Как обеспечивается взаимозаменяемость метрических резьб

10.01.202429.06.2023 admin 0 Comments

Лекция №10 «Взаимозаменяемость резьбовых соединений»

Основные типы резьб, их классификация и эксплуатационные требования к ним.

Соединения деталей с помощью резьбы являются одними из старейших и наиболее распространенных видов разъемных соединений. Более 60% всех деталей современных машин имеют резьбы. Сюда относятся соединения с помощью болтов, винтов, шпилек, винтовых стяжек и т.д.

По эксплуатационному назначению различают резьбы общего применения и специальные. К первой группе относятся:

а) крепежные (метрическая, круглая дюймовая), применяемые для разъемного соединения деталей машин. Такие резьбы должны обладать высокой прочностью и большим трением, предохраняющим детали от самоотвинчивания.

б) кинематические (прямоугольная, трапецеидальная, упорная).Применяется для ходовых винтов, винтов суппортов станков, столов измерительных приборов. Такие размеры должны обеспечивать точное применение при минимальном трении. Упорные резьбы обеспечивают преобразование вращательного движения в поступательное (домкраты, прессы).

в) трубные – для герметичного соединения труб и арматуры.

Общим для всех резьб требованием являются: долговечность и свинчиваемость.

Основные параметры и краткая характеристика метрической резьбы.

Рисунок – Характеристика метрической резьбы

ГОСТ 9150-81 регламентирует основные параметры метрической резьбы

— наружный диаметр d (D);

— высота исходного треугольника Н;

— рабочая высота профиля Н₁;

— длина свинчивания l.

Геометрические размеры резьбы стандартизированы. ГОСТ 8724-81 –

Устанавливается три ряда диаметров метрической резьбы, первой из которых предпочтительнее. В пределах каждого ряда предусмотрены резьбы с крупным и мелким шагом.

Например. Для Æ 14 мм стандарт предусматривает крупную резьбу с шагом

Р = 2 мм, пять мелких резьб с шагами Р = 1,5; 1,25; 1; 0,75; 0,5 мм.

В общем машиностроении в основном применяются резьбы с крупным шагом, как менее чувствительные к ошибкам изготовления.

Отклонения шага и угла профиля резьбы

и их диаметральная компенсация.

Резьбовые соединения относят к сложным соединениям, т.к. на взаимозаменяемость влияет точность выполнения всех перечисленных выше параметров. При реальном выполнении резьбовых соединений основная посадка назначается по среднему диаметру (d₂; D₂), при этом независимо от этой посадки по наружному диаметру

(d; D) и внутреннему диаметру (d₁; D₁) предусмотрены гарантированные зазоры. По наружному диаметру за счет соответствующей посадки, а по внутреннему зазор определяется величиной (Н/4 – Н/6).

Погрешности шага и половины угла профиля компенсируются расширенными допусками на средний диаметр.

Рассмотрим несколько случаев.

Случай 1. Резьба гайки идеальная, болт имеет только накопленную погрешность шага.

При равенстве средних диаметров гайки и болта свинчиваемость невозможна из – за наложения металла в заштрихованной области.

Чтобы компенсировать погрешность шага DR_h необходимо обеспечить условие .

Условие свинчиваемости

Случай 2. Профиль резьбы гайки идеален, профиль болта имеет только погрешность угла профиля.

Чтобы компенсировать погрешность угла профиля необходимо обеспечить условие

Случай 3. Профиль резьбы гайки идеален. Болт имеет погрешность шага DR_h и погрешность угла профиля Da /2.

Условие свинчиваемости:

Случай 4. Реальный. DR¢¹0; — для болта

DR¢¢¹0; 0 – для гайки.

Это условие более жесткое, т.к. не учитывает возможную компенсацию погрешностей с одним знаком.

Величины (D₂-¦ ¢¢ _R-¦ ¢¢ _a) и (d₂+¦ ¢ _R+¦ ¢ _a) называются приведенными средними диаметрами резьбы гайки и болта.

При наличии погрешностей шага и угла профиля резьбы у обеих деталей получаемый в соединении зазор определяется разностью действительных значений приведенных средних диаметров:

Система допусков и посадок метрических резьб.

Система допусков и посадок для метрических резьб диаметром 1…600 мм основана на международных стандартах ИСО и регламентирована следующими ГОСТами:

ГОСТ 16093-81 – посадки с зазором.

ГОСТ 4608-81 – посадки с натягом.

ГОСТ 24834-81 – переходные посадки.

Установлены ряды основных отклонений

Для диаметров наружной резьбы (болтов) – d;e; f; g; h.

Для диаметров внутренней резьбы (гаек) – E*; F*; G; H.

*E и F – для специального применения при значительных толщинах слоя защитного покрытия.

