внутренней резьбы 
(рис. 3.101, 3.102). Отклонения отсчитываются от номинального профиля в направлении, перпендикулярном оси резьбы.
Для наружной и внутренней резьбы кроме степеней точности установлены также три класса точности, условно названные точный,средний и грубый, в которые входят допуски определенных стандартом степеней точности.
Резьбы точного класса рекомендуется применять для ответственных статически нагруженных резьбовых соединений. Средний класс точности рекомендуется для резьб общего назначения. Для неответственных резьбовых соединений можно применять грубый класс точности. Наружные резьбы такого класса нарезают на горячекатаных заготовках, внутренние нарезают в длинных глухих отверстиях. Резьбы грубого класса точности получают также методами пластического деформирования и с помощью других технологических процессов.
Для крепежных резьб иногда применяют резьбовые посадки с увеличенным гарантированным зазором, например, в следующих случаях:
- для соединений деталей, работающих при высокой температуре (для компенсации температурных деформаций, предохранения соединений от заедания и обеспечения возможности разработки деталей без повреждения);
- при необходимости обеспечения быстрой и легкой свин-чиваемости деталей (даже при наличии небольшого загрязнения или повреждения резьбы).
ГОСТ 16093 устанавливает также три группы длин свинчивания: короткие 
, нормальные 
и длинные 
.
При одном и том же классе точности допуск среднего диаметра резьбы при длине свинчивания рекомендуется увеличивать, а при длине свинчивания уменьшать на одну степень точности по сравнению с допусками, установленными для длины свинчивания .
Соответствие полей допусков наружной и внутренней резьбы классам точности и длинам свинчивания приведены в табл. 3.22.
Обозначение поля допуска резьбы состоит из обозначения поля допуска среднего диаметра резьбы, помещаемого на первом месте, и поля допуска диаметра выступов резьбы (наружный диаметр винта и внутренний диаметр гайки).
Таким образом, для внутренней резьбы (гайки) поля допусков задаются на средний 
и внутренний 
диаметры; для наружной резьбы (винта) — на средний 
и наружный 
диаметры. Например, в обозначении 
указаны поле допуска внутренней резьбы по диаметру 
и поле допуска внутренней резьбы по диаметру 
.
Если обозначение поля допуска диаметра выступов совпадает с обозначением поля допуска среднего диаметров, то в общем обозначении оно не повторяется. Например, обозначение 
— поля допусков наружной резьбы (винта) по диаметрам и .
Обозначение резьбовой посадки или поля допуска резьбы пишут за обозначением размера резьбы, отделяя его знаком «тире». Посадка в резьбовом соединении обозначается дробью, в числителе которой указывается обозначение полей допусков внутренней резьбы, в знаменателе — наружной резьбы.
Так, в обозначении 
означает, что резьба метрическая, номинальный диаметр резьбы 12 мм; 
— поле допуска внутренней резьбы (гайки) по среднему и внутреннему диаметрам; 
— поле допуска наружной резьбы (винта) по среднему и наружному диаметрам. Крупный шаг в обозначении резьбы можно указывать 
или не указывать 
, а мелкий шаг указывают обязательно числовым значением в миллиметрах без обозначения единиц (например, 
).
Отсутствие поля допуска в обозначении резьбы означает, что нормы точности назначены по классу «средний» и это соответствует полям допусков 
для наружных резьб с номинальными диаметрами до 1,4 мм включительно и 
для резьб с номинальными диаметрами 1,6 мм и более, а для внутренних резьб полям допусков 
для резьб с номинальными диаметрами до 1,4 мм и 
для резьб с номинальными диаметрами 1,6 мм и более. Однако такое обозначение нежелательно, поскольку предпочтительный вариант включает обозначения полей допусков.
Нормальную длину свинчивания 
в обозначении не указывают. Длины свинчивания, отличающиеся от нормальной, указывают соответствующими литерами (для группы длин свинчивания: короткие — 
и длинные — 
), которые пишут после обозначения поля допуска резьбы или обозначения посадки, отделяя его знаком «тире», например, обозначение внутренней резьбы 
или резьбового сопряжения
После литеры, обозначающей длину свинчивания, в скобках может быть проставлено ее значение в миллиметрах без обозначения единиц, например,
При обозначении многозаходной метрической резьбы указывается буква 
, номинальный диаметр резьбы, буквы 
и значение хода резьбы, буква 
и значение шага. Например, условное обозначение двухзаходной резьбы с номинальным диаметром 16 мм, ходом 3 мм и шагом 1,5 мм: 
или 
(два захода) — .
В конце обозначения левой резьбы после тире ставят литеры 
, например
обозначение внутренней левой метрической резьбы с крупным шагом,
обозначение внутренней левой метрической резьбы с мелким . шагом.
