Заняття № 22

Змістовий модуль 10 Взаємозамінність, методи і засоби контролю

різьбових з'єднань

ПЛАН:

1 Класифікація різьб і експлуатаційні вимоги до різьбових з’єднань. Основні параметри циліндричних різьб. Характеристика кріпильних циліндричних різьб згідно ГОСТ.

2 Основні принципи забезпечення взаємозамінності циліндричних різьб. Приведений середній діаметр різьб і сумарний допуск середнього діаметра різьб. Посадки метричних різьб. Поля допусків різьб. Розташування полів допусків метричних різьб болтів і гайок. Степені точності різьб.

3 Позначення допусків різьб. Довжини згвинчування. Коротка характеристика і допуски спеціальних циліндричних різьб. Методи і засоби контролю різьбових з'єднань.

Мета заняття: Основні поняття про різьблення, посадки, допуски і застосування

Мета виховна: Завдяки відносній простоті та компактності, кількість деталей з різьбою в сучасних машинах перевищує 60%.У більшості з’єднань застосовують різьби для закріплення деталей між собою і регулювальних пристроях.

Самостійна робота № 11

Тема: Взаємозамінність, допуски і посадки різьбових з’єднань

План: 1 Допуски і посадки.

2 Позначення допусків і посадок метричної різьби.

3 Коротка характеристика і допуски спеціальних циліндричних різьб.

Література: 1, с. 172-187; 2, с. 176-190; заняття № 22 с.185 -199

1 Класифікація різьб і експлуатаційні вимоги до різьбових з’єднань

(ДСТУ 2497). Основні параметри циліндричних різьб. Характеристика

кріпильних циліндричних різьб (ГОСТ 8724, ГОСТ 24705).

Основні визначення

Різьбові з'єднання широко використовуються в конструкці­ях машинобудування: в більшості сучасних машин біля 60 % всіх деталей мають різьбу.

Різьбова поверхня утворюється при гвинтовому переміщен­ні плоского контуру відповідної форми по циліндричній або конічній поверхні.

Різьба може бути нарізана на зовнішній (болт, шпилька, гвинт тощо) та внутрішній (гайка, гніздо, муфта тощо) повер­хні деталі.

Всі різьби класифікують за рядом ознак (таблиця 1).

Основні параметри різьби

Терміни та визначення параметрів різьби нормує ДСТУ 2497-94. Номінальні розміри параметрів різьби є одна­ковими для болта та гайки (рисунок 1).

Номінальним діаметром різьби є зовнішній діаметр d=D -діаметр циліндра, дотичного до вершин зовнішньої різьби чи западин внутрішньої різьби.

Середній діаметр d2=D2 - це діаметр уявного співвісного з різьбою циліндра, де ширина канавки дорівнює половині номінального кроку Р/2 для

однозаходної різьби.

Твірна циліндра перетинає номінальний профіль різьби (витків) так, що шири­на канавки дорівнює ширині виступу.

Внутрішній діаметр d₁=D₁ - це діаметр уявного циліндра, вписаного дотично до вершин внутрішньої різьби чи западин зовнішньої різьби.

Крок Р — це відстань між сусідніми однойменними бічними сторонами профілю, обмірювана в напрямку, паралельному осі різьби.

Кут профілю а =60° для метричної різьби - кут між бічни­ми сторонами профілю в осьовій площині (ГОСТ 9150).

Довжина згвинчування (висота гайки) L - довжина дотику гвинтових поверхонь зовнішньої і внутрішньої різьби в осьово­му перерізі.

Крім того, профіль різьби характеризується параметром Н - висотою вихідного профілю.

Форма западини зовнішньої і внутрішньої різьби не регла­ментована і виконується заокругленою. Форма западини зов­нішньої різьби може бути плоскозрізаною.

Метричні різьби (для 1-600 мм) поділяють на два типи:

- з крупним кроком (для різьб від 1 до 68 мм) позначають без вказування кроку за замовчуванням;

- з дрібним кроком (для різьб від 1 до 600 мм) позначають із вказуванням кроку (наприклад, М І0 х 1, де 1 - це величина кроку).

