Угол наклона резьбы. Метрическая резьба

Резьба (цилиндрическая) характеризуется следующими параметрами:

1) диаметрами - наружным, средним и внутренним;

2) формой и размерами профиля;

3) параметрами, связанными с подъемом резьбы - шагом, числом заходов и углом подъема.

Наружный диаметр резьбы d - диаметр цилиндра, описанного вокруг вершин наружной резьбы (винта); этот диаметр является номинальным диаметром резьбы.

Внутренний диаметр резьбы d 1 - диаметр цилиндра, описанного вокруг вершин внутренней резьбы.

Средний диаметр резьбы d 2 - диаметр воображаемого цилиндра, на поверхности которого ширина витков и ширина впадин резьбы равны.

Профиль резьбы - контур сечения витка в плоскости, проходящей через ось резьбы.

Угол профиля α - угол между боковыми сторонами профиля, измеренный в осевой плоскости.

Обозначение основных параметров резьбы представлено на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Резьба, обозначение основных параметров

Профиль резьбы характеризуется также:

1. высотой теоретического профиля Н, т. е. высотой полного треугольного профиля резьбы, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения.

2. рабочей высотой профиля h, на которой происходит соприкосновение витков винта и гайки, равной полуразности наружного и внутреннего диаметров.

Высоту профиля измеряют в радиальном направлении.

Важнейшей характеристикой резьбы является шаг. Шаг резьбы P - расстояние между параллельными сторонами профиля двух соседних витков, измеренное вдоль оси.

Для многозаходных резьб вводят дополнительный термин - ход винта, равный произведению шага на число заходов P t. Таким образом, ход равен шагу винтовой поверхности резьбы - расстоянию, на которое переместится винт вдоль своей оси при повороте на один оборот в неподвижной гайке. Для однозаходной резьбы понятия шаг и ход совпадают.

Угол подъема резьбы β - угол, образованный винтовой линией по среднему диаметру резьбы и плоскостью, перпендикулярной к оси резьбы:

Перечисленные параметры можно рассматривать в общем виде, так как все профили имеют общие элементы и могут быть получены варьированием угла профиля, высоты профиля и радиусов закруглений. Например, уменьшая угол профиля, можно перейти от треугольной резьбы к трапецеидальной, а потом к прямоугольной.

Резьбы по назначению разделяют на следующие группы:

1. Крепежные резьбы , предназначначены для скрепления деталей. Их выполняют, как правило, треугольного профиля с притуплёнными вершинами.

Применение треугольного профиля вызывается следующим:

а) повышенным трением, обеспечивающим меньшую опасность ослабления затянутой резьбы;

б) повышенной прочностью резьбы;

в) удобством изготовления.

2. Крепежно-уплотняющие резьбы , служачат как для скрепления деталей, так и для предохранения от вытекания жидкости (в соединениях трубопроводов и в арматуре). Эти резьбы по указанным причинам также выполняют треугольного профиля, но без радиальных зазоров во избежание вытекания жидкости. Чтобы исключить обмятие острых кромок, профиль выполняют с плавными закруглениями.

3. Резьбы для передачи движения (ходовые) , могут применяться в ходовых и грузовых винтах. Эти резьбы для уменьшения трения выполняют трапецеидальными с симметричным профилем и несимметричным профилем (упорные), а иногда с прямоугольным профилем.

4. Упорные резьбы предназначены для восприятия больших осевых сил, действующих в одном направлении.

5. Специальные (круглые и другие).

Необходимо иметь в виду, что приведенное деление резьб по назначению не является строгим. Так, например, резьбы треугольного профиля иногда используют для особо точных ходовых винтов с малым шагом, а упорные резьбы - в качестве крепежных.

Из-за гарантированных зазоров резьбы, как правило, не могут быть использованы в качестве центрирующих элементов.

Треугольный профиль выполняют с притуплением вершин витков и дна впадин по прямой или по дуге окружности, что необходимо в крепежной резьбе для уменьшения концентрации напряжений, для повышения стойкости инструмента и для уменьшения повреждений (забоин), а в уплотняющих резьбах - также для обеспечения непроницаемости вследствие замыкания по вершинам.

Метрическая резьба (рисунок 2.2) является основной треугольной резьбой. Она характеризуется углом профиля α = 60°, притуплением вершин профиля резьбы винта по прямой на расстоянии H/8 и вершин профиля резьбы гайки на расстоянии H/4 от вершин теоретического профиля. Профиль впадин у винта может иметь притупление или закругление радиусом r=H/6 ≈ 0,866P. Высота исходного треугольника теоретического профиля . Рабочая высота профиля .

Метрические резьбы разделяют на резьбы с крупными и мелкими шагами. С уменьшением шага резьбы Р при данном наружном диаметре d внутренний диаметр d 1 увеличивается и, следовательно, увеличиваются площадь сечения и прочность нарезанного стержня. Профили треугольной резьбы с крупным и мелким шагом геометрически подобны.

Рисунок 2.2 – Треугольная метрическая резьба

За основную принята резьба с крупным шагом. Для таких изделий, как болты, винты и шпильки в основном используют треугольную резьбу с крупным шагом как наиболее технологичную. Статическая несущая способность этой резьбы выше и меньше влияние на прочность ошибок изготовления и износа, чем резьбы с мелким шагом. Предел выносливости винтов из высокопрочных сталей понижается с уменьшением шага, а винтов из низкоуглеродистых сталей повышается.

Области применения резьбы с мелкими шагами:

а) динамически нагруженные детали и детали, диаметры которых в основном определяются напряжениями изгиба и кручения (валы);

б) полые тонкостенные детали;

в) детали, у которых резьба применяется для регулировки.

Шаги всех метрических резьб составляют ступенчатый арифметический ряд.

Метрическую резьбу с крупными шагами обозначают буквой М и числом, выражающим диаметр резьбы в мм, например М20, а для метрической резьбы с мелкими шагами дополнительно указывают шаг, например М20х1,5.