Обозначение многозаходной левой метрической резьбы имеет следующий вид:
где номинальный диаметр 16 мм, ход резьбы () 3 мм, шаг резьбы () 1,5 мм,
— резьбовая посадка и — левая резьба. ?
Резьбовые посадки с натягом (ГОСТ 4608-81) предусмотрены для метрических резьб с диаметрами от 5 мм до 45 мм и шагами от 0,8 мм до 3 мм. Эти посадки предназначены для сопряжений : наружных резьбовых деталей (шпилек) из стали, с резьбовыми отверстиями в деталях из стали, высокопрочных и титановых сплавов, чугуна, алюминиевых и магниевых сплавов.
Для получения резьбовых посадок с натягом по среднему диаметру предусмотрены следующие поля допусков (рис. 3.103): для внутренней резьбы (гайки) — 
, для наружной резьбы (винта) — 
, для диаметров выступов внутренней резьбы — 
а для диаметров выступов наружной резьбы — 
.
Посадки с натягом по среднему диаметру резьбы предусмотрены только в системе основного отверстия.
Резьбовые посадки с натягом используют в тех случаях, когда необходимо обеспечить герметичность или предотвратить самоотвинчивание шпилек под действием вибраций, переменных нагрузок и изменения рабочей температуры. Примером может служить посадка резьбы шпилек в картеры двигателей, в ступицы колес автомобилей и т.п.
При необходимости обеспечения более однородного натяга и повышения прочности соединений резьбовые детали сортируют по среднему диаметру на группы, а затем собирают соединения из одноименных групп (селективная сборка). Стандартом предусмотрена сортировка резьбовых деталей на Две или три группы.
В резьбовых соединениях с натягом по наружному и внутреннему диаметрам резьбы предусмотрены гарантированные зазоры для исключения возможности заклинивания по этим диаметрам при свинчивании.
Для резьбовых поверхностей деталей, образующих соединения с натягом, стандартом нормированы предельные отклонения шага и угла наклона боковой стороны профиля. Кроме того, поскольку на качество резьбовых соединений с натягом влияют отклонения формы наружной и внутренней резьбы, они также нормируются. В стандарте нормировано предельное отклонение формы, определяемое разностью между наибольшим и наименьшим действительными средними диаметрами, которое не должно превышать 25% допуска среднего диаметра. «Обратная конусность» не допускается.
Посадки с натягом стальных шпилек в корпус выбирают в зависимости от материала детали с внутренней резьбой и шага резьбы (табл. 3.23). В случае если проектируемое сопряжение отличается от рекомендуемого стандартом по материалам, шагу или длине свинчивания, следует проводить дополнительную проверку выбранной посадки.
Пример обозначения резьбовой посадки с натягом (материал детали с внутренней резьбой — сталь, высокопрочные титановые сплавы):
— резьба метрическая, номинальный диаметр резьбы 16 мм; шаг резьбы — крупный (в обозначении не указывается); 
— поле допуска внутренней резьбы по среднему диаметру; 
— поле допуска внутренней резьбы по внутреннему диаметру; 
— поле допуска наружной резьбы по среднему диаметру; в скобках указано число сортировочных групп (3 группы).
Поля допусков наружной резьбы по наружному диаметру —
(при 
до 1,25 мм) или
( свыше 1,25 мм) в обозначении не указывают.
Для образования переходных резьбовых посадок ГОСТ 24834-81 предусматривает следующие поля допусков (рис. 3.104): для внутренней резьбы (гайки) — 
; для наружной резьбы (винта) — 
В переходных посадках дополнительно применяются элементы заклинивания шпилек: конический сбег резьбы, плоский бурт и цилиндрическая цапфа на конце (для шпилек, ввинчиваемых в глухие отверстия).
Варианты переходных резьбовых посадок в зависимости от номинального диаметра резьбы и материала детали с внутренней резьбой приведены в табл. 3.24.
Пример условного обозначения резьбовой переходной посадки:
— резьба метрическая с номинальным диаметром резьбы 16 мм; шаг резьбы — крупный (в обозначении не указывается); 
— поле допуска внутренней резьбы (гайки) по среднему диаметру; 
— поле допуска внутренней резьбы (гайки) по внутреннему диаметру; 
— поле допуска наружной резьбы (винта) по среднему диаметру. Поле допуска наружной резьбы (винта) по наружному диаметру — 
(в обозначении не указывается).
Методы и средства контроля резьб
Различают два метода контроля резьбовых поверхностей: комплексный и дифференциальный (поэлементный).
