Какая резьба крепче мелкая или крупная?
Виды резьб
Для резьб с симметричным профилем угол наклона профиля равен половине угла профиля.
Рис. 1 – Профиль резьбы
Метрическая резьба
Метрическая резьба (рис. 2) — основная треугольная крепежная резьба. Метрические резьбы бывают с крупными и мелкими шагами. Наиболее распространена метрическая резьба с крупным шагом, так как по сравнению с резьбами с мелкими шагами она оказывает меньшее влияние на износ и ошибки изготовления.
Метрические резьбы с мелкими шагами по сравнению с резьбой с крупным шагом при одном и том же наружном диаметре обеспечивают детали большие прочность (глубина канавок резьбы меньше и внутренний диаметр резьбы больше) и надежность от самоотвинчивания (шаг резьбы, а следовательно, и угол подъема резьбы меньшие).
Поэтому метрические резьбы с мелкими шагами применяют при изготовлении тонкостенных резьбовых деталей, служащих для регулирования и подверженных действию динамических нагрузок.
Рис. 2 – Метрическая резьба
Дюймовая резьба
Дюймовая резьба (рис. 3), так же как и метрическая, – треугольная, крепежная. Ее применяют для замены резьбовых деталей старых и импортных машин, ввозимых из стран, в которых применяется дюймовая система мер (США, Англия и др.), и в некоторых особых случаях.
Рис. 3 – Дюймовая резьба
Метрическая коническая резьба
Метрическая коническая резьба имеет треугольный профиль, аналогичный (по размерам элементов профиля) профилю метрической резьбы по ГОСТ 25229-82 (СТ СЭВ 307-76). Она применяется для конических резьбовых плотных (непроницаемых) соединении.
Круглая резьба
Круглая резьба (рис. 4) применяется для винтов, несущих большие динамические нагрузки, работающих в загрязненной среде с частым отвинчиванием и завинчиванием (вагонные сцепки, пожарная арматура), а также в тонкостенных изделиях, как, например, на цоколях и патронах электрических ламп, частей противогазов и т. п. Несколько видов круглой резьбы стандартизованы.
Рис. 4 – Круглая резьба
Трапецеидальная резьба
Трапецеидальная резьба (рис. 5) — основная резьба передач винт – гайка и червяков червячных передач. Она удобна для изготовления, по сравнению с треугольной резьбой имеет меньшие потери на трение, а по сравнению с прямоугольной более прочная.
Рис. 5 – Трапецеидальная резьба
Упорная резьба
Упорная резьба (рис. 6) имеет несимметричный трапецеидальный профиль витков. Применяется для винтов, воспринимающих большую одностороннюю осевую нагрузку в прессах, нажимных устройствах прокатных станов, грузовых крюках и т. п.
Рис. 6 – Упорная резьба
Трубная цилиндрическая, трубная коническая и коническая дюймовая
Трубная цилиндрическая (рис. 7), трубная коническая (рис. 8) и коническая дюймовая (рис. 9) резьбы представляют собой мелкие треугольные дюймовые крепежно-уплотняющие резьбы. Они приме няются в основном для соединения труб и арматуры трубопроводов. Конические резьбы обеспечивают герметичность соединения резьбовых деталей без специальных уплотнений.
Рис. 7 – Трубная цилиндрическаяРис. 8 – Трубная коническаяРис. 9 – Коническая дюймовая
Прямоугольная (и квадратная) резьба изготовляется на токарно-винторезных станках. Такой способ не позволяет получить высокую точность, и поэтому данная резьба применяется сравнительно редко и соответственно не стандартизована.
Размеры стандартной резьбы принимают по соответствующему ГОСТу в зависимости от наружного диаметра d резьбы.Исследования прочности резьбы показывают, что осевая нагрузка распределяется между витками резьбы неравномерно, что объясняется не только невозможностью изготовления абсолютно точной резьбы, но и неблагоприятным сочетанием деформаций болта и ганки (болт растягивается, а гайка сжимается). Для упрощения расчетов резьбы на прочность условно принимают, что осевая нагрузка распределяется между витками резьбы равномерно. Расчет резьбы на прочность производят обычно как проверочный.
Из рис. 1 видно, что если на сопрягаемые резьбой детали (болт и гайку и пр.) действует осевая сила F, то витки резьбы каждой детали работают на срез, смятие и изгиб.
Резьбу крепежной детали рассчитывают только на срез и смятие, так как расчет ее на изгиб по формулам сопротивления материалов весьма условен.