Установлены также следующие степени точности, определяющие величину допусков диаметров болтов и гаек:

Диаметр болта наружный d – 4; 5; 6.

Средний d₂ – 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10**

Гайки внутренний D₁ – 4; 5; 6; 7; 8.

Средний D₂ – 4; 5; 6; 7; 8; 9**

Поле допуска диаметра резьбы образуется сочетанием основного отклонения (буква) с допуском по принятой степени точности (цифра): 6H, 6g, 6h.

Поле допуска резьбы образуется сочетанием поля допуска среднего диаметра с полем допуска внутреннего диаметра (для гаек) и наружного диаметра (для болтов): 5H6H; 7g6g.

Установлены 3 группы длин свинчивания:

L – большая (длинная).

Для образования посадок с зазором рекомендуются следующие поля допусков: если обозначение поля допуска среднего диаметра совпадает с полем допуска наружного или внутреннего диаметра принимают сокращенную запись: 6g6g = 6g, 6H6H = 6H.

На чертежах поле допуска резьбы указывают после обозначения размера резьбы (ГОСТ 8724-81):

Болт М24 – 6g; гайка М24 – 6H.(при длине свинчиваемости N)

Если длина свинчиваемости отличается от нормальной:

На сборочных чертежах посадки резьбовых соединений обозначают дробью

М24 ;М12

Метрические резьбы с натягами и переходными посадками предназначены для резьбовых соединений, образованных ввертыванием стальных шпилек в резьбовые отверстия, т.е. для крепежных соединений, работающих в условиях сотрясений, вибраций, переменного температурного режима, а также для обеспечения неподвижности резьбовых соединений при эксплуатации или центрирования деталей по резьбе. Переходные посадки более технологичны, чем посадки с натягом для которых применяют селективную сборку.

Источник

Общие принципы обеспечения взаимозаменяемости

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Классификация резьб и эксплуатационные требования

К резьбовым соединениям

Резьбовые соединения широко распространены в машиностроении (в большинстве современных машин свыше 60% всех деталей имеют резьбу).

1) по профилю винтовой поверхности (т.е. по контуру осевого сечения) – на треугольные, трапецеидальные, пилообразные (упорные), круглые и др.;

2) по форме поверхности, на которой образована резьба, − на цилиндрические и конические, наружные и внутренние;

3) по направлению винтового движения резьбового контура – на правые и левые;

4) по числу заходов – на одно- и многозаходные.

По эксплуатационному назначению различают резьбы общего применения и специальные, предназначенные для соединения одного типа деталей определенного механизма.

К первой группе относятся резьбы:

а) крепежные – метрическая, дюймовая, применяемые для разъемного соединения деталей машин, главное требование к которым − обеспечить точность соединений и сохранить плотность (нераскрытие) стыка в процессе эксплуатации;

б) кинематические – трапецеидальная и прямоугольная, применяемые для ходовых винтов столов измерительных приборов и т.п., главное требование к которым – обеспечить точность перемещения при наименьшем трении. Для точных микрометрических пар применяют метрическую резьбу повышенной точности;

в) трубные и арматурные – применяемые для трубопроводов и арматуры разнообразного назначения, главное требование к которым – обеспечить герметичность соединений.

Ко второй группе относятся, например, резьбы объективов микроскопов.

Основные параметры цилиндрических резьб

На рисунке приведен профиль метрической резьбы ISO с .

Цилиндрическая резьба определяется профилем и следующими параметрами:

1. Средний диаметр резьбы ( ) – диаметр воображаемого, соосного с резьбой цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы в точках, где ширина канавки равна половине номинального шага резьбы для однозаходной резьбы и половине номинального хода резьбы, поделенной на число заходов, для многозаходной резьбы. При отсутствии погрешностей резьбы образующая указанного цилиндра пересекает профиль резьбы в точках, где ширина выступов равна ширине канавки.

Этому определению соответствует метод измерения при помощи трех проволочек с предпочтительными диаметрами.

2. Наружный диаметр резьбы d (D) – диаметр воображаемого цилиндра, описанного касательно к вершинам наружной резьбы или впадинам внутренней резьбы. Этот диаметр для большинства резьб принимают за номинальный диаметр.

3. Внутренний диаметр резьбы ( ) – диаметр воображаемого цилиндра, вписанного касательно к впадинам наружной резьбы или вершинам внутренней резьбы.

4. Шаг резьбы Р – расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля, измеренное в направлении, параллельном оси резьбы, на расстоянии, равном половине среднего диаметра от этой оси.

Для многозаходной резьбы применяют термин «ход».