Номінальні діаметри різьби гіф), d(D), d₁(D_1), d₂(D₂) і крок Р нор­мовані за

ГОСТ 8724.

Рисунок 1 - Основні геометричні параметри різьби

Класифікаційні ознаки різьби

Таблиця 1

У різьби з крупним кроком кожному зовнішньому діаметру відповідає один крок.

У різьби з дрібним кроком одному і тому ж зовнішньому ді­аметру можуть відповідати різні кроки.

ГОСТ 8724 поділяє всі три діаметри різьби на три ряди. При виборі діаметрів різьб слід віддавати перевагу першому ряду над другим, другому над третім.

Основні розміри різьби регламентує ГОСТ 24205.

2 Основні принципи забезпечення взаємозамінності

циліндричних різьб

Система допусків і посадок, що забезпечує взаємозамінність ци­ліндричних різьб враховує особливості конструкції різьбових дета­лей і наявність взаємозв'язку похибок окремих параметрів різьби.

Граничні контури різьби. На довжині згвинчування різь­бового з'єднання розміщено декілька витків різьби, які утворюють різьбовий контур. Номінальний контур (рисунок 2) визначає найбі­льший граничний контур різьби болта і найменший - гайки. Від номінального контура в напрямку, перпендикулярному до вісі різь­би, відкладають поля допусків діаметрів різьби болта; в протилеж­ну сторону - поля допусків діаметрів різьби гайки.

Рисунок 2 - Профіль і граничні контури різьбового з’єднання

з метричною різьбою.

При виготовленні різьбових деталей неминучі похибки профілю різьби та її розмірів та інші похибки, які викликають порушення згвинчування і погіршення якості з'єднань. Для забезпечення згвинчуваності і якості з'єднання дійсні значення діаметрів, кута і кро­ку різьби не повинні виходити за граничні контури на всій довжині згвинчування.

Крок різьби є основним кінемати­чним параметром рухомого з'єднання. Відхилення кроку є наслід­ком кінематичної похибки верстата і неточності кроку його ходово­го гвинта, температурних і силових деформацій гвинта верстата і оброблюваних деталей; місцевого спрацювання різьби ходових гвинтів, похибок різьбоутворюючих інструментів, неоднорідності матеріалу заготовки та інших причин.

На довжині згвинчування різьбових деталей розташовано декілька витків різьби, що утворюють різьбовий контур.

В різьбовому з'єднанні розрізняють дійсний, номінальний та граничний контури.

Номінальний контур різьби визначає найбільший гранич­ний контур болта і найменший граничний контур гайки.

Від номінального контуру в напрямку, перпендикулярному до осі різьби, відраховують відхилення і розташовують донизу поля допусків діаметрів різьби болта, в протилежний бік - поля допусків діаметрів різьби гайки.

При виготовленні різьбових деталей неминучими є похибки профілю різьби та її розмірів, можлива неконцентричність ді­аметральних перерізів та інші відхилення, які можуть пору­шити згвинчуваність і погіршити якість з'єднання.

Згвинчуваність різьбових деталей і необхідна якість з'єд­нання забезпечується, якщо дійсні контури болта і гайки не будуть виходити за відповідні граничні контури на всій довжи­ні згвинчування.

Приведений середній діаметр різьб і сумарний допуск

середнього діаметра різьб

Основним параметром різьбового з'єднання, що забезпечує точність і визначає характер з'єднання, є середній діаметр.

Сумарний допуск середнього діаметра різьби. Внаслідок взаємозв'язку між відхиленнями кроку, кута профілю відповідно середнього діаметра допустимі відхилення цих парамет­рів окремо не нормують. Виключення складають різьби з натягом, різьби калібрів та інструменту.

Встановлюють тільки сумарний допуск на середній діаметр бол­та Тd 2, і гайки TD 2, який дорівнює:

Td2 (TD2) = Δ d2 (Δ D2) + fp + fa.

В основу класифікації різьб по точності і посадкам прийняті до­пуски по середньому діаметру і характер спряження по боковим сторонам профілю.

Посадки метричних різьб. Поля допусків різьб (ГОСТ 16093).

