ВИВЧЕННЯ КОНСТРУКЦІЇ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ СТАНДАРТНИХ ДЕТАЛЕЙ РІЗЬБОВИХ З’ЄДНАНЬ

Мета роботи. Вивчити типи і основні параметри різьб, типи різьбових з’єднань, конструктивні особливості, матеріали та умовні позначення стандартних деталей різьбових з’єднань.

Загальні відомості. Різьбовими називаються роз’ємні з’єднання, які виконуються за допомогою деталей, що мають різьбу.

Різьбу одержують утворенням на циліндричному або конічному стержні канавок, а на поверхні отвору, спряженої з ним деталі, - виступів з поперечними перерізами певного профілю, кожна точка якого розташована на гвинтовій лінії.

Різьбові з’єднання мають широке застосування в машинобудуванні. Це зумовлено наступними причинами:

1) можливістю створювати великі осьові зусилля, дякуючи клиновій дії різьби і великому відношенню довжини ключа до ходу різьби;

2) можливістю фіксування сили затяжки;

3) зручними формами і малими габаритами;

4) простотою монтажу та демонтажу;

5) технологічністю виготовлення та високим ступенем стандартизації.

Недоліками різьбових з’єднань є:

1) наявність концентраторів напружень на деталях різьбових з’єднань, які знижують їх міцність;

2) самовідгвинчування різьби при змінному навантаженні.

Методи виготовлення різьби:

1) нарізування вручну спеціальним інструментом (застосовується при індивідуальному виробництві та при ремонтних роботах);

2) нарізування на токарно-гвинторізних або спеціальних верстатах;

3) фрезерування на спеціальних різьбофрезерних верстатах (застосовують при виготовленні гвинтів великого діаметра з підвищеними вимогами до точності різьби);

4) накатування на спеціальних різьбонакатних верстатах-автоматах (виготовляють більшість різьб стандартних кріпильних деталей);

5) лиття (на деталях зі скла, пластмаси, металокераміки й ін.);

6) видавлювання (на тонкостінних виробах з жерсті, пластмаси й ін.).

Типи та параметри різьб. Різьби класифікують за такими ознаками:

1) за формою поверхні, на якій розташована різьба: циліндричні та конічні;

2) за формою профілю: трикутні, прямокутні, трапецеїдальні, круглі та зі спеціальним профілем;

3) за напрямком гвинтової лінії: права та ліва;

4) за числом заходів (числом ниток): однозаходні, двозаходні, тризаходні;

5) за призначенням: кріпильні (для скріплення з’єднуваних деталей), кріпильно-ущільнюючі (слугують не тільки для скріплення деталей, а й для створення герметичності їх з’єднань), кінематичні (для передачі руху).

Основні типи різьб та їх геометричні параметри показано на рис. 2.1.

Кріпильні різьби бувають метричні, трубні, круглі та різьба гвинтів для дерева.

Метрична різьба (рис. 2.1, а) є основною кріпильною різьбою. Вона має назву метричної тому, що всі її розміри задаються в міліметрах (на відміну від мало розповсюдженої дюймової різьби, розміри якої даються в дюймах). Метрична різьба має трикутний профіль витків з кутом при вершині

α = 60^о.

 

 

 

Вершини витків та впадин притуплені по прямій або по дузі кола, по вершинах та впадинах утворено зазор. Така конструкція полегшує обробку різьби, зменшує концентрацію напружень та запобігає пошкодженням гострих кромок витків різьби при зберіганні та експлуатації.

Метрична різьба характеризується такими основними геометричними параметрами (рис. 2.1, а):

d - зовнішній (номінальний) діаметр різьби;

d₁ - внутрішній діаметр;

d₂ – середній діаметр (ширина витка дорівнює ширині впадини);

P - крок різьби (відстань між однойменними сторонами двох сусідніх витків, виміряна в напрямку осі гвинта);

H = 0, 866025 Р – теоретична висота профілю витка різьби;

H₁ = 0, 541 Р – робоча висота профілю, на якій дотикаються витки гвинта і гайки;

n – число заходів різьби (для кріпильних метричних різьб

n = 1);

Ψ - кут підйому гвинтової лінії різьби за її середнім діаметром, що визначається за співвідношенням: .

Метричні різьби бувають з нормальним (крупним) та дрібним кроком при одному значенні зовнішнього діаметра. При зменшенні кроку відповідно зменшується і глибина різьби та кут підйому гвинтової лінії Ψ.

Основні геометричні параметри метричних різьб регламентовано стандартами. Позначення метричної різьби в технічній документації:

М20 – метрична різьба з нормальним кроком і зовнішнім діаметром d = 20 мм;

М20х1, 5 – метрична різьба з дрібним кроком Р = 1.5 мм і зовнішнім діаметром d = 20 мм.

Трубна різьба (рис. 2.1, б) використовується для герметичного з’єднання труб та арматури. Ця різьба має кут профілю витків при вершині α = 55^о, вершини та впадини витків закруглені і відсутній зазор між вершинами та впадинами витків, що надає з’єднанню деталей високу щільність. Трубна різьба має малий крок витків, оскільки нарізується на трубі з малою товщиною стінки. За номінальний діаметр трубної різьби беруть умовний внутрішній діаметр труби. Зовнішній діаметр такої різьби насправді більший від номінального на дві товщини стінки труби.