Трубная резьба (рисунок 2.3), являющаяся крепежно-уплотняющей, применяется для соединения труб и арматуры трубопроводов в диапазоне номинальных размеров от 1/8 до 6.

Трубная резьба представляет собой мелкую дюймовую резьбу, которая выполняется с закруглениями профиля и без зазоров по выступам и впадинам для лучшего уплотнения. За основной (номинальный) размер, характеризующий резьбы и указываемый в обозначении резьбы, принят условный внутренний диаметр трубы (проход в свету).

r

Рисунок 2.3 – Трубная резьба

Трапецеидальная резьба (рисунок 2.4)является основной резьбой для передач винт - гайка. Она имеет меньшие потери на трение, чем треугольная резьба, удобна в изготовлении и более прочна, чем прямоугольная резьба. При необходимости она допускает выборку зазоров радиальным сближением половинок гайки (если гайка выполнена разъемной по диаметральной плоскости). Трапецеидальная резьба имеет угол профиля 30°, рабочую высоту профиля , средний диаметр , зазор в зависимости от диаметра резьбы от 0,25 до 1 мм. Трапецеидальная резьба стандартизована в диапазоне диаметров от 8 до 640 мм; предусмотрена возможность применения резьб с мелкими, средними и крупными шагами.

Рисунок 2.4– Трапецеидальная резьба

Упорная резьба (рисунок 2.5) применяется для винтов с большой односторонней осевой нагрузкой в прессах, нажимных устройствах прокатных станов, в грузовых крюках и т. д. Профиль витков - несимметричный трапецеидальный. Угол наклона рабочей стороны профиля для повышения к.п.д. выбран достаточно малым 3° (резьба с углом наклона профиля 0° неудобна в изготовлении), угол наклона нерабочей стороны профиля 30°, и предусмотрен значительный радиус закругления впадины для снижения концентрации напряжения. Рабочая высота профиля h = 0,75S . Усиленные упорные резьбы имеют угол нерабочей стороны профиля 45°.

Рисунок 2.5– Упорная резьба

Круглые резьбы (рисунок 2.6) в основном применяют для винтов, подверженных большим динамическим напряжениям, а также часто завинчиваемых и отвинчиваемых в загрязненной среде (пожарная арматура, вагонные стяжки). Круглые резьбы можно применять в гидравлической арматуре из-за хорошего уплотнения. Наконец, круглые резьбы с малой высотой профиля накатывают на тонкостенные изделия, например на цоколи и патроны электроламп.

Профиль круглой силовой резьбы состоит из дуг, связанных короткими участками прямой; угол профиля 30°. Большие радиусы закруглений исключают значительную концентрацию напряжений. Попадающие в резьбу загрязняющие частицы выжимаются в зазоры.

Рисунок 2.6– Круглая резьба

Для круглых резьб, применяемых на тонкостенных изделиях, характерны малая высота профиля и отсутствие прямолинейного участка, что важно для уменьшения деформаций металла в процессе накатки.

Коническая резьба (рисунок 2.7) используется в тех случаях, когда необходимо обеспечить герметичность соединения, то есть она обеспечивает непроницаемость без специальных уплотнений, также применяется для соединения труб, установки пробок, масленок и т.п. Непроницаемость достигается плотным прилеганием профилей по вершинам. Затяжкой конической резьбы можно компенсировать износ и создавать требуемый натяг. Кроме того, эти резьбы обеспечивают быстрое завинчивание и отвинчивание.

Рисунок 2.7 – Коническая резьба c углом профиля

Целесообразно, чтобы конические резьбы имели возможность свинчиваться с цилиндрическими. Поэтому конические резьбы имеют профили, аналогичные профилям соответствующих цилиндрических резьб, и их нарезают с биссектрисой угла профиля, перпендикулярной оси винта.

ЛЕКЦИЯ 3

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Резьбовые соединения - это самый распространенный вид разъемных со­единений. Они осуществляются болтами, винтами, шпильками, гайками и т. п.

Основным элементом соединения является резьба, образуемая нареза­нием или накаткой на детали по винтовой линии (рис. 5.1.1, 5.1.2).

Рисунок. 5.1.1 - Винтовая линия резьбы

Угол подъема резьбы

Резьбы классифицируются по форме поверхности , на которой образуется резьба: цилиндрические и конические .

По форме профиля различают типы:

треугольные (рис. 5.1.3, а );

упорные (рис. 5.1.3, б );

трапецеидальные (рис. 5.1.3, в );

прямоугольные (рис5.1.3, г );

круглые (рис. 5.1.3, д ).

При подъеме винтовой линии слева на право - резьба правая, у левой - справа налево.

Резьбы делятся на многозаходные и однозаходные (рис. 5.1.4).

По назначению различают:

крепежные:

крепежно-уплотняющие;

ходовые (для преобразования движения).

Рисунок 5.1.2– Образование резьбы

Крепежно-уплотняющие резьбы применя­ют для соединения деталей, требующих герме­тичности (рис. 5.1.6).

Крепежные резьбы чаще однозаходные. Резь­бы для преобразования движения (вращательное в поступательное и наоборот) применяют в вин­товых механизмах (в ходовых и грузовых винтах). Они имеют трапецеидальный профиль, реже - прямоугольный.

Рисунок 5.1.3- Формы профиля резьбы:

а - треугольная; б - упорная; в - трапецеидальная; г - прямоугольная; д - круглая

Достоинства резьбовых соединений:

простота конструкции, технологичность;

удобство сборки, разборки;

высокая нагрузочная способность;

малые габариты соединений;

стандартизация изделий.

Рисунок 5.1.4- Виды резьб

а - трехзаходная; б - однозаходная

Недостаток: наличие резьбы создает концентрацию напряжений на по­верхности деталей, что снижает их прочность при переменных напряжениях.