Посадки різьбових з'єднань (для різьб загального призна­чення і більшості спеціальних різьб) визначаються в основному характером з'єднань бокових сторін профілю. Розташування полів допусків зовнішнього і внутрішнього діаметрів виключає можливість отримання натягу по вершинах і впадинах різьби і вони забезпечують гарантований зазор.

У машино будівництві застосовується в основному метрична різьба з діаметром 1…600мм; її підрозділяють на різьбу з великим кроком(Ø 1…68) і дрібним кроком(Ø 1…600).

Стандартом передбачено 5 основних відхилень d, e, f, g, h для зовнішньої різьби і 4 основних відхилень E, F, G, H для внутрішньої різьби (рисунок 3). Основні відхилення h і H дорівнюють нулю

Основні відхилення Е, F встановлені для спеціального вико­ристання.

Відхилення відраховують від номінального профілю різьби (на рисунку 3 показаний нульовою лінією) в напрямку, перпендикулярному до осі різьби.

Рисунок 3 - Основні відхилення метричної різьби

Взаємне розташування контактуючих бокових сторін профі­лю залежить від дійсних значень або відхилень середніх діа­метрів, кроків різьби та кутів нахилу профілю.

Відхилення кроку і половини кута профілю, що впливають на взаємозамінність, стандартом не нормуються. У всіх цилін­дричних різьбах з прямолінійними боковими сторонами профі­лю відхилення кроку і кута профілю для забезпечення згвин­чування можуть бути скомпенсовані відповідними змінами дійсного середнього діаметра різьби.

Відхиленням кроку різьби ∆ Рn називають різницю між дійсною і номінальною відстанями в осьовому напрямку між двома середніми точками любих однойменних бокових сторін профілю в межах довжини згвинчування.

Із рисунка 3 видно, що при збільшенні кроку різьби на ве­личину ∆ Рn болт і гайка не згвинтяться.

Для спрощення контролю різьби і розрахунку допусків вве­дено поняття середнього діаметра різьби, який впливає на згвинчуваність величин d₂(D₂), fр, fα.

Значення середнього діаметра різьби, збільшене для зовніш­ньої різьби і зменшене для внутрішньої на сумарну діамет­ральну компенсацію кроку і кута профілю називають приведе­ним середнім діаметром.

Рисунок 3 - Відхилення кроку ∆ Pn та його діаметральна компенсація f р

Згвинчуваність можна рахувати забезпеченою, якщо різни­ця середніх діаметрів різьби болта й гайки не менше суми діа­метральних компенсацій кроку й половини кута профілю обох деталей

Приведений середній діаметр дорівнює:

- для зовнішньої різьби:

d₂пр = d₂вим + fр + fα;

- для внутрішньої:

D₂пр = D₂вим – (fр + fα)

де d₂вим і D₂вим - виміряні (дійсні) значення середнього ді­аметра внутрішньої та зовнішньої різьби.

Для згвинчування болта з гайкою необхідна діаметральна компенсація як додатна, так і від'ємна fр та fα, тому в першу формулу визначення приведеного середнього діаметру входять fр та fα зі знаком плюс, а в другу - зі знаком мінус.

Зазор в різьбовому з'єднанні визначають різницею дійсних значень приведених середніх діаметрів внутрішньої та зовніш­ньої різьби.

Таблиця 2 - Поля допусків болта та гайки

Для того, щоб з'єднання стало можливим, потрібно зменши­ти середній діаметр різьби болта на f р (на f р /2 з кожного боку від осі). Тоді профіль болта займе положення, показане штри­ховою лінією, і з'єднання стане реальним.

Величину f р називають діаметральною компенсацією по­хибки кроку різьби і визначають за формулами (∆ Pn і f р - ви­мірюється в мкм):

- для метричної різьби (а = 60°) fр = 1, 732 · ∆ Pn;

- для трубної різьби (а = 55°) fр = 1, 921· ∆ Pn;

- для трапецеїдальної різьби (а = 30°) fр= 3, 732· ∆ Pn;

- для упорної різьби (β = 30°; γ = 3°) fр = 1, 175· ∆ Pn.