У міжнародному стандарті для трубної різьби зберігається вимірювання в дюймах. Позначення трубної різьби в технічній документації G2-B – це трубна різьба із номінальним діаметром два дюйми за класом точності B.

Трубну різьбу нарізають також на конічній поверхні для досягнення високої щільності з’єднання. Тоді позначення буде типу R3/4. Замість трубної різьби часто застосовують метричну різьбу з дрібним кроком.

Кругла різьба (рис. 2.1, е) зручна для виготовлення накатуванням або витискуванням на тонкостінних деталях. Профіль витків круглої різьби утворюється спряженими дугами кіл, а кут профілю при вершині витків α = 30^о. Великі радіуси закруглень виключають значну концентрацію напружень у деталях. Кругла різьба позначається буквами Rd і розміром номінального діаметра різьби в міліметрах, наприклад: Rd16, Rd40.

Круглу різьбу застосовують для з’єднання деталей, які піддаються великим динамічним навантаженням, а також часто з’єднуються та роз’єднуються в умовах забруднення (пожежна арматура, вагонні стяжки, бурові штанги та ін.).

 

Типи кріпильних різьбових з’єднань. Стандартні деталі різьбових з’єднань. У залежності від виду різьбових деталей розрізняють типи різьбових з’єднань (рис. 2.2): болтове (болтом), гвинтове (гвинтом), шпилькове (шпилькою).

Вибір типу з’єднання визначається міцністю матеріалів деталей, що з’єднуються, частотою складання і розбирання з’єднань при експлуатації, а також особливостями конструкції і технології виготовлення деталей, які з’єднуються. Наприклад, болтове з’єднання застосовується для деталей порівняно малої товщини (за наявності спеціальних поясків або фланців), а також при багатократному складанні і розбиранні з’єднань. При великій товщині деталей, які з’єднуються, перевага надається гвинтовому з’єднанню.

Шпилькове з’єднання застосовують у тих випадках, що і гвинти, але коли матеріал деталей, які з’єднуються, не забезпечує достатньої довговічності різьби при частому розбиранні та складанні з’єднання. Щоб уникнути пошкоджень поверхонь деталей, які з’єднуються, при загвинчуванні гайок або головок гвинтів під них установлюють шайби.

Деталями кріпильних різьбових з’єднань можуть бути: болти, гвинти, шпильки, гайки, шайби, різьбові вставки. Геометричні форми та розміри болтів, гвинтів, гайок, шпильок, шайб дуже різноманітні.

Деякі види гвинтів, які широко застосовуються і відрізняються конструкцією головок та гайок, показано на рис. 2.3.

У нашій країні та за кордоном існують стандарти на болти, гвинти, шпильки, гайки та шайби найбільш розповсюджених форм.

Для виготовлення кріпильних різьбових деталей використовують сталі: вуглецеві звичайної якості, якісні конструкційні та леговані конструкційні.

Механічні властивості стальних кріпильних деталей нормуються за стандартом ГОСТ 1759-82, згідно з яким для болтів, гвинтів та шпильок установлено 12 класів міцності, а для гайок – 7. У табл. 2.1 наведено короткі відомості ГОСТ 1759-82 про матеріали болтів та гайок, їх механічні характеристики та класи міцності.

Для захисту кріпильних деталей із вуглецевих сталей від корозії на них наносять окисні плівки або гальванічні покриття (цинкові, кадмієві, фосфатні, мідні та ін.) товщиною 6...12 мікронів. Найбільше застосування мають покриття: цинкове з хроматуванням – умовне позначення 01 та кадмійове з хроматуванням – умовне позначення 02.

 

 

Таблиця 2.1

 

Механічні характеристики матеріалів болтів (гвинтів) та шпильок з вуглецевих та легованих сталей при нормальній температурі

(ГОСТ 1759-82)

Клас міцності	σ в, МПа	σ т, МПа	Марка сталі
min	max	Болт	Гайка
3, 6				Ст3; 10	Ст.3
4, 6				Сталь 20	Ст.3
5, 6				30; 35	Сталь 10
6, 6				35; 45; 40Г
8, 8				35Х; 38ХА; 45Г	20; 35; 45
10, 9				40Г2; 40Х; 30ХГСА; 16ХСН	38Х; 38ХА
Примітка. Перше число в позначенні класу міцності, помножене на 100, дорівнює σ вmin, друге, поділене на 10 і помножене на σ в, відповідає границі текучості σ т.

 

 

а)

 

 

б)

 

Нижче наведено приклади умовних позначень стандартних деталей кріпильних різьбових з’єднань.

Приклад 1. Умовне позначення болта з шестигранною головкою нормальної точності виконання 1, діаметром різьби d = 12 мм, довжиною l = 60 мм, з крупним кроком різьби з полем допуску 8g, класу міцності 6.6, з покриттям 01 товщиною 9 мкм: Болт М12 8g х 60.66.019 ГОСТ 7798-70.

