Основные параметры метрической резьбы

 

Метрическая резьба принята для рассмотрения в качестве представителя резьбовых соединений.

В основу профиля метрической резьбы положен треугольник, у которого срезаны вершины.

Для образования рабочей высоты профиля H1 из общей высоты равнобедренного треугольника Н в профиле резьбы предусмотрен срез вершины острых углов у гайки Н/4 и у болта Н/8. Исходная высота профиля Н установлена в зависимости от шага резьбы и равна 0,8660254Р, где Р – шаг резьбы.

Форма впадины у болта и гайки не регламентируется и может быть плоскосрезанной или закругленной, и параметры ее определяются нормированием требований к резьбообрабатывающему инструменту. Закругленная форма впадин является предпочтительной по прочностным соображениям. При такой форме облегчается процесс изготовления резьбы накатыванием, который часто применяется для получения резьбовых деталей крепления.

Для обеспечения эксплуатационных свойств резьбы при изготовлении и измерении из сложного профиля резьбы выделяется ряд элементов, одинаковых для болта и гайки, которые и используются при нормировании точности резьбы.

Этими элементами являются наружный диаметр болта d и гайки D, внутренний диаметр болта d₁ гайки D₁, средний диаметр болта d₂ и гайки D₂, шаг резьбы Р и угол профиля резьбы .

1. Наружный диаметр d и D (он же номинальный диаметр резьбы) – диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин наружной резьбы (болта) или по впадинам внутренней резьбы (гайки).

2. Внутренний диаметр d₁ и D₁ – диаметр воображаемого цилиндра, вписанного во впадины наружной резьбы (болта) или в вершины внутренней резьбы (гайки).

3. Средний диаметр d₂ и D₂ – диаметр воображаемого цилиндра, соосного с резьбой, каждая образующая которого пересекает профиль таким образом, что отрезок между точками профилей соседних витков, образованный при пересечении с канавкой, равен половине номинального шага.

4. Шаг резьбы Р – расстояние между параллельными сторонами двух соседних витков резьбы, измеренное по среднему диаметру. Для многозаходной резьбы наряду с термином «шаг» применяют термин «ход». Ходом t называется расстояние между параллельными сторонами профилей, соответствующих одному и тому же витку. Ход равен перемещению болта (гайки) в осевом направлении за один оборот относительно гайки (болта): , где – число заходов. В зависимости от соотношения между шагом и диаметром метрические резьбы подразделяются на резьбы с мелким, нормальным и крупным шагами. У резьб с мелкими при одном и том же наружном диаметре шаги меньше, чем у резьбы с крупным шагом. Метрическую резьбу с мелкими шагами применяют, когда ограничена длина свинчивания, для соединения тонкостенных деталей и в ряде других случаев. Резьбу с крупным шагом обозначают буквой М (метрическая) и числовым значением наружного диаметра, например М24, МЗО и т.д. У резьб с мелкими шагами помимо буквы М и диаметра указывают также значение шага, например М24х1,5; М30х2 и т.д.

5. Угол профиля резьбы – угол между боковыми сторонами профиля, измеренный в плоскости, проходящей через ось резьбы.

6. Половина угла профиля – угол между боковой стороной профиля и направлением, перпендикулярным к оси резьбы. Измеряя левую и правую половины угла профиля, можно определить полный угол , а также возможный перекос резьбы. Может оказаться, что профиль выдержан правильно, но относительно оси развернут, и сопряжение может не произойти. Для метрической резьбы = 60°.

7. Длина свинчивания l – длина взаимного соприкосновения наружной и внутренней резьбы в осевом направлении. Часто этот элемент называют высотой гайки.

Резьбовые соединения по характеру соединения бывают такими же, как и соединения гладких элементов деталей, т. е. они образуют посадки с зазором, натягом и переходные. Однако для условий крепления деталей наибольшее, если не сказать подавляющее, распространение имеют посадки с зазором.

Соединение внутренних и наружных резьб происходит по боковым сторонам профиля. Возможность контакта по вершинам и впадинам резьбы исключается. В зависимости от характера сопряжения по боковым сторонам профиля (т. е. по среднему диаметру) различают посадки с зазором, натягом и переходные.

 

Предельные контуры резьбы

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

Взаимозаменяемость резьбы достигается тем, что ограничивают предельные контуры профиля резьбы болта и гайки на длине свинчивания.