Ход резьбы − величина относительного осевого перемещения винта (гайки) за один оборот, определяемая расстоянием между ближайшими одноименными боковыми сторонами профиля, принадлежащими одной и той же винтовой поверхности в направлении, параллельном оси резьбы

где n – число заходов резьбы.

5. Угол профиля резьбы α − угол между боковыми сторонами профиля в осевой плоскости.

Половина угла профиля α/2 − угол между боковой стороной профиля и перпендикуляром, опущенным из вершины профиля симметричной резьбы на ось резьбы. Измеряя половину угла профиля, можно установить не только величину α, но и перекос резьбы, происходящий от неточной установки инструмента или изделия.

6. Высота исходного профиля H − высота остроугольного профиля, полученного при продолжении боковых сторон профиля до их пересечения.

Рабочая высота профиля − высота соприкосновения сторон профиля наружной и внутренней резьбы в направлении, перпендикулярном к оси резьбы.

7. Длина свинчивания резьбы (высота гайки) l – длина соприкосновения винтовых поверхностей наружной и внутренней резьбы в осевом направлении.

Профиль и номинальные размеры рассматриваемых параметров резьбы являются общими как для наружной (болта, шпильки, винта и др.), так и для внутренней резьбы (гайки, гнезда и др.).

Профиль ISO предусматривает срезы вершин резьбы, равные у гайки H/4 и у болта H/8.

Резьбовые соединения с профилем ISO отличаются повышенной прочностью по сравнению с резьбой, имеющей меньшие срезы.

Реальный профиль впадин наружной резьбы ни в одной точке не должен выходить за линию плоского среза на расстоянии H/4 от вершины исходного треугольника, а внутренней резьбы – за линию плоского среза на расстоянии H/8 от вершины исходного треугольника. Форма впадины наружной резьбы не регламентируется и может выполняться как плоскосрезанной, так и закругленной.

При плоскосрезанной форме впадины наружной резьбы реальный профиль впадины должен располагаться между линиями плоского среза на расстоянии H/4 и H/8 от вершины исходного треугольника и находится в заштрихованной зоне. При закругленной форме впадины резьбы, которая является предпочтительной, радиус кривизны ни в одной точке не должен быть менее 0,1Р.

Форма впадины наружной резьбы влияет на циклическую прочность болта. Наименьшую циклическую прочность имеют болты с плоской впадиной, наибольшую – с впадиной, очерченной радиусом . Статическая прочность болтов с закругленной впадиной не намного выше, чем у болтов с плоским срезом впадины профиля.

Метрические резьбы бывают с крупным и мелким шагом. Установлено три ряда диаметров метрической резьбы, и каждый диаметр имеет крупный и мелкие шаги с тем, чтобы при выборе резьб первый ряд предпочитать второму. У резьбы с крупным шагом каждому наружному диаметру соответствует шаг, определяемый по зависимости

У резьбы с мелкими шагами одному и тому же наружному диаметру могут соответствовать разные шаги. Метрические резьбы с мелкими шагами применяют при соединении тонкостенных деталей, ограниченной длине свинчивания и т.д.

Общие принципы обеспечения взаимозаменяемости

Цилиндрических резьб

1. Предельные контуры резьбы

На длине свинчивания резьбовых деталей расположено несколько витков резьбы, образующих резьбовой контур.

Толстой линией показан номинальный контур резьбы со скользящей посадкой, определяющий наибольший предельный контур резьбы болта и наименьший – гайки. Он является контуром максимума материала на обработку. От номинального контура в направлении, перпендикулярном оси резьбы, отсчитывают отклонения и располагают в сторону оси поля допусков диаметров наружной резьбы (болта), в противоположную сторону – поля допусков диаметров внутренней резьбы (гайки), определяющие наименьший предельный контур болта и наибольший – гайки.

При изготовлении резьбовых деталей неизбежны погрешности профиля резьбы и ее размеров, которые могут нарушить свинчиваемость и 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. Соблюдение номинального контура лучше всего проверяется проходными резьбовыми калибрами (они должны свинчиваться с проверяемой резьбой). Наименьший предельный контур болта ( и ) и наибольший гайки ( и ) контролируют непроходными резьбовыми калибрами (они не должны свинчиваться или проходить) или определяют эти диаметры с помощью универсальных измерительных средств.

2. Погрешности шага и угла профиля резьбы и их диаметральная компенсация

У всех цилиндрических резьб с прямолинейными боковыми сторонами профиля погрешности шага и угла профиля могут быть скомпенсированы соответствующим изменением среднего диаметра резьбы.

Погрешностью шага резьбы ΔP называется разность между действительным и номинальным расстоянием в осевом направлении между двумя средними точками любых одноименных боковых сторон профиля в пределах длины свинчивания или заданной длины. Погрешность шага складывается из прогрессивных погрешностей шага , возрастающих пропорционально количеству витков резьбы на длине свинчивания l, периодических, изменяющихся по периодическому закону, и местных, не зависящих от количества витков резьбы на длине свинчивания.

