Кто придумал резьбовое соединение


Шестиcотлетняя история болтового соединения | Новости

Далеко не каждый задумывается о том, кто и когда придумал колесо, лыжи, кирпич. Сюда же можно отнести и столь знакомое практически каждому человеку болтовое соединение деталей. Круглый стержень с квадратной или шестигранной головкой, резьбой и накрученной на него гайкой уже стали неотъемлемой частью практически любого устройства, механизма или конструкции и кажется, что болты с гайками были всегда. Но это далеко не так.

Специалисты по истории техники относят появление первых болтов, отдаленно напоминающих современные, где-то к середине XV века. В то же время его прообразом можно считать стержни с головкой и прорезью для установки клинового фиксатора, которые использовались еще древнеримскими мастерами при навеске дверей. На начальном этапе болты с резьбой, использовались без гаек, и вкручивались в металл или дерево как шурупы или самонарезающие винты.

Сложности, возникавшие при ручной нарезке резьбы, заставили лучшие умы того времени придумывать механизмы для ускорения и упрощения этой работы. В частности эскизы, найденные исследователями инженерного наследия Леонардо да Винчи в его записных книжках, свидетельствуют о том, что в конце XV – начале XVI в. великий итальянец думал над устройством винторезного станка. Однако первым устройством для нарезки резьбы, имеющим практическое применение, принято считать станок француза Ж. Бессона, который изобрел его в 1568 г.

В то время, когда уже существует болт, на стержне которого нарезана резьба и есть необходимость соединения нескольких элементов, возникновение гайки было лишь вопросом времени. И по данным исторических источников в конце XVI, начале XVII в. появились гайки, подобные своим сегодняшним потомкам. Правда, изготавливались они, так же как и болты – вручную, что делало весьма сложной работой подбор соответствующей друг другу пары - болта и гайки.

Так долго продолжаться не могло, тем более что во время промышленной революции XVIII века потребовалось упростить сборку сложных механизмов, повысить качество соединений деталей и агрегатов без снижения надежности. Все это могло обеспечить болтовое соединение, началом массового использования которого можно признать 1765 год, когда шотландец Джеймс Уатт придумал и изготовил паровую машину двойного действия. Другие изобретатели прошли уже проторенным путем, поэтому болты и гайки стали широко использоваться во многих механизмах уже в то время.

Однако на пути массового использования болтового соединения встала одна большая проблема – резьбы разных мастеров были также различны. Объяснялось это технологией изготовления болтов и гаек. Так, резьба на стержень большого диаметра выполнялась при помощи ковочного штампа, которым кузнец ударял по раскаленной заготовке. На болтах малого диаметра резьба нарезалась на токарных станках, но резец удерживался руками, поэтому глубина и шаг резьбы зависели от умения и силы рук рабочего.

Вопросами механизированной нарезки резьбы занимались многие механики, последовательно совершенствую конструкцию токарного станка. Значительные успехи в этой сфере были достигнуты во второй половине XVIII века. Так в 1778 г. британским механиком Д. Рамедоном были разработаны станки для нарезания резьбы двух типов. У одного станка резец передвигался вдоль вращающейся заготовки, причем скорость его перемещения зависела от скорости вращения эталонного винта. Для изменения шага резьбы токарь должен был менять шестерни. Второй станок позволял нарезать резьбу на заготовках, длина которых была больше длины эталона. Здесь резец также передвигался вдоль вращающейся заготовки, но перемещение шло при помощи струны. В 1795 г. механиком из Франции Сено был изготовлен один из первых образцов станков, предназначенных исключительно для нарезки резьбы.

Наиболее совершенным по тем временам был универсальный токарный станок, разработанный англичанином Генри Модсли в 1800 г. содержавший все основные элементы современного токарно-винторезного станка. До середины XIX века нарезка резьбы на винторезных станках была единственной технологией изготовления болтов и гаек. Но в это время американец У. Уорд предложил использовать в этих целях горячую ковку. Для этого пруток, имеющий диаметр болта, нагревается до 870°С и пропускается через специальные плашки, которые выдавливают резьбу на боковых поверхностях заготовки.

Через некоторое время тот же У. Уорд усовершенствовал технологию, пропустив пруток через плашки в холодном состоянии. Понятно, что при этом плашки и станок должны быть значительно прочнее, т.к. на них воздействуют значительные усилия, но резьба, полученная при помощи такой технологии, обладает более высокой прочностью и минимальными отклонениями от заданных размеров.