Геометрические параметры резьбы

Основными параметрами цилиндрической резьбы являются:

d - номинальный диаметр (нагруженный диаметр резьбы винта);

d l - внутренний диаметр резьбы гайки;

d 3 - внутренний диаметр резьбы винта;

d 2 - средний диаметр резьбы, на котором ширины профилей винта и гайки совпадают;

р - шаг резьбы, т. е. расстояние между одноименными сторонами со­седних профилей;

р h - ход резьбы, т. е. расстояние между одноименными сторонами од­ного и того же витка в осевом направлении (рис. 5.1.4, а, б ).

Для однозаходной резьбы p h = р .

Для многозаходной резьбы p h = z∙р , где z - число заходов.

Ход равен пути перемещения винта вдоль своей оси при повороте на один оборот в неподвижной гайке;

α - угол профиля резьбы; наиболее распространенной является метри­ческая резьба, для которой α = 60°.

у - угол наклона боковой стороны профиля (рис. 5.1.5);

у - угол подъема резьбы (рис. 5.1.1);

Основные типы резьб. Метрическая резьба - изготовляется по стандарту с крупным и мелким шагом (табл. 1.12). Угол наклона у боковой стороны профиля дает возмож­ность самоторможения и обеспечивает восприятие больших осевых сил (рис. 5.1.5). Мелкие резьбы применяют в соединениях, работающих при пе­ременных нагрузках.

Рисунок 5.1.5– Метрическая резьба

Дюймовая резьба имеет профиль равно­бедренного треугольника с углом при вер­шине α = 55°. Число витков задают на дюйм (1 дюйм = 25,4 мм). В РФ используется при ремонта импортного оборудования.

Трубная резьба имеет профиль равнобед­ренного треугольника с закругленными вы­ступами и впадинами (рис. 5.1.6).

Рисунок 5.1.6– Трубная резьба

Трапецеидальная резьба - основная в передаче винт-гайка. Профиль - равнобочная трапеция, угол профиля α = 30°, угол наклона боковой стороны = 15° (рис. 5.1.7). Характеризуется технологичностью, малыми потерями на трение, КПД выше, чем у резьб треугольного профиля. Применяется для реверсивных передач под нагруз­кой (домкраты, прессы, ходовые винты станков).

Упорная резьба (рис. 5.1.8). Профиль - неравнобочная трапеция с = 3°. Применяют в передаче винт-гайка при больших односторонних нагрузках (винты домкратов, прессов).

Рисунок 5.1.7– Трапециедальняя резьба Рисунок 5.1.8– Упорная резьба

Прямоугольная резьба (рис. 5.1.9). Профиль резьбы - квадрат, = 0°. Имеет самый высо­кий среди резьб КПД, но затруднительна в изготовлении. Затруднение вызваны тем, что эту резьбу нельзя фрезеровать и шлифовать, т. к. угол профиля α = 0°. Не стандартизиро­вана. Применение ограниченно (малонагруженные передачи винт-гайка).

Рис. 5.1.9. Прямоугольная резьба

Таблица 1.12 - Основные размеры метрической резьбы, мм (по ГОСТ 9150-81. ГОСТ 8724-81

d, D - наружные диаметры соответственно наружной резьбы (болта) и внутренней резьбы (гайки);

d 2 , D 2 - средние диаметры соответственно болта и гайки;

d 1 , D 1 - внутренние диаметры соответствен­но болта и гайки;

d 3 - внутренний диаметр болта по дну впа­дины;

р - шаг резьбы;

Н - высота исходного треугольника.

Номинальные значения диаметров резьбы должны соответствовать указанным на чертеже и в таблице.

Шаг резьбы р	Диаметр резьбы
	наружный		внутренний	внутренний по дну впадины
С крупным шагом

Продолжение табл. 1.12
	Диаметр резьбы
Шаг резьбы р	наружный		внутренний	внутренний по дну впадины

Конструктивные формы резьбовых соединений. Наибольше распространение среди резьбовых деталей получили кре­пежные болты, шпильки, винты, гайки.

Соединение болтом (рис. 5.1.10, а ) применяют для деталей сравнительно малой толщины, а также при многократной разработке и сборке соедине­ний. При большой толщине соединяемых деталей предпочтительны шпильки (рис. 5.1.10, в ).

Рисунок 5.1.10. Виды резьбовых соединений: Рисунок 5.1.11. Формы головок болтов:

а - соединение болтом; б - соединение вин- а - шестигранные; б, е - полукруглые; том; в - соединение шпилькой е, ж - цилиндрические; г, д - по

Болты и крепежные винты различают по форме головок, форме стержня, а также по степени точности изготовления (рис. 5.1.11).

Чаще применяют болты и винты с шестигранной головкой, так как они позволяют приложить больший момент завинчивания и получить большие силы затяжки деталей.

Гайки различают в зависимости от формы, высоты и точности изготовле­ния (рис. 1.46, 1.47).

Шайбы подкладывают под гайки увеличивая этим опорную поверх­ность и предохраняя детали от задиров. Существуют шайбы пружинные, стопорные и др. применяемые для предохранения резьбовых деталей от самоотвинчивания.

Рисунок. 5.1.12 - Виды гаек: Рисунок 5.1.13 - Гайки шестигранные:

а - гайка круглая, б - гайка-барашек а - нормальной высоты; б - высокая; в -

узкие; г - корончатые

КПД винтовой пары. При переменных нагрузках условие самоторможения не наблюдается, по­этому применяют различные способы стопорения.

КПД винтовой пары определяется как отношение полезной работы W п на винте к затраченной W З за один оборот винта или гайки.

где - угол подъема резьбы;- приведенный угол трения,

f " - приведенный коэффициент трения (рис. 5.1.1).

Значение КПД имеет смысл для передачи винт-гайка. Для повышения КПД применяют многозаходную резьбу с углом подъема до 40°, а также антифрикционные материалы (бронзу и др.), вводят смазочные материалы.

Классы прочности и материалы резьбовых изделий. Стальные болты, шпильки и винты изготовляют 12 классов прочности, которые обозначают двумя числами, разделенными точкой: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 6.8 и т. д. Первое число, умноженное на 100, указывает мини­мальное значение временного сопротивления в Н/мм 2 (МПа); произве­дение чисел, умноженное на 10, определяют предел текучести в Н/мм 2 .

Класс прочности деталей выбирается в зависимости от степени нагружен­ности. При малой нагруженности принять 5.6; 6.6 - для средней нагруженности; 12.9 - для высокой нагруженности.

Таблица 1.13 - Классы прочности и механические характеристики болтов, гаек (выборка)
Класс прочности	Временное сопротивление ств, Н/мм 2 (МПа)	Предел текучести от, Н/мм 2 (МПа)	Марка стали
				20, СтЗкпЗ

Для стандартных крепежных резьбовых деталей общего назначения применяют низко- и среднеуглеродистые стали по ГОСТ 1759.4-87.

Таблица 1.14 - Механические характеристики марок сталей
Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел выносли­вости МПа	Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел выносли­вости , МПа

Углеродистые стали 10...35 являются дешевыми и позволяют изготов­лять болты, винты, гайки методом штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали ЗОХ, 30ХГСА применяют при высоких нагруз­ках на детали, испытывающих переменные и ударные нагрузки.

Значения допускаемых напряжений определяют в зависимости от предела текучести , так как в большинстве случаев резьбовые изделия изготовля­ют из пластичных материалов.

При расчете на растяжение: , (- см. табл. 1.14).

При расчете на срез: ср = 0,4 .

При расчете на смятие: см = 0,8 .

Значения допускаемого коэффициента запаса прочности зависят от характера нагрузки, качества монтажа (контролируемая или неконтро­лируемая затяжка), материала крепежных деталей из углеродистых сталей:

для незатянутых соединений = 1,5...2 (в общем машинострое­нии);

для грузоподъемного оборудования = 3...4;

для затянутых соединений = 1,3...2, (при контролируемой затяж­ке) и- при неконтролируемой затяжке.

Типовые схемы расчета болтов

Рисунок 5.1.14 – Нагружение стержня винта растягивающей силой

Опыт эксплуатации машин, аппаратов показал, что отказы соединений обычно происходят из-за разруше­ния резьбовых изделий и разгерметизации стыков. Как правило происходит поломка болтов и шпилек по резь­бовой части. Реже встречаются поломки болтов под го­ловкой и срез резьбы в гайке. Рассмотрим некоторые случаи нагружения болтов (винтов).

1. Стержень винта нагружен только внешней растя­гивающей силой F (pиc. 5.1.14). Опасным является сечение резьбы по диаметру d 1 - внутренний диаметр резьбы.

Условие прочности при растяжении:

Расчетный диаметр d 1 - согласовать со стандартом и записать найденный номинальный диаметр резьбы.

Рисунок 5.1.15

2. Болт затянут (кре­пление крышек корпусов редукторов, крепление герме­тичных крышек). Болт затягивается осевой силой F 0 и закручивается моментом сил трения в резьбе (рис. 5.1.15).

Напряжение растяжения от силы F зат :

где d paсч = d - 0,94p ;

d и р - наружный диаметр резьбы и шаг резьбы;

F зат - на практике определяют:

F зат = К зат F , где

К зат - коэффициент затяжки по условию нераскрытия стыка.

При постоянной нагрузке К зат = 1,25...2.

При переменной нагрузке К зат = 2,5...4.

При металлической фасонной прокладке К зат = 2...3.

При металлической плоской прокладке К зат = 3...5.

Напряжение кручения от трения в резьбе

где - угол подъема резьбы;

Приведенный угол трения.

Эквивалентное напряжение по теории энергии формоизменения

Подставляя выражение ив формулуи принимая для стан­дартных болтов с метрической резьбой= 2°30",d 2 /d l = 1,12 и f = 0,15; чему соответствует = 8°40", получим.

Характеристики резьбы

1. Профиль резьбы является основным признаком, характеризующим резьбу. Профилем резьбы называется сечение ее витка плоскостью, проходящей через ось цилиндра (т. е. диаметральной плоскостью), на котором образована резьба.

Элементы профиля резьбы - это его боковые стороны, угол, вершина и впадина. Углом профиля называется угол между боковыми сторонами витка, измеренный в диаметральной плоскости.

Вершиной профиля называется линия, соединяющая боковые стороны его по верху витка (Е) - рис.1, а, б.

Рис.1. Вершины и впадины профиля.

Впадиной профиля называется линия, образующая дно винтовой канавки (F) - рис.1, а, б. Очертания вершины и впадины могут быть плоскосрезанными (рис.1, а) или закругленными (рис.1, б).

2. Шаг резьбы - это расстояние между двумя одноименными (т. е. правыми или левыми) точками двух соседних витков, измеренное параллельно оси резьбы. Почти у всех резьб, принятых в машиностроении, шаг измеряется в миллиметрах. Существуют, однако, также резьбы, у которых шаг выражается числом витков резьбы на один дюйм ее длины.

Кроме винтов, на токарном станке нарезаются червяки, имеющие модульный, или питчевый шаг.

3. Диаметры резьбы. Различают три диаметра резьбы: наружный, внутренний и средний.

Наружным диаметром резьбы называется диаметр цилиндра, описанного около резьбовой поверхности. Внутренним диаметром резьбы называется диаметр цилиндра, вписанного в резьбовую поверхность. Средним диаметром резьбы называется диаметр цилиндра, соосного с резьбой, образующие которого делятся боковыми сторонами профиля на равные отрезки.

4. Угол подъема резьбы - это угол, образованный направлением резьбового выступа резьбы с плоскостью, перпендикулярной к его оси.