Свинчивание резьбовых деталей, имеющих погрешность шага резьбы, возможно только при наличии разности их средних диаметров, полученной за счет уменьшения среднего диаметра резьбы болта или увеличения среднего диаметра резьбы гайки.

Предположим, что гайка не имеет погрешностей шага, а болт имеет погрешность шага , накопленную на длине свинчивания l:

где − это действительная длина n шагов резьбы болта; P_n_г – это длина n шагов резьбы гайки; n − число витков шагов резьбы на длине свинчивания .

При равенстве средних диаметров резьбы болта и гайки эти детали не свинчиваются, так как правые боковые стороны EF профиля резьбы болта и CD профиля резьбы гайки не совместятся. При уменьшении среднего диаметра резьбы болта на f_P профиль его резьбы сместится к оси в верхней части резьбы на 0,5 f_P и в нижней части резьбы также на 0,5 f_P. Новое положение профиля резьбы болта показано пунктиром. Кроме того, весь болт может быть смещен влево на величину ab. Следовательно, при ab = a’b’ = 0,5 ΔP_n боковая сторона EF профиля резьбы болта может быть совмещена с боковой стороной CD профиля резьбы гайки, т.е. свинчивание станет возможным.

Из треугольника a’b’c’получим

где − это диаметральная компенсация погрешности шага, показывающая насколько надо уменьшить средний диаметр болта или увеличить средний диаметр гайки, чтобы болт, имеющий накопленную погрешность , свинтился с гайкой, не имеющей такой погрешности.

Погрешностью половины угла профиля резьбы болта или гайки называется разность между действительным и номинальным значениями .

Эта погрешность может быть вызвана погрешностью полного угла профиля, перекосом профиля относительно оси детали и сочетанием обоих факторов.

Величину при симметричном профиле резьбы находят как среднее арифметическое из абсолютных величин отклонений обеих половин угла профиля:

где ,

Предположим, что болт имеет погрешность половины угла профиля , а гайка не имеет такой погрешности. При равенстве средних диаметров болта и гайки эти детали не будут свинчиваться вследствие перекрытия профилей резьбы. Для обеспечения свинчиваемости необходимо уменьшить средний диаметр болта или увеличить средний диаметр гайки на величину диаметральной компенсации погрешности половины угла профиля .

Из треугольника EFD

где − диаметральная компенсация погрешности половины угла профиля; P − шаг в миллиметрах; − погрешность половины угла профиля в угловых минутах.

Диаметральная компенсация погрешности половины угла профиля показывает, насколько надо уменьшить средний диаметр болта или увеличить средний диаметр гайки, чтобы болт, имеющий погрешность половины угла профиля , свинтился с гайкой, не имеющей такой погрешности.

3. Приведенный средний диаметр резьбы

Свинчиваемость будет обеспечена только в том случае, если разность средних диаметров резьб болта и гайки будет не меньше сумм диаметральных компенсаций погрешностей шага и половины угла профиля обеих деталей. Для упрощения контроля резьбы и расчета допусков введено понятие приведенного среднего диаметра резьбы, учитывающего влияние на свинчиваемость величин d₂ (D₂), и .

Приведенный средний диаметр – это средний диаметр, увеличенный у болта и уменьшенный у гайки на величину суммарной диаметральной компенсации погрешностей шага и половины угла профиля резьбы.

Приведенный средний диаметр определяется по формулам:

;

где d_2изм (D_2изм) – измеренный (действительный) средний диаметр болта (гайки).

4. Суммарный допуск среднего диаметра резьбы

Средний диаметр, шаг и угол профиля являются основными параметрами резьбы, так как они определяют характер контакта резьбового соединения. Однако вследствие взаимосвязи между погрешностями шага, угла профиля и собственно среднего диаметра допустимые отклонения этих параметров раздельно не нормируют. Устанавливают только суммарный допуск среднего диаметра болта T_d₂ и гайки T_D₂, который включает допустимое отклонение собственного среднего диаметра Δd₂ (ΔD₂) и диаметральные компенсации погрешностей шага и угла профиля

Верхний предел суммарного допуска среднего диаметра наружной резьбы ограничивает величину приведенного среднего диаметра d_{2 прив}, а нижний предел – величину собственно среднего диаметра d_{2 изм}. Для внутренней резьбы – это допуск, нижний предел которого ограничивает величину приведенного среднего диаметра D_{2 прив}, а верхний предел – величину собственно среднего диаметра D_{2 изм.}

Условие годности резьбы по среднему диаметру: