ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РЕЗЬБЫ
Резьбовые соединения широко применяются в машиностроении и приборостроении (около 60% всех деталей имеют резьбу). Резьбы делятся по назначению на крепежные и специальные. Крепежные резьбы используют для соединения деталей, подлежащих периодическому разъему. Специальные резьбы могут быть кинематическими (для передачи движения и усилий), упорными (для восприятия односторонних больших нагрузок), трубными (для герметичных соединений) и др. Общими требованиями для всех резьбовых соединений является обеспечение взаимозаменяемости и свинчиваемости, т.е. соединение гайки и болта без ощутимого люфта (зазора).
Метрическая резьба является универсальной, и получила наиболее широкое распространение [2, 4, 14]. Профиль метрической резьбы и основные параметры установлены по ГОСТ 9150 (см. рис. 5.1).
Рис. 5.1. Профиль метрической резьбы:
H - высота исходного треугольника, H = 0,866 P, H 1 = 0,541 P; 3/8 H= 0,325 P;
H /8=0,108 P; H /4=0,216 P
Метрическая резьба может выполняться с крупным и мелким шагом. Мелкий шаг назначается для тонкостенных деталей, при короткой длине свинчивания, равной высоте гайки, при работе в условиях вибрационных нагрузок. Зависимость шага от диаметра резьбы и ряды предпочтительного применения установлены в ГОСТ8724 (см. табл. 5.1).
Основные размеры метрической резьбы выполняются по ГОСТ24705. Расчетные значения диаметров резьбы ( d 1, d 2, d 3) могут быть определены по формулам табл. 5.2.
Основные параметры - общие для наружной (болта) и внутренней (гайки) резьбы: номинальный наружный диаметр d ( D ) (указывается в условном обозначении резьбы), номинальный внутренний диаметр d 1 ( D 1), номинальный средний диаметр d 2 ( D 2 ), шаг резьбы Р, угол профиля a=60°, высота исходного треугольника витка Н; рабочая высота витка Н 1.
|
|
|
Форма впадины у наружной резьбы может быть плоскосрезанной (по диаметру d 1) или радиусной (по диаметру d 3). Во втором случае резьба более прочная.
Свинчиваемость болта и гайки производится по среднему диаметру.
Средний диаметр (ГОСТ 11708) – это диаметр воображаемого, соосного с резьбой цилиндра, который делит профиль резьбы так, что толщина витка равна ширине впадины и равна половине шага ( Р /2).
ДОПУСКИ И ПОСАДКИ МЕТРИЧЕСКОЙ РЕЗЬБЫ С ЗАЗОРОМ
Система допусков на резьбу должна обеспечивать как свинчиваемость, так и прочность резьбового соединения. Наиболее широко применяются соединения с зазорами, однако могут быть соединения с натягами и с переходными посадками.
Система допусков для посадок с зазором установлена ГОСТ 16093. Все отклонения и допуски отсчитываются от номинального профиля в направлении, перпендикулярном оси резьбы (см. рис. 5.2).
По ГОСТ 16093 установлены степени точности на средний диаметр резьбы с 3-й по 10-ю в порядке убывания точности. В качестве основного принят допуск 6-й степени точности. Резьбы 6-й степени могут быть получены фрезерованием, нарезанием резцом, гребенкой, метчиком, плашкой, при накатывании роликом. Более точные степени требуют после операций нарезания применять шлифование профиля резьбы. Степени 3,4,5 используются для коротких резьб с мелким шагом. Для резьб с крупным шагом, при увеличенной длине свинчивания, рекомендуется применять 7-ю или 8-ю степень точности.
|
|
|
В табл. 5.3 даны допуски среднего диаметра болта - Td 2, а в табл. 5.4 допуски среднего диаметра гайки - TD 2. Кроме этого, для болта установлены допуски по наружному диаметру - Td (4, 6, 8 степени точности), а для гайки допуски по внутреннему диаметру - TD 1 (4, 5, 6, 7, 8 степени точности) (см. табл. 5.5). По ГОСТ 16093 допуски на шаг резьбы и угол профиля не установлены, возможные отклонения по ним допускаются за счет изменения среднего диаметра резьбы и введения диаметральных компенсаций. Геометрически средний диаметр, шаг и угол профиля взаимозависимы. Поэтому стандартный (табличный) допуск на средний диаметр является суммарным и определяется по формуле:
Td 2 (TD 2 )=T' d 2 (T'D 2 )+fp+f a ,
где T'd 2 (T'D 2 ) – часть суммарного допуска, которая определяет допустимое отклонение собственно среднего диаметра болта (гайки);
fp – диаметральная компенсация погрешностей по шагу;
fp=DPn* ctga /2, при a=60° fp =1,732D Pn;
D Pn - погрешность шага, в мкм, на всей длине свинчивания;
f a - диаметральная компенсация погрешностей половины угла профиля:
, при a=60° f a=0,36 Р Da /2;
(угловые минуты).