При аналізі похибок кута профілю різьби вимірюють не кут α, а половину кута профілю α /2, який для метричної різьби дорівнює 30°. Вимірювання кута α /2 дозволяє визначи­ти величину а і перекіс різьби (рисунок 4).

Рисунок 4 - Профіль різьби болта з похибкою α /2 і його діаметральна компенсація f α

Відхиленням половини кута профілю різьби ∆ α /2 болта або гайки (для різьб з симетричним профілем) називають різницю між дійсними і номінальними значеннями α /2.

При симетричному профілі різьби відхилення а/2 знахо­дять як середнє арифметичне абсолютних значень відхилень обох половин кута профілю:

∆ α /2 = 0, 5·( ∆ α /2_прав+ ∆ α /2_лів).

На рисунку 4 видно, що при рівності діаметрів різьби бол­та і гайки згвинчування деталей неможливе, бо при похибці половини кута профілю ∆ α /2 профілі різьби перекриваються.

Згвинчування різьбових деталей, що мають похибку кута профілю ∆ α /2, можливе лише при наявності необхідного зазо­ру по середніх діаметрах їхньої різьби, тобто діаметральної ком­пенсації f α цієї похибки. Компенсація може бути отримана при зменшенні середнього діаметра різьби болта, або збільшенні се­реднього діаметра різьби гайки на величину f α. В цьому випад­ку профіль витка займе положення, позначене штриховою ліні­єю, і згвинчування стане можливим.

Величину f α визначають за формулами (f α, мкм; Р, мм; ∆ α /2, кутові хвилини):

- для метричної різьби fα ≈ 0, 29·Р· ∆ α /2;

- для трубної різьби fα ≈ 0, 35·P· ∆ α /2;

- для трапецеїдальної різьби fα ≈ 0, 582· P· ∆ α /2;

- для упорної різьби (β = 30°; γ = 3°) fα ≈ 0, 46 ·P ·( ∆ β +0, 75 ∆ γ).

Схеми розташування полів допусків метричних різьб із за­зором рисунок 5

Рисунок 5 - Основні відхилення метричної різьби при посадці із зазором

Відхилення відраховують від номінального профілю різьби (на рисунку 5 показаний нульовою лінією) в напрямку, що перпендикулярному осі різьби.

Різьбові посадки з натягом регламентовані ГОСТ 4608.

Перехідні посадки для різьбових з'єднань встановлені за ГОСТ 24834.

Зображення різьб на кресленнях виконують згідно з ГОСТ 2.311.

Розташування полів допусків метричних різьб болтів і гайок

Розташування полів допусків гайок і гвинтів показано на рисунку 6а. Стандарт встановлює основні відхилення діаметрів різьблення (рисунок 6б, в і г); степені точності по діаметру d — 4 і 6 (останню застосовують тільки для різьб, що виготовляються накоченням), по D 1 — 4; по d 2, d 3 і D 2 — 6, 7, 8 і 9; дві групи довжин згвинчування (нормальну N і велику L), класи точності (точний середній і грубий) і рекомендовані поля допусків (таблиця 3).

Граничні відхилення приймають по таблицях стандартів. Верхнє відхилення по D 4 стандартом не встановлене.

Правила позначення полів допусків і посадок однозаходного трапецеїдального різьблення розглянемо на прикладі позначень різьблення, що має d = 40 мм і Р — 6 мм, поля допусків по D 2 7Н і по d 2 7е:

для гвинта Тг 40X6 - 7е;

для гайки Тг 40X6 — 7Н;

для посадки Тг 40X6 — 7Н/7е.

Згідно з ГОСТ 16093 встановлені різьбові посадки з за­зором. Для отримання різьбових посадок із зазором передбаче­но п'ять основних відхилень для болтів (d, e, f, g, h) і чотири для гайок (E, F, G, H). Ці відхилення однакові для d1, d2, d та D1, D2, D.

Основні відхилення Е, F встановлені для спеціального вико­ристання при значних товщах захисних покриттів.

Степені точності різьб

Закономірності побудови системи допусків і посадок для різьбових сполучень аналогічні до циліндричних гладких з'єд­нань, але для різьбових деталей застосовуються не квалітети, а степені точності за ГОСТ 16093: 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 в порядку зменшення точності із збільшенням степеня.