С конца XIX века и до настоящего времени массовый выпуск болтов и гаек производится преимущественно с использованием холодным методом непрерывного формообразования. В качестве исходного материала используется проволока или пруток, из которых сначала вырезается стержень необходимой длины, а далее при помощи ряда штампов формируется головка, делаются фаски, а затем на полученную заготовку накатывается резьба.

www.mir-krepega.ru

www.mir-krepega.ru

История резьбового соединения

Для кого статья: для всех, кому интересная история, или тех, кто хочет знать больше о своей работе.Чему научит данная статья: поможет узнать больше о резьбовом сооединении.

Резьбовое соединение является одной из разновидностей крепежа. Тяжело представить себе, на каком этапе технологического прогресса находилось бы на данный момент человечество, если бы не был придуман этот вид соединения. К счастью, в период эпохи Ренессанса была изобретена резьба, которая заключается в нанесении на металлическую поверхность выступов. Существует мнение, что подобные элементы были известны еще во времена Римской империи. Из-за своей большой стоимости они не получили широкого распространения и использовались исключительно в ювелирных изделиях, медицинских инструментах, а также дорогостоящих деталях.

Можно с уверенностью утверждать, что в XV столетии миру были представлены первые резьбовые детали – болты. Они использовались как части часовых механизмов, скрепляя их детали. Изготовители воинских доспехов в своей работе также применяли резьбу – упоминания об этом имеются в литературе тех времен. Первый печатный станок известного немецкого изобретателя Иоганна Гуттенберга, благодаря которому мы и по сей день имеем возможность наслаждаться печатным словом, имел резьбовые соединения. Записки Леонардо да Винчи – культового итальянского художника и ученого – содержат незавершенные проекты винторезных станков. Первое подобное устройство было изобретено французом Ж. Бессоном.

Элементы, оснащенные внутренней резьбой, возникли только через два столетия. Изначально резьба была дюймовой и лишь в начале XIX века во Франции возникла метрическая. Первые гайки изготовлялись ручным способом, они характеризовались плохой обработкой и низким качеством. Постепенно детали начали применяться в разных областях техники, их форма и размер постоянно совершенствовались. Также менялся материал, предназначенный для изготовления данных деталей. Со временем появились гайки с отверстием в форме квадрата, шести- и восьмиугольника, а также элементы, напоминающие колпачок и коронку.

Начало промышленной революции в XVIII веке дало толчок старту широкого производства гаек и болтов.  Изготовители первых машин были осведомлены о том, что подобное соединение помогает усовершенствовать сложную конструкцию механизмов, облегчает их сборку, а также существенно повышает прочность устройств. Множество известных изобретений тех времен было сконструировано с применением резьбовых крепежных элементов. Среди них – машины, предназначенные для пряжи и очистки хлопка.

На сегодняшний день трудно найти технологическую сферу, в которой бы не применялись резьбовые детали. Они не теряют свою популярность из-за легкости, универсальности и надежности в эксплуатации. Вплоть до XXI столетия считалось, что резьба вместе с колесом и зубчатой передачей является изобретением исключительно человека, и не существует ничего подобного в природе. Это утверждение было подвергнуто сомнению немецкими учеными из Технологического института, расположенного в Карлсруэ. В 2011 году они разместили статью в популярном и весьма авторитетном академическом издании Science. Речь шла о строении суставов жуков семейства слоников, которые обитают на острове Новая Гвинея. Лапы животных соединены с телом при помощи вертлужного кольца, которое крепится к тазику (аналогу тазобедренного сустава у млекопитающих). На самом кольце находятся выступы, которые по форме напоминают конический винт. Тазик также имеет «резьбовую» выемку. Подобный тип соединения способствует более прочному креплению конечностей и гарантирует насекомому устойчивость при перемещении в пространстве.

evrokrep.ru

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

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);

dl — внутренний диаметр резьбы гайки;

d3 — внутренний диаметр резьбы винта;

d2 — средний диаметр резьбы, на котором ширины профилей винта и гайки совпадают;

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

рh — 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 ph = р.

Для многозаходной резьбы ph = 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);

d2, D2 — средние диаметры соответственно болта и гайки;

d1, D1 — внутренние диаметры соответствен­но болта и гайки;

d3 — 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

средний

внутренний

внутренний по дну впадины

С крупным шагом

0,40

2,0

1,740

1,567

1,509

0,45

(2,2)

1,908

1,713

1,648

0,45

2,5

2,208

2,013

1,948

0,50

3,0

2,675

2,459

2,387

0,60

(3,5)

3,110

2,850

2,764

0,70

4

3,546

3,242

3,141

0,75

(4,5)

4,013

3,688

3,580

0,80

5

4,480

4,134

4,019

1

6

5,350

4,918

4,773

1,25

8

7,188

6,647

6,466

1,50

10

9,026

8,376

8,160

1,75

12

10,863

10,106

9,853

Продолжение табл. 1.12

Диаметр резьбы

Шаг резьбы р

наружный

средний

внутренний

внутренний по дну впадины

2

(14)

12,701

11,835

11,546

2

16

14,701

13,835

13,546

2,5

(18)

16,376

15,294

14,933

2,5

20

18,376

17,294

16,933

2,5

(22)

20,376

19,294

18,933

3

24

22,051

20,752

20,319

3

(27)

25,051

23,752

23,319

3,5

30

27,727

26,211

25,706

3,5

(33)

30,727

29,211

28,706

4

36

33,402

31,670

31,093

4

(39)

36,402

34,670

34,093

4,5

42

39,077

37,129

36,479

4,5

(45)

42,077

40,129

39,479

5

48

44,752

42,587

41,866

5

(52)

48,752

46,587

45,866

5,5

56

52,428

50,046

49,252

5,5

(60)

56,428

54,046

53,252

6

64

60,103

57,505

56,639

6

(68)

64,103

61,505

60,639

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

тайные.

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 Wп на винте к затраченной WЗ 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/мм2 (МПа); произве­дение чисел, умноженное на 10, определяют предел текучести в Н/мм2.

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/мм2 (МПа)

Предел текучести от, Н/мм2 (МПа)

Марка стали

болта

гайки

4.6

400

240

20

20, СтЗкпЗ

5.6

500

300

30, 35

10, 10кп

6.8

600

360

20, 20кп

15, 15кп

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

СтЗ и 10

340

200

160

ЗОХ

800

640

280

20

400

240

170

30ХГСА

1000

900

300

35

500

300

180

ВТ16

1200

-

350

40

600

360

240

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.

Таблица 1.15. Значение допускаемого коэффициента запаса [s]

Материал болта

[s]T при неконтролируемой затяжке и постоянной нагрузке при

М6...М16

М16...М30

М30...М60

Углеродистая сталь

5...4

4...2,5

2,5...1,5

Легированная сталь

6,5...5

5...3.3

3,3

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 d1 — внутренний диаметр резьбы.

Условие прочности при растяжении:

Расчетный диаметр d1 — согласовать со стандартом и записать найденный номинальный диаметр резьбы.

Рисунок 5.1.15

2. Болт затянут, внешняя нагрузка отсутствует (кре­пление крышек корпусов редукторов, крепление герме­тичных крышек). Болт затягивается осевой силой F0 и закручивается моментом сил трения в резьбе (рис. 5.1.15).

Напряжение растяжения от силы Fзат:

где dpaсч = d - 0,94p;

d и р — наружный диаметр резьбы и шаг резьбы;

Fзат - на практике определяют:

Fзат = КзатF, где F — внешняя нагрузка на один болт;

Кзат — коэффициент затяжки по условию нераскрытия стыка.

При постоянной нагрузке Кзат = 1,25...2.

При переменной нагрузке Кзат = 2,5...4.

При металлической фасонной прокладке Кзат = 2...3.

При металлической плоской прокладке Кзат = 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',d2/dl = 1,12 и f = 0,15; чему соответствует = 8°40', получим:

studfiles.net

Детали машин



Соединение деталей с помощью резьбы является одним из старейших и наиболее распространенных видов разъемного соединения. Легко и просто обеспечивает сборку и разборку. Резьбовое соединение образуют две детали. У одной из них на наружной, а у другой на внутренней поверхности выполнены расположенные по винтовой поверхности выступы – соответственно наружная и внутренняя резьбы. Резьбы формируют на цилиндрических или конических поверхностях. Наибольшее распространение имеют цилиндрические резьбы.

Резьбы классифицируют по различным признакам:

По направлению винтовой линии: правая, левая.

По форме профиля: треугольная, трапецеидальная, прямоугольная, круглая, упорная, метрическая, дюймовая. По расположению на детали: внешняя, внутренняя. По характеру поверхности: цилиндрическая, коническая. По назначению: крепежная, крепежно-уплотняющая, ходовая (для передачи движения), специальная (в т. ч.: часовая, на пластмассовых деталях, окулярная, круглая для объективов микроскопов, круглая для светотехники). По числу заходов: однозаходная, многозаходная.