Приклад 2. Умовне позначення болта шестигранною головкою нормальної точності виконання 2, діаметром різьби d = 12мм, довжиною l = 60 мм, з малим кроком різьби з полем допуску 6g, класу міцності 10.9 із сталі марки 40х, з покриттям 02 товщиною 9 мкм:

Болт 2М12х1.25-6g х 60.109.40Х.029 ГОСТ 7798-70.

Приклад 3. Умовне позначення шпильки з діаметром різьби d = 16 мм, з крупним кроком P = 2 мм, з полем допуску 6g, з довжиною L = 120 мм частини шпильки, яка не враховує глибину загвинчування, класу міцності 6.6. З покриттям 01товщиною 9мкм:

Шпилька М16 - 6g х 120.66.019 ГОСТ 22034-76.

Приклад 4. Умовне позначення гвинта з циліндричною головкою класу точності В (нормальної), діаметром різьби d = 4мм, з крупним кроком різьби, з полем допуску 6g, довжиною L = 30мм, класу міцності 6.6, з цинковим хроматованим покриттям товщиною 9мкм:

Гвинт В.М4 - 6gх30.66.019 ГОСТ 1491-80.

Приклад 5. Умовне позначення гвинта з циліндричною головкою класу точності В (нормальної), діаметром різьби d = 8мм, з малим кроком різьби, з полем допуску 8g, довжиною L = 50мм, класу міцності 10, 9 із сталі 40Х, з кадмієвим хромованим покриттям товщиною 9 мкм:

Гвинт В.М8х1- 8gх50.109.40Х.029 ГОСТ 1491-80.

Приклад 6. Умовне позначення гайки шестигранної нормальної точності з зовнішнім діаметром різьби d =12мм, з крупним кроком різьби, з полем допуску 6Н, класу міцності 8, покриттям 01 товщиною 9мкм:

Гайка М12-6Н.8.019 ГОСТ 5915-70.

Приклад 7. Умовне позначення гайки шестигранної нормальної точності з зовнішнім діаметром різьби d = 12мм, з малим кроком різьби, класу міцності 12 із сталі 40Х з покриттям 2 товщиною 9мкм:

Гайка М12х1.25 – 6Н.12.40Х.029 ГОСТ 5915-70.

Приклад 8. Умовне позначення косої шайби для болта (гвинта, шпильки) з діаметром різьби 20мм, з матеріалу групи 02 (Cт3 ГОСТ 380-71) з покриттям 02 товщиною 9 мкм:

Шайба 20.02.Ст3.029 ГОСТ 10906-78.

Приклад 9. Умовне позначення нормальної пружинної шайби для болта, гвинта, шпильки діаметром різьби 12 мм, із сталі марки 65Г, з покриттям 01 товщиною 9мкм:

Шайба 12.65 Г.019 ГОСТ 6402-70.

 

Способи запобігання сaмовідгвинчуванню різьбових деталей. У з’єднаннях деталей із кріпильними різьбами забезпечується самогальмування, оскільки кут тертя між витками різьби гвинта та гайки значно перевищує кут підйому гвинтової лінії. Крім того, самовідгвинчуванню чинять опір сили тертя між деталями та опорними поверхнями гайки чи головки болта (гвинта). Але самогальмування різьбового з’єднання надійно реалізується тільки при статичному навантаженні. При дії змінних (вібраційних або ударних) навантажень умови самогальмування порушуються і спостерігається самовідгвинчування різьбових деталей, що може спричинити руйнування з’єднання або навіть аварійний стан у роботі машини.

Щоб запобігти самовідгвинчування різьбових деталей слід використовувати стопорні пристрої, робота яких базується на створенні додаткових сил тертя (рис. 2.4) або на використанні спеціальних замкових елементів (рис. 2.5).

Обладнання, прилади та інструмент. При проведенні лабораторної роботи використовується комплект стандартних кріпильних різьбових деталей (болти, гвинти, шпильки, гайки, пружинні, плоскі та косі шайби, штангенциркуль, вимірювальна лінійка, різьбомір метричних різьб).

Порядок виконання роботи.

1. Шляхом вимірювань та розрахунків згідно з залежностями, наведеними на рис. 2.1, визначити геометричні параметри різьби досліджуваних болтів, гвинтів та гайок, узгодити їх з ГОСТ 8724-81 і занести в таблицю 2.2.

2. Виконати ескізи всіх досліджуваних деталей кріпильних різьбових з’єднань (болт, гайка, шпилька, шайба пружинна, шайба коса), виміряти їх геометричні параметри, узгодити з відповідним стандартом і записати їх умовні позначення.

3. Проаналізувати результати роботи, зробити висновки.

4. Оформити звіт з лабораторної роботу

Таблиця 2.2

 

Результати визначення параметрів різьби стандартних деталей різьбових з’єднань

 

Найменування деталі	Діаметр, мм	Крок P, мм	Кут підйому гвинтової лінії Ψ, град
зовнішній d	внутрішній d1	середній d2
Болт
Гвинт
Шпилька