3.16 Резьбовые соединения
Резьбовые соединения являются наиболее распространенным видом разъемных соединений. Осуществляются с помощью резьбы, нарезанной на поверхности специальных деталей (болтах, винтах, обычных и специальных гайках и др.).
К достоинствам резьбовых соединений относят возможность создавать и передавать большие осевые нагрузки при малых движущих силах или моментах; простоту преобразования вращательного движения в поступательное; возможность образования самотормозящих и несамотормозящих, легко собираемых, разбираемых, взаимозаменяемых, неподвижных и подвижных компактных соединений; высокопроизводительную технологию изготовления резьбовых деталей.
Основными недостатками резьбовых соединений являются низкий КПД, неравномерность нагружения сопряженных витков и значительная концентрация напряжений в резьбовых деталях.
Резьбовые соединения бывают подвижные и неподвижные.
В подвижных соединениях происходит относительное перемещение винта и гайки, и они применяются:
1) для передачи перемещения (ходовые винты в станках);
2) для передачи нагрузки (домкраты).
В неподвижных резьбовых соединениях перемещение винта и гайки происходит только при сборке. Неподвижные соединения применяют в качестве крепления.
Основным элементом резьбового соединения является резьба, которая получается нарезанием на поверхности деталей канавок по винтовой линии.
Винтовую линию образует гипотенуза прямоугольного треугольника при навивании его на прямой цилиндр (рисунок 3.68). Винтовых линий может быть навито не одна, а несколько.
Основными материалами для изготовления винтов, болтов, шпилек и гаек общего назначения являются стали марок Ст 3 кп, Ст 5, 10, 15, 20, 30, 35, 45, 40Х, 30ХГСА, 35ХГСА, 40ХНМА.
3.16.1 Классификация резьб
В зависимости от формы поверхности, на которой образуется резьба, различают цилиндрические, например, метрическая резьба М 16 и коническая дюймовая резьба К3/8″ (рисунок 3.66).
Коническую резьбу используют, когда необходимо обеспечить герметичность соединения.
В зависимости от направления винтовой линии резьбы бывают правые и левые.
У правой резьбы винтовая линия поднимается слева-вверх-направо (закручивается по часовой стрелке), у левой наоборот. Левая резьба имеет ограниченное применение.
В зависимости от числа заходов резьбы делятся на однозаходные и многозаходные. Заходность резьбы определяется количеством винтовых линий, навиваемых одновременно на цилиндр (как правило, все крепежные детали имеют однозаходную резьбу).
Рисунок 3.66
В зависимости от формы профиля резьбы делятся на 5 основных типов (рисунок 3.67):
Рисунок 3.67
1) Треугольные резьбы. В зависимости от единиц измерения основных параметров резьбы в технике применяются метрические и дюймовые резьбы.
Метрическая резьба имеет угол профиля α=60°, основные размеры резьбы определяются ГОСТ 11708, ГОСТ 24705, ГОСТ 8724, ГОСТ 9150 и ISO 724:1993, единица измерения – мм.
Резьбы бывают с крупным (основным) и мелким шагом. Например, резьба М 16 – резьба с крупным шагом, для данного диаметра этот шаг равен 2 мм; резьба М 16х1 – резьба с мелким шагом равным 1 мм. Метрическая резьба применяется как основная крепежная резьба для неподвижного соединения деталей машин, в некоторых случаях, например, в механизмах приборов, может применяться как ходовая (для неподвижных соединений винт-гайка).
Дюймовая резьба имеет уголь профиля α=55°, основные размеры резьбы определяются в дюймах (1 дюйм (1") = 25,4 мм). Шаг резьбы определяется количеством ниток на дюйм. Данная резьба применяется в импортной технике. Мелкая дюймовая резьба с закругленными выступами и впадинами называется трубной, она стандартизована ГОСТ 11708, ГОСТ 6357, ГОСТ 6211.
2) Трапецеидальная резьба. Ее профиль – равнобедренная трапеция с углом α=30°. Благодаря меньшему углу профиля КПД данной резьбы значительно выше, чем треугольной, поэтому трапецеидальную резьбу рекомендуется применять в подвижных соединениях. Особенно эффективно применение данной резьбы для передачи реверсивного движения. Основные параметры резьбы стандартизованы ГОСТ 11708, ГОСТ 9484, ГОСТ 9562, ГОСТ 24737, ГОСТ 24738, ГОСТ 24739. Резьба с наружным диаметром 60 мм и шагом 4 мм обозначается – Tr 60x4.
3) Упорная резьба. Ее профиль – трапеция с рабочим углом α1=3° и задним углом α2=30°. Применяется взамен трапецеидальной резьбы при передаче больших односторонних нагрузок (например, в механизмах прессов и домкратов). Основные параметры резьбы определяются ГОСТ 11708, ГОСТ 10177, ГОСТ 25096. Также применяется усиленная упорная резьба с задним углом α2=45°, параметры которой определены ГОСТ 13535. Резьба упорная с наружным диаметром 80 мм и шагом 6 мм обозначается Уп 80х6.
4) Прямоугольная резьба. Ее профиль – квадрат, т.е. углы профиля α1= α2 =0°. Следовательно, данная резьба, по сравнению с вышеизложенными типами резьб имеет самый высокий КПД. При этом резьба имеет пониженную прочность и износостойкость. При износе резьбы появляются зазоры, которые трудно удалить, поэтому данная резьба применяется в малонагруженных передачах; там, где это, возможно, вытесняется трапецеидальной резьбой. Данный тип резьбы не стандартизован.
5) Круглая резьба. Профиль образован двумя сопряженными прямыми отрезками. Применяется там, где нужна плотная резьба при эксплуатации в загрязненной среде. В общем машиностроении применяется редко. Из всех типов круглой резьбы стандартизована лишь резьба