***

Характеристика основных видов резьбы

Метрическая резьба

Метрическая резьба (рис. 1, а) является основным типом крепежной резьбы. Профиль резьбы установлен ГОСТ 9150–81 и представляет собой равносторонний треугольник с углом профиля α = 60°. Профиль резьбы на стержне отличается от профиля резьбы в отверстии величиной притупления его вершин и впадин.

Основными параметрами метрической резьбы являются: номинальный диаметр – d(D) и шаг резьбы – Р, устанавливаемые ГОСТ 8724–81 в миллиметрах.

Метрические резьбы бывают с крупным и мелким шагом. Для каждого размера (диаметра) резьбы стандартом установлен номинальный шаг. Если резьба на изделии имеет шаг меньше номинального, то такая резьба считается мелкой, если шаг больше номинального - резьба крупная.

По ГОСТ 8724–81 каждому номинальному размеру резьбы с крупным шагом соответствует несколько мелких шагов.

Резьбы с мелким шагом применяются в тонкостенных соединениях для увеличения их герметичности, для осуществления регулировки в приборах точной механики и оптики, с целью увеличения сопротивляемости деталей самоотвинчиванию.

В случае, если диаметры и шаги резьб не могут удовлетворить функциональным и конструктивным требованиям, введен СТ СЭВ 183–75 «Резьба метрическая для приборостроения». Если одному диаметру соответствует несколько значений шагов, то в первую очередь применяются большие шаги. Диаметры и шаги резьб, указанные в скобках, по возможности не применяются.

В случае применения конической метрической резьбы (рис. 1, ж) с конусностью 1:16 профиль резьбы, диаметры, шаги и основные размеры установлены ГОСТ 25229–82. При соединении наружной конической резьбы с внутренней цилиндрической по ГОСТ 9150–81 должно обеспечиваться ввинчивание наружной конической резьбы на глубину не менее 0,8d.

Дюймовая резьба

Дюймовая резьба (рис. 1, б) относится к крепежной резьбе. В настоящее время не существует стандарт, регламентирующий основные размеры дюймовой резьбы. Ранее существовавший ОСТ НКТП 1260 отменен, и применение дюймовой резьбы в новых разработках не допускается. В СНГ ее применяют только для резьбовых деталей старых, а также импортных машин (Китай, США и др.).

Дюймовая резьба характеризуется тем, что имеет треугольный профиль с углом α = 55°, а диаметр измеряется в дюймах, шаг - числом ниток резьбы на длине в 1”. Эта резьба была стандартизована для наружных диаметров d = 3/16” - 4” и числом ниток на 1” от 28 до 3. При обозначении дюймовой резьбы наружный диаметр указывают в дюймах.

Трубная цилиндрическая резьба

Трубную цилиндрическую резьбу (рис. 1, в) используют как крепежно-уплотняющую. В соответствии с ГОСТ 6367–81 трубная цилиндрическая резьба имеет профиль дюймовой резьбы, т.е. равнобедренный треугольник с углом α при вершине, равным 55°. Для лучшего уплотнения резьбу выполняют с закругленным треугольным профилем без зазоров по выступам и впадинам. Условное обозначение резьбы дается по внутреннему диаметру (в дюймах) трубы, на которой она нарезана.

Резьба стандартизована для диаметров от 1/16” до 6” при числе шагов z от 28 до 11. Номинальный размер резьбы условно отнесен к внутреннему диаметру трубы (к величине условного прохода). Так, резьба с номинальным диаметром 1 мм имеет диаметр условного прохода 25 мм, а наружный диаметр 33,249 мм.

Трубную резьбу применяют для соединения труб, а также тонкостенных деталей цилиндрической формы. Такого рода профиль (α = 55°) рекомендуют при повышенных требованиях к плотности (непроницаемости) трубных соединений. Применяют трубную резьбу при соединении цилиндрической резьбы муфты с конической резьбой труб, так как в этом случае отпадает необходимость в различных уплотнениях.

Трубная коническая резьба

Трубную коническую резьбу (рис. 1, з) используют как крепежно-уплотняющую. Параметры и размеры трубной конической резьбы определены ГОСТ 6211–81, в соответствии с которым профиль резьбы соответствует профилю дюймовой резьбы. Резьба стандартизована для диаметров от 1/16” до 6” (в основной плоскости размеры резьбы соответствуют размерам трубной цилиндрической резьбы).