Допускаемые отклонения резьбы задаются от номинального профиля в направлении перпендикулярном оси резьбы «в тело» болта и гайки.

Номинальный контур резьбы с основными отклонениями H/h определяет наибольший предельный контур резьбы болта и наименьший – гайки. Он является контуром максимума материала снимаемого при обработке. От номинального контура в направлении, перпендикулярном к оси резьбы, отсчитывают отклонения и располагают вниз поля допусков диаметров резьбы болта, в противоположную сторону – поля допусков диаметров 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 не должны выходить за предельные контуры на всей длине свинчивания.

Покажем расположение полей допусков на наружную резьбу (болт) и на внутреннюю (гайка) для посадки скольжения, у которой в предельном случае зазор может быть равен нулю.

Рис. 5.1. Резьба с нулевым боковым зазором

 

Необходимо обратить внимание на то, что не на все элементы резьбы установлены нормы точности.

Для метрической резьбы нормируется точность следующих элементов: наружного диаметра болта (Td); внутреннего диаметра гайки (TD1); среднего диаметра болта и гайки (Td2, TD2).

Таким образом, точность наружного диаметра гайки и внутреннего диаметра болта не нормируется совсем и ограничивается размерами резьбообрабатывающего инструмента, на который указаны нормы точности. Для этих элементов нормируется только одно отклонение, соответствующее номинальному профилю, а именно, верхнее отклонение (es) для d₁ и нижнее отклонение (EI) для D, и не нормируется нижнее отклонение (ei) для d₁ и верхнее отклонение (ES) для D. На рисунках везде обозначены только половины допусков нормируемых элементов, поскольку изображена не вся резьба, а только одна ее половина.

Рис. 5.2. Резьба с гарантированным боковым зазором

Погрешность шага резьбы

Погрешность шага у резьбы имеет прогрессирующий характер и, иногда ее называют «растяжкой» шага.

На рисунке два осевых сечения болта и гайки наложены друг на друга. У этих резьбовых элементов на длине свинчивания не равны значения шагов, а, следовательно, не может произойти свинчивание, хотя значение среднего диаметра у них одинаково. Для того чтобы обеспечить свинчивание, необходимо удалить часть материала (на рисунке заштрихованные участки), т.е. увеличить средний диаметр у гайки или уменьшить средний диаметр у болта. После этого свинчивание произойдет, хотя контакт будет происходить только на крайних профилях,

Значение, на которое необходимо дополнительно обработать болт или гайку по среднему диаметру, можно рассчитать по формуле

 

Погрешность угла профиля

Погрешность угла профиля возникает, обычно от погрешности профиля режущего инструмента. Компенсация погрешности профиля резьбы производится также изменением значения среднего диаметра, т.е. увеличением среднего диаметра у гайки или уменьшением среднего диаметра у болта.

На рисунке изображены совмещенные профили болта и гайки, при которых свинчивание не может произойти из–за разности углов.

Если удалить часть материала, где профили перекрывают друг друга (увеличить средний диаметр гайки или уменьшить средний диаметр болта), то свинчивание произойдет, но контакт будет происходить на ограниченном участке боковой стороны профиля. Такого контакта достаточно для того, чтобы произошло свинчивание, т.е. скрепление двух деталей. Изменение размера среднего диаметра для метрической резьбы может быть рассчитано по формуле

Итак, влияние ошибок шага и ошибок профиля можно устранить (компенсировать) уменьшением среднего диаметра болта или увеличением среднего диаметра гайки, для того чтобы, обеспечить свинчивание деталей т.е. для образования резьбового сопряжения (обеспечения сборки).

Необходимо помнить, что резьбовые поверхности болта и гайки никогда не соприкасаются по всей винтовой поверхности, а касаются только на отдельных участках. Основное требование, например, для крепежной резьбы заключается в том, чтобы было обеспечено свинчивание болта и гайки – в этом их основное служебное назначение. Поэтому и представляется возможным изменять средний диаметр у болта или гайки и добиваться свинчивания при ошибках шага и профиля, при этом контакт резьбы будет, но не по всей поверхности. По некоторым профилям (при ошибке шага) или на отдельных участках профиля (при ошибках профиля) в результате компенсации этих ошибок изменением среднего диаметра, будет зазор в нескольких местах сопряжения. Часто в контакте по резьбовым элементам находятся лишь 2 — 3 витка.