Детали машин

Резьба

Резьба (рис. 1.1) — выступы, образованные на основной поверх­ности винтов или гаек и расположенные по винтовой линии.

По форме основной поверхности различают цилиндрические и ко­нические резьбы. Наиболее распространена цилиндрическая резьба. Коническую резьбу применяют для плотных соединений труб, мас­ленок, пробок и т. п.

Профиль резьбы — контур (например, Abc) сечения резьбы в плоскости, проходящей через ось основной поверхности. По форме профиля различают треугольные, прямоугольные, трапеце­идальные, круглые и другие резьбы.

По направлению винтовой линии различают правую и левую резь­бы. У правой резьбы винтовая линия идет слева направо и вверх, у левой — справа налево и вверх. Наиболее распространена правая резьба. Левую резьбу применяют только в специальных случаях.

Если витки резьбы расположены по двум или нескольким параллельным винтовым линиям, то они образуют многозаходную ре­зьбу. По числу заходов различают однозаход - ную, двухзаходную и т. д. резьбы. Наиболее распространена однозаходная резьба. Все крепежные резьбы однозаходные. Многоза - ходные резьбы применяются преимуществен­но в винтовых механизмах. Число заходов больше трех применяют редко.

Методы изготовления резьбы. 1. Нарезкой вручную метчиками или плашками. Способ малопроизводительный. Его применяют в индивидуальном производстве и при ремонтных работах.

2. Нарезкой на токарно-винторезных или специальных станках.

3. Фрезерованием на специальных резьбофрезерных станках. Применяют для нарезки винтов больших диаметров с повышен­ными требованиями к точности резьбы (винты резьбовых передач, резьбы на валах и т. д.).

4. Накаткой на специальных резьбонакатных станках-автома - тах. Этим высокопроизводительным и дешевым способом изготов­ляют большинство резьб стандартных крепежных деталей (шпиль­ки, винты и т. д.). Накатка существенно упрочняет резьбовые детали.

5. Литьем на деталях из стекла, пластмассы, металлокерамики и др.

6. Выдавливанием на тонкостенных давленных и штампованных изделиях из жести, пластмассы и т. д.

Геометрические параметры резьбы (рис. 1.2): d— наружный (но­минальный) диаметр; D — внутренний диаметр (D и D одинаковы для винта и гайки, а зазоры во впадинах образуют за счет предель­ных отклонений размеров этих диаметров); D2 — средний диаметр (диаметр вообража­емого цилиндра, образующая которого пе­ресекает резьбу в таком месте, где ширина выступа равна ширине впадины); H —рабо­чая высота профиля, по которой соприкаса­ются боковые стороны резьб винта и гайки; р — шаг (расстояние между одноименными сторонами соседних профилей, измеренное в направлении оси резьбы); р — ход (посту­пательное перемещение образующего про­филя за один оборот или относительное осе­вое перемещение гайки за один оборот). Для однозаходной резьбы pi=p; для многоза - ходной /?1=л/?, где п — число заходов; а — угол профиля; ф — угол подъема (угол рис 1 2
подъема развертки винтовой линии по сред­нему диаметру; рис. 1.3).

Tg Ф =Pi/(nd2) = np/(nd2). (1.1)

Все геометрические параметры резьб и

Допуски на их размеры стандартизованы.

Основные типы резьб. По назначению различают резьбы крепеж­ные и резьбы для винтовых механизмов.

Резьбы крепежные: метрическая с треугольным профилем (см. рис. 1.2) — основная крепежная резьба; трубная (рис. 1.4, а) — Треугольная со скругленными вершинами и впадинами; круглая (рис. 1.4, б); резьба винтов для дерева (рис. 1.4, в).

Резьбы винтовых механизмов: прямоугольная (рис. 1.5, а); трапецеидальная симметричная (рис. 1.5, б); трапецеидальная несим­метричная, или упорная (рис. 1.5, в).

Приведенная классификация не является строгой, так как в прак­тике встречаются случаи применения метрической резьбы с мелким шагом в точных измерительных винтовых механизмах и, наоборот, трапецеидальных резьб как крепежных.

Выбор профиля резьбы. Определяется многими факторами, важ­нейшие из которых прочность, технологичность и силы трения в резьбе. Так, например, крепежная резьба должна обладать высокой прочностью и относительно большими силами трения, предохраня­ющими крепежные детали от самоотвинчивания.

Резьбы винтовых механизмов должны быть с малыми силами трения, чтобы повысить КПД и уменьшить износ. Прочность во многих случаях не является для них основным критерием, опреде­ляющим размеры винтовой пары.

Сопоставим профили резьб по этим показателям (рис. 1.6). Осевая сила действующая по стержню винта, уравновешивается реакцией гайки, распределенной по виткам резьбы. На рис. 1.6 эта реакция условно заменена сосредоточенной силой Fn,, нормальной к линии профиля. При этом Fn=F/Cosy и сила трения

F^ Fnf=Ff/cosy=Ffn

Где/ — действительный коэффициент трения; /пр — фиктивный, или приведенный, коэффициент трения в резьбе:

Лр=У7еову. (1.2)

Для метрической резьбы у = а/2 = 30° и /пр=1Д5/; для трапецеи­дальной симметричной резьбы у = а/2 = 15° и/щ, = 1,04/; для упорной резьбы у = 3° и/цр«/; для прямоугольной резьбы у = 0 и /ф =/ Таким образом, в метрической резьбе силы трения на 12... 15% больше, чем в трапецеидальных резьбах.