Нарезаются резьбы на конусе с углом конусности φ/2 = 1°47'24” (как и для метрической конической резьбы), что соответствует конусности 1:16.

Конические резьбы обеспечивают герметичность соединения резьбовых деталей без специальных уплотнений. Применение конической резьбы позволяет резко уменьшить время (угол относительного поворота винта и гайки) завинчивания и отвинчивания, что часто имеет решающее значение для быстроразборных соединений. Применяется резьба для резьбовых соединений топливных, масляных, водяных и воздушных трубопроводов машин и станков. Для возможности свертывания конических резьб с цилиндрическими, биссектриса угла профиля конусной резьбы по ГОСТ должна быть перпендикулярна оси.

Прямоугольная резьба

Прямоугольная резьба (рис. 1, д) относится к резьбам для передачи движений под нагрузкой. Она имеет прямоугольный или квадратный профиль, диаметр и шаг прямоугольной резьбы измеряют в миллиметрах.

Прямоугольная резьба не стандартизована и применяется сравнительно редко, так как наряду с преимуществами, заключающимися в более высоком коэффициенте полезного действия, чем у трапецеидальной резьбы, она менее прочна и сложнее в производстве. Ее заменяют трапецеидальной - более удобной в изготовлении. Применяется при изготовлении винтов, домкратов и ходовых винтов.

Трапецеидальная резьба

Трапецеидальную резьбу (рис. 1, е) широко применяют в передачах винт-гайка. Она имеет симметричный трапецеидальный профиль с углом профиля α = 30°. Для червяков червячных передач угол профиля α = 40°.

Основные размеры диаметров и шагов трапецеидальной однозаходной резьбы для диаметров от 10 до 640 мм устанавливают ГОСТ 9481–81. По сравнению с прямоугольной трапецеидальная резьба при одних и тех же габаритах имеет большую прочность, более технологична в изготовлении. Трапецеидальная резьба применяется для преобразования вращательного движения в поступательное при значительных нагрузках и может быть одно- и многозаходной (ГОСТ 24738–81 и 24739–81), а также правой и левой.

Трапецеидальная резьба при использовании гайки, разъемной по осевой плоскости (например, у ходовых винтов станков), позволяет выбирать зазоры путем радиального сближения половин гайки при ее изнашивании.

Упорная резьба

Упорную резьбу (рис. 1, и) применяют в нажимных винтах с большой односторонней осевой нагрузкой. Упорная резьба, стандартизованная ГОСТ 24737–81, имеет профиль неравнобокой трапеции, одна из сторон которой наклонена к вертикали под углом 3°, т.е. рабочая сторона профиля, а другая – под углом 30°.

Форма профиля и значение диаметров шагов для упорной однозаходной резьбы устанавливает ГОСТ 10177–82. Резьба стандартизована для диаметров от 10 до 600 мм с шагом от 2 до 24 мм и применяется при больших односторонних усилиях, действующих в осевом направлении.

Закругление (см. размер е, рис. 1, и) повышает прочность винта. Условное обозначение упорной резьбы для наружного диаметра 80 мм и шага 16 мм - S 80×16, т. е. аналогично обозначению трапецеидальной резьбы.

Круглая резьба

Круглая резьба (рис. 1, г) стандартизована. Профиль круглой резьбы образован дугами, связанными между собой участками прямой линии. Угол между сторонами профиля α = 30°.

Резьба применяется ограниченно: для водопроводной арматуры, в отдельных случаях для крюков подъемных кранов, а также в условиях воздействия агрессивной среды.

Многозаходная резьба

У однозаходной резьбы (рис. 3, а) шаг и ход резьбы одинаковые, при этом за один оборот винта гайка перемещается на величину шага. Если перемещение гайки за один оборот должно быть большим, то ход, а следовательно, и шаг однозаходного винта должны быть большими. Чем больше шаг, тем глубже получается резьба (высота резьбы зависит от шага) и тем меньше будет внутренний диаметр винта. Винт с малым внутренним диаметром недостаточно прочен и не может передавать больших усилий.

Для усиления прочности винта, одновременно с увеличением хода, применяют многозаходную резьбу. В этом случае шаг, высота резьбы и ее внутренний диаметр соответствуют однозаходной, а ход резьбы во столько раз больше шага, сколько имеется заходов, например, у двухзаходной резьбы (рис. 3, б) ход вдвое больше ее шага, у трехзаходной (рис. 2, в) - втрое больше и т. д.