5. Правая и левая резьбы. По направлению витка различают правые (рис.2, б) и левые (рис.2, а) резьбы.

Рис.2. Правые и левые резьбы.

Если подъем резьбы винта, положенного на ладонь правой руки, совпадает с направлением отогнутого большого пальца, эта резьба правая. Совпадение подъема резьбы с направлением отогнутого большого пальца левой руки указывает, что данная резьба левая.

На винт с правой резьбой гайка навертывается при вращении вправо (по часовой стрелке), на винт с левой резьбой при вращении влево (против часовой стрелки).

6. Системы резьб. В машиностроении приняты следующие системы резьб, различающиеся прежде всего по профилю: треугольные (метрическая, дюймовая и трубная), трапецеидальные, прямоугольные, упорные и круглые.

Наиболее распространенными являются метрические резьбы с крупным (крепежная) и мелким шагом. У всех метрических резьб угол профиля равен 60°. Шаг метрических резьб измеряется в миллиметрах. Между впадиной профиля резьбы болта и вершиной профиля резьбы гайки всегда имеется зазор. Имеется зазор и между вершиной профиля резьбы болта и впадиной профиля резьбы гайки. Метрической резьбой снабжаются детали (болты, гайки, винты, шпильки и т. д.), предназначенные для соединения частей машин. Этой резьбой пользуются также, как способом непосредственного соединения частей машин (посадка на резьбе различных рукояток, масленок и т. д.).

Угол профиля дюймовой резьбы равен 55°. Шаг дюймовой резьбы выражается числом витков на один дюйм. Дюймовая резьба имеет зазоры по вершинам и впадинам. Дюймовую резьбу имеют детали некоторых импортных машин, станков и т. д., поэтому детали с такой резьбой изготовляются главным образом при ремонте.

Трубная резьба имеет угол профиля 55°, причем вершина и впадина профиля закруглены. Трубная резьба не имеет зазоров по вершинам и впадинам и обеспечивает водонепроницаемость. Этой резьбой снабжаются главным образом водо- и газопроводные трубы и различные детали (муфты, угольники и т. д.), применяемые для соединения этих труб.

Профиль трапецеидальной резьбы - это трапеция с углом, равным 30°. Профиль резьбы образован прямыми линиями, с небольшими закруглениями углов у впадин и вершин. Шаг трапецеидальных резьб измеряется в миллиметрах. Трапецеидальные резьбы имеют зазоры. Существуют крупная, нормальная и мелкая трапецеидальные резьбы. Трапецеидальную резьбу применяют на винтах, используемых для преобразования вращательного движения одной детали (например, ходового винта токарного станка) в поступательное движение другой (суппорта).

Профиль прямоугольной резьбы - это в большинстве случаев квадрат со сторонами, равными половине шага; эта резьба не имеет зазоров. Прямоугольная резьба применяется так же, как трапецеидальная, на различных винтах, передающих движение. Она не стандартизована и встречается редко, так как почти полностью вытеснена трапецеидальной.

В упорной резьбе соприкосновение винта и гайки в упорной резьбе происходит между сторонами, воспринимающими нагрузку, а также между вершинами витков винта и впадин гайки. По остальным участкам профиля имеется зазор. Упорная резьба делается на муфтах трубопроводов, соединяющих компрессоры с резервуарами со сжатым под сильным давлением воздухом, а также на винтах гидравлических прессов, домкратов и т. д.

Настройка станка для нарезания резьбы

Для нарезания резьбы на токарном станке необходимо, чтобы в то время, когда нарезаемая деталь делает полный оборот, резец перемещался на величину шага (хода) однозаходной и хода многозаходной нарезаемой резьбы.

После нескольких проходов резца, углубляемого перед каждым проходом в металл детали, на поверхности последней получаются винтовая канавка и винтовой выступ, образующие резьбу.

Виды и характеристики резьб.

Классификация и основные признаки резьб:

• единица измерения диаметра (метрическая, дюймовая, модульная, питчевая резьба)
• расположение на поверхности (наружная и внутренняя резьба)
• направление движения винтовой поверхности (правая, левая);
• число заходов (одно- и многозаходная), например двузаходная, трёхзаходная и т. д.;
• профиль (треугольный, трапецеидальный, прямоугольный, круглый и др.);
• образующая поверхность на которой расположена резьба (цилиндрическая резьба и коническая резьба);
• назначение (крепёжная, крепёжно-уплотнительная, ходовая и др.).

Основные параметры резьбы и единицы измерения

Профиль резьбы - это контур сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось резьбовой детали. ГОСТ 9150-81 и ГОСТ 8724-81 устанавливают единый номинальный профиль для цилиндрических метрических резьб диаметром до 600 мм, включая резьбы диаметром менее 1 мм. Номинальный профиль резьбы и его элементы показаны на рис. 1. Впадина наружной резьбы (рис. 2) может быть плоскосрезанной или закругленной: R max = 0,144Р , R min = 0,108Р , где R - радиус впадины; Р - шаг резьбы.

Рис. 2. Впадины резьбы болта и гайки.

Резьбы определяются следующими основными параметрами: наружным, средним и внутренним диаметрами; шагом; углом профиля; углом наклона сторон профиля.

Наружный диаметр резьбы d (см. рис. 1) -диаметр цилиндра, описанного относительно вершин наружной резьбы (или впадин внутренней резьбы).

Внутренний диаметр d 1 - диаметр цилиндра, вписанного в вершины внутренней резьбы (или впадины наружной резьбы).

Номинальные значения d и dx для наружной и внутренней резьбы одинаковые.

Средний диаметр d 2 - диаметр воображаемого цилиндра, поверхность которого пересекает витки резьбы таким образом, что ширина витков и ширина впадин равны.