Переважним для використання в різьбових з'єднаннях загального призначення є 6-ий степінь точності.

Різьби шостого степеню точності можуть бути отримані такими методами механічної обробки як фрезерування, накочування, нарізання різцями, плашками, гребінками, вихрове нарізання тощо.

Відхилення болта і гайки позначають:

болта: es - верхнє; гайки: ES верхнє;

еі - нижнє; ЕІ нижнє.

Для вибору степеня точності в залежності від довжини згвинчування різьби і вимог до точності з'єднань встановлені три (3) групи довжин згвинчування: короткі (short) = S, нормальні (normal) - N, довгі (long) - L.

Поняття класу точності використовується для порівняльної оцінки точності різьбових деталей з різними полями допусків.

При однаковому класі точності допуск середнього діаметра при довжині згвинчування групи L рекомендують збільшувати, а при довжині згвинчування S - зменшувати на один степінь у порівнюванні з допусками, встановленими для нормальної довжини.

Поділ на класи точності різьб є умовним. На кресленнях і калібрах вказують не клас точності, а поле допуску.

Точний клас рекомендується для відповідальних статично навантажених різьбових з'єднань, або при потребі малих коливань характеру посадки.

Середній клас використовують для різьб загального вживання.

Грубий клас - для різьб, які нарізають на гарячекатаних заготовках, в довгих глухих отворах тощо.

3 Позначення допусків різьб. Довжини згвинчування

Позначення поля допуску діаметра різьби складається з ци­фри, яка показує степінь точності, та літери, яка визначає ос­новне відхилення (наприклад, 6h, 6g, 6Н). Позначення поля допуску різьби складається з позначення поля допуску серед­нього діаметра (стоїть на першому місці) та діаметра виступів (наприклад, 7g7q, 4Н5Н). Якщо позначення полів співпада­ють, в позначенні поля допуску різьби пишуть лише один по­казник (наприклад, 6g, 6Н).

Поле допуску різьби вказують через тире після розміру різь­би (наприклад, болт М12 - 6g; гайка М16 - 6Н).

Посадки різьбових деталей позначають дробом: в чисельни­ку вказують поле допуску гайки, в знаменнику - поля допуску болта (наприклад:

М12 - ; М16- ).

Довжину згвинчування вказують за правилами, розглянутими в позначеннях метричного різьблення.

Коротка характеристика і допуски спеціальних циліндричних різьб

Різьблення трапецеїдальні однозахідні (рисунок 6)застосовують переважно для рухомих з'єднань, тому вони повинні змазуватись. Для розподілу змащувального матеріалу по всьому профілю різьблення створюють гарантовані зазори за рахунок різниці відповідних діаметрів зовнішнього і внутрішнього різьблення. Цим пояснюється, що в стандартах на розміри і допуски встановлені різні значення і позначення зовнішніх діаметрів гайки (D 4) і гвинта (d), а також внутрішніх діаметрів гайки (D 1) і гвинта (d 3). По бічних сторонах профілю якнайменші зазори забезпечуються верхніми відхиленнями по d 2. Для легко навантажених кінематичних реверсивних з'єднань або нерухомих, рідко регульованих з'єднань і в інших випадках застосовують трапецеїдальні різьбові з'єднання з якнайменшим зазором по бічних сторонах профілю, рівним нулю (поля допусків Н і h).

Рисунок 6 – Розташування полів допусків трапецеїдальної різьби

Таблиця 3 - Поля допусків трапецеїдальних і упорних різьб

Примітки.

1 Поля допусків, ув'язнені в рамки, є переважними.

2 Для багатозаходних трапецеїдальних різьб допускається застосування коротких довжин згвинчування S.

3 При підвищених вимогах до точності для довжин згвинчування L можна застосовувати поля допусків з довжин згвинчування N.

4 Встановлені поля допусків на d 4h і на D 1 4Н. Крім того, для однозаходних трапецеїдальних різьб, що виготовляються накоченням, на d можна призначати поле допуску 6g.

4 Ступінь точності діаметрів d 3, повинна відповідати ступеню точності діаметру d 2. Допуски на діаметри D 4 і D не встановлюються.