Пример удобства многозаходной резьбы – крышки на банках с консервированными овощами или соками. Легкий поворот руки на небольшой угол - и банка открыта. Следует, также, отметить, что на цилиндрах большого диаметра попасть в заход однозаходной резьбы очень сложно, и в этом случае проблему можно уменьшить при помощи многозаходной резьбы.

Чтобы проще было понять, что такое многозаходная резьба и для чего она нужна, следует вспомнить о таких параметрах резьбы, как ее шаг и ход. Шаг резьбы (P) - это расстояние между соседними одноименными точками профиля в направлении, параллельном оси резьбы той же винтовой поверхности. Ход резьбы (Ph) - расстояние, на которое переместится вдоль оси винт при одном полном его обороте в неподвижной гайке, т. е. шаг одной и той же винтовой линии резьбы.

Очевидно, что если резьба однозаходная, то ее шаг и ход равны между собой, поскольку за один оборот винта его стержень переместится вдоль оси на величину шага.

При конструировании каких-либо узлов или механизмов иногда возникает необходимость в увеличении хода винта. При однозаходной резьбе этого можно достичь увеличением ее шага, но здесь предел творчеству ограничивается внутренним диаметром резьбы, поскольку приходится увеличивать глубину нарезания. А с уменьшением диаметра уменьшается и прочность стержня винта (болта, шпильки).

Можно увеличить угол подъема резьбы, но при этом теряются многие ценные качества резьбового соединения. К тому же угол подъема резьбы увеличивать можно лишь в определенных пределах, иначе завернуть винт в гайку будет невозможно.

В таких случаях лучшее решение проблемы - многозаходная резьба, ход которой (по сравнению с однозаходной резьбой) кратен числу заходов, т. е. ход многозаходной резьбы равен произведению числа заходов на шаг резьбы. При этом диаметр резьбы и стержня болта не уменьшается.

Чтобы нагляднее понять принцип изготовления многозаходной резьбы, представьте, что на стержне винта резьба нарезается одновременно несколькими резцами, закрепленными в суппорте в один ряд вдоль оси винта. Каждый резец прорезает отдельную канавку, не соединяющуюся с соседними. Очевидно, что шаг винтовой линии, нарезаемой каждым резцом должен быть таким, чтобы он не пересек винтовую линию соседнего резца, т. е. увеличенным. В результате получим многозаходную резьбу, количество ходов которой зависит от количества резцов.

Визуально многозаходную резьбу можно определить, если посмотреть на торец винта (болта, шпильки, гайки). В этом случае хорошо видно, сколько ниток резьбы берет свое начало с торца. У однозаходной резьбы (рис. 3, д) на торце винта или гайки виден только один конец витка, а у многозаходной (рис. 3, г) – два, три и больше. Если продвигаться по спирали вдоль какого-нибудь витка многозаходной резьбы острым кончиком иглы или другого предмета, то вы никогда не попадете в канавку соседнего витка.

Технологически многозаходные резьбы существенно сложнее и, соответственно, дороже.

***



Резьбовые соединения имеют ряд существенных достоинств, благодаря которым они занимают ведущее место среди всех других соединений деталей в современном машиностроении. К таким достоинствам можно отнести:

  • возможность многократной сборки-разборки;
  • удобство сборки-разборки;
  • высокая надёжность;
  • простота конструкции;
  • дешевизна (вследствие стандартизации);
  • технологичность;
  • возможность регулировки силы сжатия;
  • при небольшой силе на ключе создают значительные силы затяжки вследствие клинового действия резьбы и большого отношения длины L гаечного ключа к радиусу r резьбы (L/r ≈ 28). Так, сила затяжки винта М12 может составлять 20000 Н (около 2 тонн);
  • позволяют производить сборку деталей при различном взаимном их расположении.
Недостатки резьбовых соединений:
  • концентрация напряжений во впадинах резьбы;
  • низкая вибрационная стойкость (самоотвинчивание при вибрации).

***

Область применения резьбовых соединений

Резьбовые детали в виде винтов, болтов и шпилек с гайками применяют для крепежа – соединения нескольких деталей в одно целое. Роль гайки может выполнять корпусная деталь.

Примеры соединений с помощью резьбовых деталей:

  • соединение в одно целое отдельных секций мостов, подъемных кранов;
  • соединение нескольких сборочных единиц (редуктора и фланцевого электродвигателя; картера, блока цилиндров и головки блока в двигателе внутреннего сгорания; колеса с полуосью автомобиля);
  • соединение деталей (крышки и основания корпуса редуктора; крышек подшипников с корпусом коробки передач); крепление узлов и деталей на основании (редуктора на плите; плиты к полу цеха; резца в суппорте токарного станка).