Шаг резьбы Р - расстояние между параллельными сторонами двух рядом лежащих витков резьбы крепежа, измеренное вдоль оси. ГОСТ 8724-81 устанавливает диаметры в диапазоне 0,25...600 мм и шаги 0,075...6 мм. Метрические резьбы могут иметь крупный шаг (при диаметрах 0,25...68 мм) и мелкий шаг (при диаметрах 1...600 мм).

Угол профиля α - угол между боковыми сторонами профиля, измеренный в осевой плоскости. Угол наклона сторон профиля β - угол между стороной профиля и перпендикуляром к оси резьбы. Для резьб с симметричным профилем β = 0,5α . Для резьб с асимметричным профилем, например для упорной или конической, угол наклона каждой стороны определяется независимо.

Высота исходного треугольника Н - высота остроугольного профиля, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения. Рабочая высота профиля Н 1 - высота плоскосрезанного теоретического профиля, равная полуразности наружного и внутреннего диаметров. Для метрических резьб Н = 0,866025×Р , Н 1 = 0,54126×Р .

Ход P h - величина относительного перемещения исходной средней точки по винтовой линии резьбы на угол 360°; P h =P ×n , где n - число заходов.

В действительности высота соприкосновения меньше, так как система допусков предусматривает определенные зазоры, например, по внутренним диаметрам резьбы гайки и болта.

Рабочая высота витка Н 1 - наибольшая высота соприкосновения; наименьшая выcота соприкосновения обозначается Н 1 min . Для резьбы с плоскосрезанным профилем Н 1 и Н 1 min определяют наибольшее и наименьшее перекрытие витков резьбы болта и гайки.

Угол подъёма резьбы (винтовой линии)

Для многозаходных резьб в числителе этой формулы следует подставлять вместо Р произведение n 0 P , где n 0 - число заходов. Длина свинчивания (высота гайки Н ) - длина (высота) соприкосновения поверхностей болта и гайки, измеренная вдоль оси.

Обозначается метрическая резьба буквой M (от англ. metric system, метрическая система мер). Резьба с номинальным диаметром 32 мм с крупным шагом обозначается как М32; резьба с номинальным диаметром 16 мм с мелким шагом – М16x1,5; для обозначения левой резьбы в конце добавляются буквы LH.

Виды резьб:

- с шагом и основными параметрами резьбы в долях метра .

Имеет широкое применение с номинальным диаметром от 1 до 600 мм и шагом от 0,25 до 6 мм. Профиль - равносторонний треугольник (угол при вершине 60°) с теоретической высотой профиля Н=0,866025404Р. Все параметры профиля измеряются в долях метра (миллиметрах).

Стандарты:

• ГОСТ 24705-2004 (ИСО 724:1993) - Резьба метрическая. Основные размеры.
• ГОСТ 9150-2002 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Профиль.
• ГОСТ 8724-2002 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Диаметры и шаги.
• ISO 965-1:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 1. Принципы и основные характеристики.
• ISO 965-2:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 2. Предельные размеры резьб для болтов и гаек общего назначения. Средний класс точности.
• ISO 965-3:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 3. Отклонения для конструкционной резьбы.
• ISO 965-4:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 4. Предельные размеры для наружных винтовых резьб, гальваницированных горячим погружением, для сборки с внутренними винтовыми резьбами, нарезанными метчиком с позиции допуска H или G после гальванизации.
• ISO 965-5:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 5. Предельные размеры для внутренних винтовых резьб винтов для сборки с наружными винтовыми резьбами, гальванизированными горячим погружением, с максимальным размером позиции допуска h до гальванизации.
• ISO 68-1 - Резьбы винтовые ISO общего назначения. Основной профиль. Метрическая резьба.
• ISO 261:1998 - Резьбы метрические ИСО общего назначения. Общий вид.
• ISO 262:1998 - Резьбы ISO метрические общего назначения. Выбранные размеры для винтов, болтов и гаек.
• BS 3643 - ISO metric screw threads.
• DIN 13-12-1988 - Резьбы метрические ИСО основные и прецизионные диаметром от 1 до 300 мм. Выбор диаметров и шагов.
• ANSI B1.13M , ANSI B1.18M - Метрическая резьба М с профилем базирующимся на стандарте ISO 68.

Условное обозначение: буква M (metric), числовое значение номинального диаметра резьбы (d, D на схеме, оно же внешний диаметр резьбы на болте) в миллиметрах, числовое значение шага (для резьбы с мелким шагом) (P на схеме) и буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 16 мм с крупным шагом обозначается как M16; резьба с номинальным диаметром 36 с мелким шагом 1,5 мм - М36х1,5; такая же по диаметру и шагу но левая резьба М36х1,5LH.

Таблица стандартного шага метрических резьб

- все параметры резьбы выражены в дюймах (чаще всего обозначается двойным штрихом, ставящимся сразу за числовым значением, например, 3" = 3 дюйма), шаг резьбы в долях дюйма (дюйм = 2,54 см). Для трубной дюймовой резьбы размер в дюймах характеризует условно просвет в трубе, а наружный диаметр, на самом деле, существенно больше.

Метрическая и дюймовая резьба применяется в резьбовых соединениях и винтовых передачах.

Шаг резьбы измеряется модулем (m). Чтобы получить размер в миллиметрах достаточно модуль умножить на число пи (π).

Питчевая резьба - шаг резьбы измеряется в питчах (p"). Для получения числового значения (в дюймах) достаточно число пи (π) разделить на питч.

Модульная и питчевая резьба применяется при нарезании червяка червячной передачи. Профиль витка модульного червяка может иметь вид архимедовой спирали , эвольвенты окружности , удлинённой или укороченной эвольвенты и трапеции .