В дальнейшем показано, что прочность резьбы на срез рассчиты­вают по сечению с — с (см. рис. 1.6). Для треугольной резьбы с — с Равно ~0,85р9 трапецеидальной — 0,65р, прямоугольной — 0,5р. Следовательно, при одном и том же шаге резьбы р треугольная резьба примерно в два раза прочнее прямоугольной. Учитывая это обстоятельство, основные крепежные резьбы выполняют с тре­угольным профилем.

Рассмотрим некоторые дополнительные характеристики отдель­ных типов резьб.

Резьба метрическая (см. рис. 1.2) получила свое название пото­му, что все ее размеры измеряются в миллиметрах (в отличие от дюймовой резьбы, размеры которой измеряются в дюймах). Вер­шины витков и впадин притуплены по прямой или по дуге окружно­сти, что необходимо для уменьшения концентрации напряжений, предохранения от повреждений (забоин) в эксплуатации, повыше­ния стойкости инструмента при нарезании.

Стандарт предусматривает метрические резьбы с крупным и мел­ким шагом. Для одного и того же диаметра D мелкие резьбы отличаются от крупной величиной шага р. Например, для диаметра 14 мм стандарт предусматривает крупную резьбу с шагом 2 мм и пять мелких резьб с шагами 1,5; 1,25; 1; 0,75 и 0,5 мм. При уменьшении шага соответственно уменьшаются высота резьбы

(рис. 1.7) и угол подъема резьбы [см. формулу (1.1)], а внутренний диаметр Dx увеличивается.

Увеличение диаметра dx повышает прочность стержня винта, а уменьшение угла подъема увели­чивает самоторможение в резьбе (см. ниже), т. е. уменьшает возможность самоотвинчивания. По этим причинам мелкие резьбы находят примене­ние для динамически нагруженных соединений, склонных к самоотвинчиванию, а также полых тонкостенных и мелких деталей (авиация, точная механика, радиотехника и т. п.).

В общем машиностроении основное применение имеют круп­ные резьбы, как менее чувствительные к износу и ошибкам изго­товления.

Резьбы трубные (см. рис. 1.4, а) применяются для герметичного соединения труб и арматуры (масленки, штуцера и т. п.). На тонкой стенке трубы невозможно нарезать резьбу с крупным шагом без существенного уменьшения прочности трубы. Поэтому трубная резьба имеет мелкий шаг. В международном стандарте для трубной резьбы до настоящего времени еще сохранено измерение в дюймах. Для лучшего уплотнения трубную резьбу выполняют без зазоров по выступам и впадинам и с закруглениями профиля. Высокую плот­ность соединения дает коническая трубная резьба. Плотность здесь достигается за счет плотного прилегания профилей по вершинам при затяжке соединения. Коническая резьба в изготовлении сложнее цилиндрической. В настоящее время вместо трубных резьб часто применяют мелкие метрические резьбы.

Резьба круглая (см. рис. 1.4, б) удобна для изготовлеия способом литья на чугунных, стеклянных, пластмассовых и других изделиях, а также накаткой и выдавливанием на тонкостенных металлических и пластмассовых деталях.

Резьба винтов для дерева или других малопрочных материалов (см. рис. 1.4, в). Конструкция этих резьб обеспечивает равнопроч - ность резьбы в деталях из разнородных мате­риалов. Например, для резьбы деревянной де­тали расчетным размером на срез является р, а для резьбы металлического винта — р'. При этом р>р'.

Резьба прямоугольная (см. рис. 1.5, а), ши­роко применявшаяся ранее в винтовых меха­низмах, в настоящее время не стандартизована и почти вытеснена трапецеидальной. Изгото­вить прямоугольную резьзу более производи­тельным способом на резьбофрезерных стан­
ках невозможно, так как для образования чистой поверхности резь­бы у фрезы должны быть режущими не только передние, но и боко­вые грани (сравните профили рис. 1.5, а и 1.5, б[2]).

Прямоугольную резьбу изготовляют резцами на токарно-винто - резных станках. Этот способ имеет низкую производительность.

Резьба трапецеидальная изготовляется с симметричным (см. рис. 1.5, б) и несимметричным (см. рис. 1.5, в) профилями. Симметрич­ную резьбу используют для передачи двустороннего (реверсивного) движения под нагрузкой. Несимметричная резьба предназначается для одностороннего движения под нагрузкой и называется упорной резьбой. Она применяется для винтов-домкратов, прессов и т. п.

Закругление впадин (см. рис. 1.5, в) уменьшает концентрацию напряжений. Малый угол наклона (3°) упорной стороны профиля резьбы позволяет уменьшить потери на трение и в то же время изготовлять винты на резьбофрезерных станках.