Конические резьбы (рис. 1, ж, з) обеспечивают требуемую плотность (непроницаемость) соединения без каких-либо уплотнений - за счет радиального натяга. Их применяют для соединительной трубной арматуры, пробок, заглушек, штуцеров гидравлических систем, пресс-масленок.

Наряду с соединениями резьбовые детали применяют:

  • в передачах винт-гайка, служащих для преобразования вращательного движения в поступательное;
  • для регулирования осевых зазоров в подшипниках качения, регулирования конического зубчатого и червячного зацепления и др.

***

Основные геометрические параметры метрической резьбы

На рис.4 приведены основные геометрические параметры метрической резьбы – основной для крепежных изделий:

  • d – наружный диаметр наружной резьбы (номинальный диаметр резьбы);
  • d1 – внутренний диаметр наружной резьбы;
  • d2 – средний диаметр (ширина впадины равна ширине выступа);
  • d3 – внутренний диаметр наружной резьбы по впадине;
  • α – угол профиля;
  • Р – шаг;
  • Н – высота исходного треугольника:    H = 0,5Р√3;
  • Н1 – рабочая высота профиля:    Н1 = 5Н/8 = 0,541 Р;
  • D, D1 и D2 – соответственно наружный, внутренний и средний диаметры внутренней резьбы.

Поскольку угол подъема винтовой линии зависит от диаметра цилиндра (причем угол подъема больше на меньшем диаметре), то принято угол ψ подъема резьбы определять на среднем диаметре d2:

tgψ = nP/(πd2)

Резьба одного номинального диаметра может иметь разные шаги. Так, для резьбы М64 крупный шаг – 6мм, мелкие шаги – 4; 3; 2; 1,5; 1мм. Меньшему шагу соответствует больший внутренний диаметр d3. Для крепежных деталей желательно применять резьбы с крупным шагом. Резьбы с мелким шагом меньше ослабляют деталь, их отличает повышенное самоторможение, так как при малом шаге угол подъема винтовой линии мал. Мелкие резьбы применяют в резьбовых соединениях, подверженных действию переменных нагрузок (крепление колеса автомобиля, свечи зажигания ДВС), а также в тонкостенных и мелких деталях, регулировочных устройствах (точная механика, приборы).

Обычно применяют предварительно затянутые резьбовые соединения. Первоначальной затяжкой создают давление на стыке соединяемых деталей, что обеспечивает необходимую жесткость соединения и плотность стыка.

***

Момент сопротивления в резьбе

Выявим соотношение между силой Tзат затяжки и моментом Tр сопротивления в резьбе:

Tр = 0,5Fзатd2 tg(ψ + φ1)

Из полученной зависимости следует, что момент сопротивления в резьбе тем больше, чем больше приведенный угол трения φ1= φ/cosγn т.е. Тр зависит от материала резьбовой пары и от угла γ наклона рабочей стороны профиля. В метрической резьбе угол наклона профиля наибольший (γ = 30°), поэтому и момент сопротивления в резьбе – наибольший. Для крепежных резьб это не является недостатком, поскольку момент сопротивления в резьбе препятствует самоотвинчиванию.

Момент Тр сопротивления в резьбе скручивает стержень винта (создает касательные напряжения).

***

Момент трения на торце гайки

Контакт гайки с плоской опорной поверхностью корпуса ограничен кольцом с внутренним диаметром, равным диаметру d0 отверстия в корпусе под стержень винта, и наружным диаметром D, соответствующим границе фаски на опорной поверхности гайки. Приближенно момент Tт трения на торце гайки определяют как произведение силы трения Fтр = Fзатfт на средний радиус Rср=(d0+D)/4 кольцевой поверхности:

Tm = FтрRcр = Fзатfm(d0 + D)/4,

здесь   fт – коэффициент трения на поверхности контакта.

В большинстве резьбовых соединений должна быть обеспечена стабильная работа без самоотвинчивания.

Условие самоторможения резьбы без учета трения на торце гайки по аналогии с наклонной плоскостью можно записать в виде:    ψ < φ1, где:   ψ – угол подъема резьбы (1,5...3°); φ1 – приведенный угол трения (при f = 0,1...0,3    φ1=6...16°).