• шаг (P) - расстояние между одноимёнными боковыми сторонами профиля, измеряется в долях метра , в долях дюйма или числом ниток на дюйм - это знаменатель обыкновенной дроби, числитель которой является дюймом. Выражается натуральным числом (например; 28, 19, 14, 11);
• наружный диаметр (D, d), диаметр цилиндра, описанного вокруг вершин наружной (d) или впадин внутренней резьбы (D);
• средний диаметр (D 2 , d 2), диаметр цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы таким образом, что её отрезки, образованные при пересечении с канавкой, равны половине номинального шага резьбы;
• внутренний диаметр (D 1 , d 1), диаметр цилиндра, вписанного во впадины наружной (d 1) или вершины внутренней резьбы (D 1);
• ход (P h) величина относительного перемещения исходной средней точки по винтовой линии резьбы на угол 360°

где n - число заходов;

• высота исходного треугольника резьбы (H);
• срез резьбы (с);
• угол конуса конической резьбы (φ);
• угол подъёма резьбы (ψ):

Конусность 1:16 (угол конуса φ=3°34’48"). Предназначена для обеспечения герметичности и стопорения резьбы без применения дополнительных средств. Существует два варианта резьбового конического соединения: коническая наружная резьба с конической внутренней резьбой и коническая наружная резьба с цилиндрической внутренней резьбой.

Стандарт: ГОСТ 25229-82 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая коническая.

Условное обозначение: буквы MK, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 24 мм с шагом 1,5 мм обозначается как MK 24x1,5 .

Цилиндрическая, MJ

Цилиндрическая резьба основана на метрической резьбе (М ) с номинальным диаметром от 1,6 до 200 мм и углом профиля при вершине 60°, предназначена для аэрокосмической техники и других применений требующих высокую усталостную прочность и жаропрочность. Для обеспечения этих свойств впадина резьбы на наружной резьбе имеет увеличенный радиус от 0,15011P до 0,180424P. Внутренняя резьба MJ совместима с внешней резьбой M при совпадении номинального диаметра и шага.

Стандарты:

• ГОСТ 30892-2002 (ИСО 5855-1-99, ИСО 5855-2-99, ИСО 5855-3-99) - Резьба метрическая с профилем MJ. Профиль, диаметры и шаги, допуски
• ISO 5855-1:1999 - Aerospace - MJ threads - Part 1: General requirements
• ISO 5855-2:1999 - Aerospace - MJ threads - Part 2: Limit dimensions for bolts and nuts
• ISO 5855-3:1999 - Aerospace - MJ threads - Part 3: Limit dimensions for fittings for fluid systems
• ANSI/ASME B1.21M-1997 (R2003) - Метрическая резьба. MJ профиль. (англ. Metric Screw Threads - MJ Profile ).

Условное обозначение: буквы MJ, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, поле допуска среднего диаметра и поле допуска диаметра выступов. Например, наружная резьба с номинальным диаметром 6 мм, шагом 1 мм, полем допуска среднего диаметра 4h и полем допуска диаметра выступов 6h обозначается как MJ6x1-4h6h на поверхности вала.

Основная статья: Резьба трубная цилиндрическая, G

Дюймовая резьба основанная на резьбе BSW (British Standard Whitworth) и соответствует резьбе BSP (British standard pipe thread) , имеет четыре значения шагов 28,19,14,11 ниток на дюйм. Угол профиля при вершине 55°, теоретическая высота профиля Н=0,960491Р.

Стандарты: ГОСТ 6357-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая. ISO R228 , EN 10226 , DIN 259 , BS 2779 , JIS B 0202 .

Условное обозначение: буква G, числовое значение условного прохода трубы в дюймах (inch), класс точности среднего диаметра (А, В), и буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 1 1/8", класс точности А - обозначается как G1 1/8-A. Следует иметь в виду, что номинальный размер резьбы соответствует просвету трубы в дюймах. Наружный диаметр трубы находится в некоторой пропорции с этим размером.

Дюймовая резьба с конусностью 1:16 (угол конуса φ=3°34’48"). Угол профиля при вершине 55°, теоретическая высота профиля Н=0,960491Р.

Стандарты: ГОСТ 6211-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная коническая. ISO R7 , DIN 2999 , BS 21 , JIS B 0203 .

Условное обозначение: буква R для наружной резьбы и Rc для внутренней, числовое значение номинального диаметра резьбы в дюймах (inch), буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 1 1/4" - обозначается как: R1 1/4".

Круглая для санитарно-технической арматуры, Кр

Профиль круглой резьбы образован окружностями, на вершинах и впадинах, соединёнными прямыми с углом профиля при вершине 30°. Резьба применяется для шпинделей, вентилей, смесителей, туалетных и водопроводных кранов.

Стандарт: ГОСТ 13536-68 Резьба круглая для санитарно-технической арматуры. Профиль, основные размеры, допуски.

Условное обозначение круглой резьбы: буквы Кр, номинальный диаметр резьбы, шаг и обозначение стандарта.

Трапецеидальная, Tr

Метрическая резьба с углом профиля при вершине 30°, теоретическая высота профиля Н=0,866Р.

Стандарт: ГОСТ 9484-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная. Профили. ГОСТ 24737-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Основные размеры. ГОСТ 24738-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Диаметры и шаги. 24739-81 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная многозаходная.

Условное обозначение однозаходной резьбы: буква Tr (trapezoidal), числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение поля допуска. Например, однозаходная наружная резьба с номинальным диаметром 50 мм с шагом 8 мм обозначается как Tr50х8-7е; такая же по диаметру и шагу, но левая резьба Tr50х8LH-7е.

Упорная, S

Метрическая резьба с углом наклона боковых сторон профиля 30° и 3°.

Стандарт: ГОСТ 10177-82 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба упорная. Профиль и основные размеры. Условное обозначение резьбы: буква S, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение поля допуска.

Условное обозначение многозаходной резьбы: буква S, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение хода, в скобках Р с числовым значением шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение поля допуска.

Упорная усиленная, S45°

Резьба с углом наклона боковых сторон профиля 45° и 3°, с номинальным диаметром от 80 до 2000 мм.