Дифференциальный контроль резьбовых поверхностей — контроль каждого из нормированных параметров с отдельным заключением о годности по каждому из них. Этот метод применяют в тех случаях, когда нормы точности заданы на каждый отдельно взятый параметр резьбы, например, заданы поля допусков диаметра выступов и собственно среднего диаметра, предельные отклонения диаметра впадин, а также предельные отклонения шага и угла наклона боковой стороны профиля. Такой метод используют при контроле поверхностей, предназначенных для резьбовых посадок с натягом, поверхностей резьбообразующего инструмента и резьбовых калибров.
Для дифференциального контроля применяют такие универсальные средства измерений, как измерительные микро скопы, проекторы, трехкоординатные измерительные прибо ры или специализированные резьбоизмерительные средства например, резьбовые микрометры, шагомеры для резьбы. Кроме того, для измерения среднего диаметра наружной резьбы однокоординатными универсальными средствами измерений можно использовать вспомогательные средства — измерительные проволочки, которые обеспечивают доступ к боковой поверхности резьбы (так называемые методы «двух проволочек» и «трех проволочек»).
Для контроля параметров внутренних резьбовых поверхностей, доступ к которым значительно затруднен, можно использовать реплики (слепки или отпечатки части контролируемой поверхности) изготавливаемые из специальных малоусадочных материалов.
Дифференциальный контроль параметров резьбы требует сложных средств измерений, высокой квалификации оператора, он трудоемок и не обеспечивает высокой производительности труда. Однако информация о результатах контроля отдельных параметров позволяет вносить необходимые коррективы в технологический процесс получения резьбовой поверхности.
Комплексный метод обеспечивает одновременный контроль нескольких (или всех) параметров резьбы путем сравнения действительного контура резьбовой детали с предельными. Комплексный метод часто применяют для контроля резьбовых деталей, поле допуска среднего диаметра которых является «суммарным» и предназначено для нормирования отклонений собственно среднего диаметра и компенсации не нормируемых отдельно отклонений шага и угла наклона боковой стороны профиля.
Комплексный метод в частности реализуют при контроле резьбы проходным резьбовым калибром. Остальные калибры обеспечивают дифференцированный (поэлементный) контроль параметров резьбы.
Для контроля резьбовых деталей применяют комплект калибров, в который входят:
- резьбовые рабочие калибры (ПР и НЕ); -гладкие предельные калибры.
Кроме того, в полный комплект могут входить еще контрольные резьбовые калибры и специальные установочные калибры.
Проходной резьбовой калибр контролирует возможность свинчиваемости. Он проверяет диаметры, углы наклона боковых сторон профиля, отклонения шага, включая его накопленное значение на длине свинчивания калибра с контролируемой поверхностью. В соответствии с принципом Тейлора рабочий проходной калибр должен иметь резьбовую поверхность полного профиля с длиной, равной длине свинчивания. Свинчиваемость калибра с проверяемой резьбой означает, что соблюдается обязательное условие годности детали, но другим обязательным условием являются положительные результаты контроля непроходными калибрами.
Непроходной резьбовой калибр проверяет только собственно средний диаметр. Для уменьшения влияния на свинчиваемость погрешностей угла наклона профиля и шага контролируемой резьбы непроходные калибры имеют укороченный профиль резьбы (для минимизации длины контакта боковых сторон профиля резьбы) и сокращенное число витков (для устранения влияния накопленной погрешности шага). При контроле длинных резьб допускается свинчивание этого калибра с контролируемой деталью на первых двух витках проверяемой резьбы. Свинчивание ненроходного резьбового калибра с короткими резьбами (до трех витков у болта и до четырех у гайки) не допускается.
Для проверки предела минимума материала по наружному диаметру болта используют предельные гладкие скобы, а по внутреннему диаметру гайки — предельные гладкие пробки.
Резьбу рабочих калибров-пробок контролируют универсальными средствами. Рабочие резьбовые калибры-кольца проверяют контрольными калибрами. Специальные контрольные калибры применяют для контроля уровня износа находящихся в эксплуатации колец. Калибры «износа» не должны свинчиваться с контролируемыми калибрами.
Для настройки регулируемых резьбовых калибров-скоб могут использоваться установочные пробки У-ПР и У-НЕ, которые в комплект калибров не входят и изготавливаются по специальному заказу.
Маркировка калибра включает обозначения калибра, резьбы, степени ее точности (например, IIP, М12 — 6Н) и товарный знак завода-изготовителя.
Эта лекция взята со страницы лекций по нормированию точности:
Нормирование точности: курс лекций
Возможно эти страницы вам помогут:
| Нормирование точности и посадки подшипников качения |
| Допуски углов и конусов в метрологии |
| Штифтовые соединения: обозначения и назначение |
| Шпоночные соединения: обозначения и назначение |