Погрешность половины угла наклона боковой стороны профиля - Da / 2 - определяется как среднее арифметическое абсолютных величин отклонений правой и левой половин угла профиля резьбы. Диаметральная компенсация равна разности средних диаметров гайки и болта, что обеспечит их свинчиваемость. Для обеспечения свинчиваемости средний диаметр болта необходимо уменьшить, а средний диаметр гайки увеличить в процессе обработки.
|
|
|
Вводится понятие – приведенный средний диаметр – диаметр условной идеальной резьбы. Это значение измеренного среднего диаметра d2 изм (D2 изм), увеличенное для наружной резьбы (или уменьшенное для внутренней) на суммарную диаметральную компенсацию погрешностей по шагу и погрешностей половины угла профиля: d 2пр= d 2изм+( fp +f a); D 2пр= D 2изм - ( fр+f a).
Оценка годности резьбы производится набором калибров: гладкие калибры для наружного диаметра болта и внутреннего − у гайки, резьбовые калибры (резьбовые пробки и кольца с проходной и непроходной сторонами)
Проходной резьбовой калибр имеет полный профиль и проверяет приведенный средний диаметр d2 пр (D2пр ) (см. рис. 5.3), т.е. верхний предел допуска у болта или нижний − у гайки. Он выполняет комплексный контроль всех элементов резьбы ( d 2 (D 2 ), P, a)Непроходной резьбовой калибр имеет укороченную длину профиля, срезанный виток и направляющий поясок, контролирует наименьший средний диаметр у болта или наибольший у гайки.
Условия годности резьбы по среднему диаметру:
условие прочности условие свинчиваемости
• для болта d2 изм ³ d2 min, d2 пр £ d2 max ;
• для гайки D2 изм £ D2 max , D2 пр ³ D2 min.
Положение полей допусков определяется значением основных отклонений. Для наружной резьбы предусмотрено пять верхних отклонений - еs - («в тело»), обозначаемых в порядке возрастания зазора буквами - h; g; f; e; d. Для внутренней резьбы предусмотрено четыре нижних отклонения EI - («в тело»), обозначаемых - H; G; F; E (см. табл. 5.6 и см. рис. 5.4).
Таблица5.1
Диаметры и шаги по ГОСТ 8724
| Номинальный диаметр d | Шаг резьбы Р | Номинальный диаметр d | Шаг резьбы Р | ||||||
| 1-й ряд | 2-й ряд | 3-й ряд | Крупный | Мелкий | 1-й ряд | 2-й ряд | 3-й ряд | Крупный | Мелкий |
| 0,8 | 0,5 | 4; 3; 2; 1,5; 1 | |||||||
| 0,5 | 4;3;2;1,5 | ||||||||
| 1,25 | 1; 0,75; 0,5 | 5,5 | 4; 3; 2; 1,5; 1 | ||||||
| 1,5 | 1,25; 1; 0,75; 0,5 | 58; 62 | - | 4; 3; 2; 1,5 | |||||
| 1,75 | 1,5; 1,25; 1; 0,75; 0,5 | 4; 3; 2; 1,5; 1 | |||||||
| 1,5; 1,.25; 1; 0,75; 0,5 | - | 4; 3; 2; 1,5 | |||||||
| 15;17 | 1,5; 1 | 6; 4; 3; 2; 1,5 | |||||||
| 1,5; 1; 0,75; 0,5 | - | 4; 3; 2; 1,5 | |||||||
| 18; 22 | 2,5 | 2; 1,5; 1; 0,75 | 72;80 | - | 6; 4; 3; 2; 1,5; 1 | ||||
| 2; 1.5; 1; 0,75 | 78; 82 | - | |||||||