Условное обозначение резьбы: буква S, значение угла 45°, числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, буквы LH для левой резьбы и обозначение Тт.

Эдисона круглая, E

Применяется для электротехнических изделий, например цоколь ламп накаливания, см. также цоколь Эдисона.

Стандарт: ГОСТ 6042-83 Резьба Эдисона круглая. Профили, размеры и предельные размеры.

Условное обозначение резьбы: Буква E, номер резьбы, если резьба для неметаллических элементов буква N через наклонную черту (/) и номер ГОСТа, например E 27 ГОСТ 6042-83 или E 27/N ГОСТ 6042-83.

Понятие о винтовой линии . Если (рис. 166, а) прямоугольный треугольник ABC, вырезанный из бумаги или из тонкой жести, сторона АВ которого равна длине окружности πD основания цилиндра Е, навернуть на цилиндр так, чтобы сторона АВ совпала с основанием цилиндра, то сторона АС образует на боковой поверхности его линию, называемую винтовой.

Образование винтовой резьбы . Предположим, что плоская фигура, например треугольник abc (рис. 166, б), стороной ab касается образующей цилиндра Е и расположен в плоскости, проходящей через его ось. Предположим далее, что этот треугольник перемещается, оставаясь в плоскости, проходящей через ось цилиндра Е, причем вершина его скользит по винтовой линии, нанесенной на цилиндре. При перемещении треугольника на боковой поверхности цилиндра Е получаются винтовой выступ N и винтовая канавка М, образующие наружную винтовую резьбу.

Если бы треугольник abc перемещался по винтовой линии, нанесенной на внутренней цилиндрической поверхности (на стенках отверстия), на этой поверхности была бы образована внутренняя винтовая резьба.

Винтовой выступ резьбы, получившийся пссле одного полного оборота образующей ее фигуры, называется витком.

Профиль резьбы . Винтовые резьбы, принятые на практике, образованы перемещением по боковой поверхности цилиндра не только треугольника, но и других плоских фигур (трапеций, квадрата и т. д.), выбираемых в зависимости от условий, в которых работает резьба. В соответствии с этим основным признаком, характеризующим резьбу, является ее профиль.

Профилем резьбы называется сечение ее витка плоскостью, проходящей через ось цилиндра (т. е. диаметральной плоскостью), на котором образована резьба.

Рис. 166. Образование винтовой резьбы

Элементы профиля резьбы . Элементами профиля резьбы являются его боковые стороны, угол, вершина и впадина.

Углом профиля называется угол между боковыми сторонами витка, измеренный в диаметральной плоскости. Этот угол (рис. 167, а) обозначается буквой α.

Рис. 167. Элементы профиля (а, б) и шаг резьбы (в)

Вершиной профиля называется линия, соединяющая боковые стороны его по верху витка (Р, рис. 167, а, б).

Впадиной профиля называется линия, образующая дно винтовой канавки (R, рис. 167, а, б).

Очертания вершины и впадины могут быть плоскосрезанными (рис. 167, а) или закругленными (рис. 167, б).

Шаг резьбы . Следующим элементом, характеризующим резьбу, является ее шаг.

Шаг резьбы - это расстояние между двумя одноименными (т. е. правыми или левыми) точками двух соседних витков, измеренное параллельно оси резьбы.

На рис. 167, в такими точками являются точки А и А 1 точки В и В 1 , точки С и C 1 и т. д. Расстояние между этими точками, измеренное параллельно линии 00 (т. е. оси резьбы), и есть шаг резьбы, обозначаемый буквой S.

Почти у всех резьб, принятых в машиностроении, шаг измеряется в миллиметрах. Существуют, однако, также резьбы, у которых шаг выражается числом витков резьбы на 1 дюйм ее длины.

Кроме винтов, на токарном станке нарезаются червяки, имеющие модульный или питчевый шаг.

Диаметры резьбы . Различают три диаметра резьбы: наружный, внутренний и средний.

Наружным диаметром резьбы (d) называется диаметр цилиндра, описанного около боковой поверхности резьбы.

Для болта наружный диаметр соответствует диаметру по вершинам профиля (рис. 168, а), измеренному перпендикулярно к оси резьбы, а для гайки - по впадинам профиля (рис. 168, б).

Рис. 168. Диаметры резьбы: наружный и внутренний (а, б) и средний (в)

Внутренним диаметром резьбы (d 1) называется диаметр цилиндра, вписанного в резьбовую поверхность.

Для болта внутренний диаметр соответствует диаметру по впадинам профиля (рис. 168, а), измеренному перпендикулярно к оси резьбы, а для гайки - по вершинам профиля (рис. 168, б).

Средним диаметром резьбы (d 2) называется диаметр цилиндра, соосного с резьбой, образующие которого делятся боковыми сторонами профиля на равные отрезки.

На рис. 168, в этот цилиндр, имеющий общую ось с резьбой, показан штрих-пунктирными линиями. На рисунке АВ = ВС = CD и т. д., а поэтому d 2 - средний диаметр.

Угол подъема резьбы . При нарезании резьбы на токарном станке необходимо учитывать угол ее подъема.

Углом подъема называется угол, образованный направлением резьбового выступа резьбы с плоскостью, перпендикулярной к его оси.

Правая и левая резьбы . По направлению витка различают правые (рис. 169, б) и левые (рис. 169, а) резьбы.

Рис. 169. Левая (а) и правая (б) резьбы

Если подъем резьбы винта, положенного на ладонь правой руки, совпадет с направлением отогнутого большого пальца, эта резьба правая.

Совпадение подъема резьбы с направлением отогнутого большого пальца левой руки указывает, Что данная резьба левая.

На винт с правой резьбой гайка навертывается при вращении вправо (по часовой стрелке), на винт с левой резьбой - при вращении влево (против часовой стрелки).