Допуски багатозаходних трапецеїдальних різьб загального призначення. Системи допусків одно- і багатозаходних трапецеїдальних різьб аналогічні. Наприклад, розташування полів допусків вказаних різьб відповідає схемі, показаній на рисунку 6. Основні відмінності пояснюються тим, що у різьб, що мають значні кути підйому гвинтової лінії, з технологічних причин з'являються відхилення від прямолінійності бічних сторін профілю.

Для компенсації цих відхилень і забезпечення прилягання бічних сторін профілів зв'язаних витків різьблення гвинта і гайки, для багатозаходних трапецеїдальних різьб встановлені посадки тільки з гарантованим зазором, і поле допуску h для d 2 в стандартах не встановлено. Сумарні допуски на середні діаметри різьблення забезпечують компенсацію відхилень власне середніх діаметрів, кута профілю і кроку різьблення, а також при кутах підйому гвинтової лінії до 10°, відхилень від прямолінійності бічних сторін профілю. Для рівномірного зачеплення всіх витків різьблення відхилення кроку, що сполучаються, не повинні перевищувати 30 % сумарного допуску.

Поля допусків, встановлені для багатозаходних трапецеїдальні різьб, приведені в таблиці 3.

Позначення багатозаходних трапецеїдальних різьб від позначення однозаходних різьб відрізняється тим, що після діаметру різьблення (Тг 20) вказують хід різьблення і в дужках умовне позначення кроку і його значення, наприклад:

Тг 20 X 4 (Р2) — 8Н/8е

Різьблення упорні застосовують в різних гвинтових механізмах, що передають великі осьові навантаження, направлених в одну сторону. Для роботи таких гвинтових пар їх необхідно мастити. По боковим сторонам і внутрішньому діаметру профілю різьблення створюються гарантовані зазори (рисунок 7). По зовнішньому діаметру для поліпшення центрування гарантований зазор відсутній. Для підвищення втомної міцності гвинтів западину зовнішнього різьблення виконують закругленою.

Для упорного різьблення в стандартах встановлені ступені точності по dі D 1 — 4 і по d 2, d 3 і D 2 — 7, 8 і 9; основні відхилення, вказані на рисунку 7; поля допусків зовнішньої і внутрішньої різьби для довжин згвинчування Nі Lв середньому і грубому класах точності в таблиці 3.

Рисунок 7 Розташування полів допусків упорної різьби

Допуски і граничні відхилення приймаються по ГОСТ.

Позначення упорних різьб і посадок складають по загальним правилам, тільки проставляють літеру S, яка позначає упорне різьблення, наприклад:

S 80 х 10 - 7AZ/7h

Методи і засоби контролю різьбових виробів

Різьбові вироби контролюють в основному за допомогою гра­ничних калібрів (комплексний метод). В комплект для контро­лю входять робочі прохідні та непрохідні граничні калібри.

Прохідні граничні калібри повинні згвинчуватись з різьбо­вим виробом, вони контролюють приведений середній і зовні­шній (у гайок) або внутрішній (у болтів) діаметр різьби.

Непрохідні різьбові калібри контролюють власне середній діаметр.

Поелементний контроль різьбових виробів (диференційова­ний метод) використовується переважно для точних різьб: калібрів-пробок, різьбообробних інструментів тощо. При цьому окремо перевіряють середній діаметр різьби, крок, половину кута профілю. Використовують універсальні (штангенциркулі, різьбоміри), та спеціалізова­ні інструменти та прилади: мікроскопи, контактні прилади для методів трьох дротиків, проектори, різьбові мікрометри тощо.

Зображення різьб на кресленнях виконують згідно з ГОСТ 2.311.

Контрольні запитання

1 Основні види кріпильних різьб

2 Основні експлуатаційні вимоги до різьбових сполучень у залежності від їхнього призначення

3 Основні параметри циліндричних різьб

4 Степені точності різьб

5 Позначення допусків різьб

6 Посадки метричних різьб

7 Приведений середній діаметр різьб

8 Застосування трапецеїдальних різьб

9 Застосування упорних різьб різьб

10 Методи і засоби контролю різьблення