| 25; 28 | - | 2; 1,5; 1 | - | 6; 4; 3; 2; 1,5 | |||||
| 3,5 | 2; 1.5; 1; 0,75 | - | 6; 4; 3; 2; 1,5 | ||||||
| 26; 35; | - | 1,5 | - | 6; 4; 3; 2; 1,5 | |||||
| 3;2;1,5;1. | - | 6; 4; 3; 2; 1,5 | |||||||
| - | 3;2;1,5 | - | 6; 4; 3; 2; 1,5 | ||||||
| 4,5 | 4; 3; 2; 1,5; 1 | - | 8; 6; 4; 3; 2;1,5 | ||||||
| 4; 3; 2; 1,5; 1 | 140; | 150; | - | 8; 6; 4; 3; 2;1,5. | |||||
| - | 3; 2; 1,5 | 180; | - | 8; 6;4; 3; |
Таблица5.2
|
|
|
Размеры диаметров метрической резьбы по ГОСТ 24705
| Шаг резьбы, мм | Диаметр резьбы | Внутренний диаметр болта по дну впадин d 3 | |
| Средний диаметр d 2( D 2) | Внутренний диаметр d 1( D 1) | ||
| 0,5 | d - 1+0,675 | d - 1+0,459 | d - 1+0,386 |
| 0,75 | d - 1+0,513 | d - 1+0,188 | d - 1+0,080 |
| 0,8 | d - 1+0,480 | d - 1+0,134 | d - 1+0,018 |
| d - 1+0,350 | d - 2+0,917 | d - 2+0,773 | |
| 1,25 | d - 1+0,188 | d - 2+0,647 | d - 2+0,466 |
| 1,5 | d - 1+0,026 | d - 2+0,376 | d - 2+0,160 |
| 1,75 | d - 2+0,863 | d - 2+0,106 | d - 3+0,853 |
| d - 2+0,701 | d - 3+0,835 | d - 3+0,546 | |
| 2,5 | d - 2+0,376 | d - 4+0,294 | d - 4+0,933 |
| d - 2+0,051 | d - 4+0,752 | d - 4+0,319 | |
| 3,5 | d - 3+0,727 | d - 4+0,211 | d - 5+0,706 |
| d - 3+0,402 | d - 5+0,670 | d - 5+0,093 | |
| 4,5 | d - 3+0,077 | d - 5+0,129 | d - 6+0,479 |
| d - 4+0,752 | d - 5+0,587 | d - 7+0,866 | |
| 5,5 | d - 4+0,428 | d - 6+0,046 | d - 7+0,252 |
| d - 4+0,103 | d - 7+0,505 | d - 8+0,639 |
Рис.5.2. Расположение полей допусков по профилю резьбы.
болта с основным отклонением g (f; e; d) и гайки с основным отклонением H
Таблица5.3
Допуск среднего диаметра болта Тd 2, мкм, по ГОСТ 16093
| Номинальный диаметр резьбы d, мм | Шаг Р, мм | Степень точности | |||||||
| Свыше 5,6 до 11,2 | 0,5 | (132) | - | - | |||||
| 0,75 | (160) | - | - | ||||||
| 1,0 | |||||||||
| 1,25 | |||||||||
| 1,5 | |||||||||
| Свыше 11,2 до 22,4 | 0,5 | (140) | - | - | |||||
| 0,75 | (170) | - | - | ||||||
| 1,0 | |||||||||
| 1,25 | |||||||||
| 1,5 | |||||||||
| 1,75 | |||||||||
| 2,0 | |||||||||
| 2,5 | |||||||||
| Свыше 22,4 до 45 | 0,5 | - | - | - | |||||
| 0,75 | (180) | - | - | ||||||
| 1,0 | |||||||||
| 1,5 | |||||||||
| 2,0 | |||||||||
| 3,0 | |||||||||
| 3,5 | |||||||||
| 4,0 | |||||||||
| 4,5 | |||||||||
| Свыше 45 до 90 | 0,5 | - | - | - | |||||
| 0,75 | - | - | - | ||||||
| 1,0 | |||||||||
| 1,5 | |||||||||
| 2,0 | |||||||||
| 3,0 | |||||||||
| 4,0 | |||||||||
| 5,0 | |||||||||
| 5,5 | |||||||||
| 6,0 | |||||||||
| Свыше 90 до 180 | 1,0 | - | - | - | |||||
| 1,5 | |||||||||
| 2,0 | |||||||||
| 3,0 | |||||||||
| 4,0 | |||||||||
| 6,0 |
Примечания:1. Значения, указанные в скобках, по возможности не применять.
2. Для деталей из пластмасс использовать 10-ю степень точности.