Отсюда следует, что все крепежные резьбы - самотормозящие. Но это только при статическом действии нагрузок. При вибрациях φ1 уменьшается вследствие микроперемещений поверхностей трения, сминания микронеровностей на рабочих поверхностях резьбы, и резьбовая пара отвинчивается. Поэтому на практике широко применяют различные способы стопорения, в которых используют:

  • дополнительное трение в резьбе или на торце гайки (пружинные шайбы, контргайки, фрикционные вставки в винты или гайки);
  • фиксирующие детали (шплинты, проволоку, стопорные шайбы с лапками);
  • приварку или пластическое деформирование (расклепывание, кернение);
  • пасты, лаки, краски, герметики и клеи.

***

Способы изготовления резьбы

Резьбы могут быть изготовлены:

  • нарезанием слесарным инструментом - метчиками, плашками (как вручную, так и на станках). Для нарезания наружной резьбы используют различные резцы, плашки, резьбовые гребенки и фрезы, а для внутренней резьбы – метчики. Этот метод применяют в индивидуальном производстве и при ремонтных работах;
  • нарезанием резцом на токарно-винторезном станке или на специальных болтонарезных станках;
  • фрезерованием на специальных резьбофрезерных станках. Применяют для нарезки винтов больших диаметров с повышенными требованиями к точности резьбы (ходовые и грузовые винты, резьбы на валах и т. д.);
  • накаткой на специальных резьбонакатных станках. Этим высокопроизводительным и дешевым способом изготовляют большинство резьб стандартных крепежных деталей (болты, винты и т. д.). Накатка существенно упрочняет резьбовые детали;
  • отливкой чугунных, пластмассовых, стеклянных деталей и деталей из цветных сплавов;
  • выдавливанием для тонкостенных деталей (например, из латуни).

Нарезание многозаходной резьбы любого профиля начинают так, как если бы требовалось нарезать однозаходную резьбу с шагом, равным длине хода. Нарезав первый виток на полный профиль, отводят резец поперечной подачей на себя и, давая ходовому винту обратный ход, возвращают суппорт в начальное положение. Затем при неподвижном ходовом винте поворачивают деталь при двухзаходной резьбе - на половину оборота, при трехзаходной - на треть оборота и только после этого нарезают второй виток и т. д.

***

Обозначение многозаходных резьб на чертежах

В обозначение метрической многозаходной цилиндрической резьбы должны входить : буква «М», номинальный диаметр резьбы, знак «×», буквы «Рh», значение хода резьбы, буква «Р» и значение шага.

Примеры обозначения многозаходной метрической резьбы: М16×Рh 3 Р1,5–6g, где 16 – номинальный диаметр резьбы, 3 – ход, Р – обозначение шага, 1,5 – шаг, 6g – поле допуска резьбы; М16×Рh 3 Р1,5–LH –6g, – та же резьба, но левая.

Условное обозначение трапецеидальной многозаходной резьбы состоит из букв «Tr», значения номинального диаметра резьбы, числового значения хода и в скобках буквы «Р» и числового значения шага. Поле допуска и длину свинчивания обозначают так же, как и для однозаходной резьбы.

Примеры обозначения наружной резьбы (на стержне): Tr20×8 (Р4) – 8е – трапецеидальная двухзаходная резьба диаметром 20 мм с ходом 8 мм и шагом 4 мм; Tr20×8 (Р4) – 8е – 110 – та же резьба при длине свинчивания L = 110 мм; Tr20×8 (Р4) LH – 8е – 110 – та же резьба, но левая.

Пример обозначения внутренней резьбы (для отверстия): Tr20×8 (Р4) – 8Н.

В условное обозначение упорной многозаходной резьбы входят буква «S», номинальный диаметр резьбы, ход и в скобках буква «Р» и значение шага.

Примеры обозначения упорной многозаходной резьбы: S80×20 (Р10) – двухзаходная резьба диаметром 80 мм с шагом 10 мм и значением хода 20 мм; S80×20 (Р10)LH – та же резьба, но левая.

Прямоугольная резьба не стандартизована и применяется в соединениях, где не должно быть самоотвинчивания под действием приложенной нагрузки. Так как профиль этой резьбы не стандартизован, то на чертежах прямоугольную резьбу задают в соответствии с конструктивными размерами: наружным и внутренним диаметрами, шагом, шириной зуба. В обозначении резьбы указывают словами ее вид, число заходов (если она не однозаходная) и направление (если она левая). Квадратная резьба является частным случаем прямоугольной.

http://molotkrep.ru/    

***

Расчет крепежных резьбовых соединений на прочность


Главная страница
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты

k-a-t.ru


Смотрите также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>