Таблица5.4
Допуски среднего диаметра гайки Тd 2, мкм, по ГОСТ 16093
| Номинальный диаметр резьбы d, мм | Шаг Р, мм | Степень точности | ||||
| Свыше 5,6 до 11,2 | 0,5 | - | ||||
| 0,75 | - | |||||
| 1,0 | ||||||
| 1,25 | ||||||
| 1,5 | ||||||
| Свыше 11,2 до 22,4 | 0,5 | - | ||||
| 0,75 | - | |||||
| 1,0 | ||||||
| 1,25 | ||||||
| 1,5 | ||||||
| 1,75 | ||||||
| 2,0 | ||||||
| 2,5 | ||||||
| Свыше 22,4 до 45 | 0,5 | - | - | |||
| 0,75 | - | |||||
| 1,0 | ||||||
| 1,5 | ||||||
| 2,0 | ||||||
| 3,0 | ||||||
| 3,5 | ||||||
| 4,0 | ||||||
| 4,5 | ||||||
| Свыше 45 до 90 | 0,5 | - | - | |||
| 0,75 | - | - | ||||
| 1,0 | ||||||
| 1,5 | ||||||
| 2,0 | ||||||
| 3,0 | ||||||
| 4,0 | ||||||
| 5,0 | ||||||
| 5,5 | ||||||
| 6,0 | ||||||
| Свыше 90 до 180 | 1,0 | - | ||||
| 1,5 | ||||||
| 2,0 | ||||||
| 3,0 | ||||||
| 4,0 | ||||||
| 6,0 |
Таблица5.5
Допуски диаметров d и D 1, мкм
| Шаг Р, мм | Степень точности | |||||||
| Наружная резьба Тd | Внутренняя резьба TD 1 | |||||||
| 0,5 | - | - | ||||||
| 0,75 | - | - | ||||||
| 0,8 | ||||||||
| 1,0 | ||||||||
| 1,25 | ||||||||
| 1,5 | ||||||||
| 1,75 | ||||||||
| 2,0 | ||||||||
| 2,5 | ||||||||
| 3,0 | ||||||||
| 3,5 | ||||||||
| 4,0 | ||||||||
| 4,5 | ||||||||
| 5,0 | ||||||||
| 5,5 | ||||||||
| 6,0 |
Примечание. Другие степени точности для диаметров d и D 1 не применяются.
Таблица5.6
Числовые значения основных отклонений диаметров наружной
и внутренней резьбы, мкм, по ГОСТ 16093
| Шаг резьбы Р, мм | Наружная резьба, es для d и d 2 | Внутренняя резьба, EI для D и D 1 | |||||
| d | e | f | g | E | F | G | |
| 0,5 | - | - 50 | - 36 | -20 | +50 | +36 | +20 |
| 0,75 | - | -56 | - 38 | -22 | +56 | +38 | +22 |
| 0,8 | - | - 60 | - 38 | -24 | +60 | +38 | +24 |
| 1,0 | -90 | - 60 | - 40 | -26 | +60 | +40 | +26 |
| 1,25 | -95 | - 63 | - 42 | -28 | +63 | +42 | +28 |
| 1,5 | -95 | - 67 | - 45 | -32 | +67 | +45 | +32 |
| 1,75 | -100 | -71 | - 48 | -34 | +71 | +48 | +34 |
| 2,0 | -100 | -71 | - 52 | -38 | +71 | +52 | +38 |
| 2,5 | -106 | - 80 | - 58 | -42 | +80 | - | +42 |
| 3,0 | -112 | - 85 | - 63 | -48 | +85 | - | +48 |
| 3,5 | -118 | - 90 | - | -53 | +90 | - | +53 |
| 4,0 | -125 | -95 | - | -60 | +95 | - | +60 |
| 4,5 | -132 | -100 | - | -63 | +100 | - | +63 |
| 5,0 | -132 | -106 | - | -71 | +106 | - | +71 |
| 5,5 | -140 | -112 | - | -75 | +112 | - | +75 |
| 6,0 | -140 | -118 | - | -80 | +118 | - | +80 |
Примечание. Основные отклонения для h и Н равны 0.
Таблица5.7
Длины свинчивания для групп S; N; L по ГОСТ 16093
| Номинальный диаметр резьбы d, мм | Шаг Р, мм | Длина свинчивания, мм | |||
| S | N | L | |||
| До | Свыше | До | Свыше | ||
| Свыше 5,6 до 11,2 | 0,5 | 1,6 | 1,6 | 4,7 | 4,7 |
| 0,75 | 2,4 | 2,4 | 7,1 | 7,1 | |
| 1,0 | 3,0 | 3,0 | |||
| 1,25 | 4,0 | 4,0 | |||
| 1,5 | 5,0 | 5,0 | |||
| Свыше 11,2 до 22,4 | 0,5 | 1,8 | 1,8 | 5,5 | 5,5 |
| 0,75 | 2,8 | 2,8 | 8,3 | 8,3 | |
| 1,0 | 3,8 | 3,8 | |||
| 1,25 | 4,5 | 4,5 | |||
| 1,5 | 5,6 | 5,6 | |||
| 1,75 | 6,0 | 6,0 | |||
| 2,0 | 8,0 | 8,0 | |||
| 2,5 | |||||
| Свыше 22,4 до 45 | 0,5 | 2,1 | 2,1 | 6,3 | 6,3 |
| 0,75 | 3,1 | 3,1 | 9,5 | 9,5 | |
| 1,0 | 4,0 | 4,0 | |||
| 1,5 | 6,3 | 6,3 | |||
| 2,0 | 8,5 | 8,5 | |||
| 3,5 | |||||
| 4,5 | |||||
| Свыше 45 до 90 | 1,0 | 4,8 | 4,8 | ||
| 1,5 | 7,5 | 7,5 | |||
| 2,0 | 9,5 | 9,5 | |||
| 3,0 | |||||
| 4,0 | |||||
| 5,0 | |||||
| 5,5 | |||||
| 6,0 | |||||
| Свыше 90 до 180 | 1,5 | 8,3 | 8,3 | ||
| 2,0 | |||||
| 3,0 | |||||
| 4,0 | |||||
| 6,0 |
Примечание. Номинальные диаметры в указанных пределах выбирать по табл. 5.1.
|
|
 |
|
Рис. 5.3. Схемы расположения полей допусков по среднему диаметру:
а – болта; б - гайки
Поле допуска метрической резьбы состоит из обозначения поля допуска среднего диаметра ( d 2 или D 2), указанного на первом месте, и обозначения поля допуска наружного диаметра для болта d и поля допуска внутреннего диаметра для гайки D 1: например: 7 g 6 g; 5 H 6 H.
Если обозначение поля допуска диаметра выступов совпадает с обозначением поля допуска среднего диаметра, то оно в обозначении поля допуска резьбы не повторяется: 6 g; 6 H.
Точность резьбы зависит от длины свинчивания, (длины участка взаимного перекрытия наружной и внутренней резьбы в осевом направлении), так как чем длиннее резьба, тем больше накопленная погрешность шага. Три группы длин свинчивания устанавливает ГОСТ 16093: S - короткие; N - нормальные; L - длинные (см. табл. 5.7). Для нормальной ( N ) длины высота гайки равна 0,8 d.
Нормальная длина свинчивания в обозначении резьбы не указывается, в остальных случаях необходимо указывать длину свинчивания, например:
− М18 × 1,5-4 Н 5 Н - LH - гайка, шаг р = 1,5; D = 18; TD 2 по 4 Н, TD 1 по 5 Н, резьба левая; (завинчивают против часовой стрелки);
− M18-6 H - гайка с крупным шагом р = 2,5, 6-й степени точности, с основным отклонением Н для среднего и внутреннего диаметров;
− M18-6 g -40 - болт с крупным шагом р = 2,5, 6-й степени точности с основным отклонением g для среднего и наружного диаметров, длина свинчивания - 40 мм.
В соответствии со сложившейся ранее практикой поля допусков условно сгруппированы в три класса точности и рекомендованы к применению в зависимости от длины свинчивания (см. табл. 5.8).
Рис. 5.4. Основные отклонения метрической резьбы с зазором:
а – для наружной; б – для внутренней
Таблица5.8
Поля допусков метрической резьбы с зазором по ГОСТ 16093
| Класс точности по ОСТ | Длина свинчивания | Наружная резьба | Внутренняя резьба | ||||
| S | (3 h 4 h ) | 4 H | |||||
| N | ; 4 h | 4 H 5 H; 5 H | ||||
| L | (5 h 4 h ) | 6 H | |||||
| S | 5 g 6 g; (5 h 6 h ) | (5 G ); 5 H | |||||
| N | 6 d; 6 e; 6 f; 6;;6 h | 6 G; | ||||
| L | (7 e 6 e ); 7 g 6 g; (7 h 6 h ) | (7 G ); 7 H | |||||
| S | ----------- | ----------- | |||||
| Грубый | N | 8 g; (8 h ) | 7 G; 7 H | ||||
| L | (9 g 8 g ) | (8 G ); 8 H |
Примечания: 1. В рамку заключены предпочтительные поля допусков.
2.Применение полей допусков, заключенных в скобки, не рекомендуется.
Точный класс применяется для резьбы с мелким шагом, для точной кинематической резьбы приборов и для резьбообразующего инструмента.
Средний класс получил наибольшее применение. В машиностроении наиболее часто для резьбы с мелким шагом используют поля допусков: для болтов – 5g6g, а для гайки – 5Н.
Грубый класс применяется для резьбы в длинных глухих отверстиях, при пониженных требованиях к точности [12].