При одинаковых материалах сопрягаемых резьбовых деталей расчет резьбы на прочность производят по охватываемой детали по формулам: на срез на смятие
где τc — расчетное напряжение на срез резьбы;
σsm — расчетное напряжение на смятие между витками резьбы; n — число витков резьбы, воспринимающих нагрузку; k — коэффициент полноты резьбы (см. рис. 1), показывающий отношение высоты витка в опасном сечении к шагу резьбы;
[σsm] – допускаемое напряжение на смятие резьбы.
Коэффициент полноты резьбы для метрической резьбы болтов, винтов и шпилек (см. рис. 1) k=0,75; гаек k=0,88; трапецеидальной резьбы k=0,65.
Если охватывающая резьбовая деталь изготовлена иэ менее прочного материала, чем материал охватываемой резьбой детали, то расчет резьбы на срез следует выполнять для каждой из этих деталей. Условие прочности охватывающей детали на срез
Так как прочность резьбы стандартных крепежных деталей гарантирована ГОСТом, то расчет резьбы этих деталей на прочность не производят.
10 хитростей, которые вы должны знать о крепеже
Многие инженеры считают, что знают о таких простых элементах крепления как болты, шайбы и гайки абсолютно все. Разве есть у кого-либо сомнение в том, что это наиболее простые, эффективные и предсказуемые в использовании метизы? Но на самом деле, все не так просто и мы расскажем вам о 10 фактах, которые значительно изменят вашу точку зрения на резьбовые соединения.
Миф о пружинных шайбах
Все знают, что такое пружинная шайба.
Принцип действия этого изделия также не является секретом ни для кого – этот элемент крепления создает дополнительное напряжение между поверхностью детали и гайкой, предотвращая самопроизвольное ослабление соединения, а кроме этого, упирается своими концами в металл, предотвращая проворачивание гайки. Но все это лишь теория. Работает ли этот принцип в реальной жизни там, где необходима максимальная надежность соединения? Многочисленные эксперименты, проведенные в лабораторных условиях, показали, что пружинные шайбы не только не предотвращают раскручивание, но и могут сами ему способствовать. Чтобы выполнять свои функции, шайба должна «зарываться» своими концами в материал, а это возможно лишь в том случае, если речь идет об очень мягком металле, пластике или древесине.
Поперечная нагрузка против продольной
Большинство специалистов в области механики уверены, что для резьбового соединения опаснее вибрационные нагрузки, направленные вдоль оси резьбы. Но, на самом деле, гораздо опаснее поперечные вибрации – именно они вызывают постепенное ослабление гайки и разрушение резьбы.
Сведения об этой особенности болтовых и шпилечных соединений никогда не были секретом и получены еще в 1960 году Герхардом Юнкером, но основе данных, собранных при испытании соединений на специальной машине. Удивительно, что так мало механиков знают об этой важной особенности.
Универсальное средство от самопроизвольного ослабления соединения
Если поперечные вибрации могут быть опасны для соединений с гайками, а пружинные шайбы неэффективны, то что может выручить механика, при необходимости получить максимально надежное соединение? Оказывается, наиболее действенным способом получить надежно закрученную на резьбе гайку, является использование замковых гаек или так называемых гаек с прорезью, которые после закручивания фиксируются на специальной стопорной шайбе.
Не бойтесь затягивать гайки для упора
Все мы отлично знаем, что затягивание гаек до упора чревато неприятностями, вплоть до разрушения гайки или повреждения резьбы. Оказывается, что для получения максимально надежного соединения, нужно приложить максимум усилий и затянуть гайку до упора.
Чем сильнее затянута гайка, тем меньше шанс у нее начать самопроизвольно раскручиваться под действием динамических нагрузок. Разумеется, при большом усилии резьбовое соединение можно повредить, но это вопрос скорее качества изделий, чем технологии монтажа.
Предел текучести стали составляет порядка 1000 фунтов и если вам удастся достичь такого усилия при создании соединения, то гайка, болт и соединяемые элементы можно теоретически считать одним целым.
«Умные» болты
У описанного выше метода создания надежного соединения есть лишь один недостаток, который, тем не менее, мешает его повсеместному внедрению. Этот недостаток заключается в том, что определить силу зажатия гайки без специального оборудования не удается.
Конечно, для работы можно использовать специальные ключи с динамометрами, но они выпускаются, обычно, для использования в автомобильной индустрии и не позволяют развивать максимальное усилие, необходимое для преодоления порога текучести.
Ученые нашли выход из положения, разработав специальные гайки с индикацией силы закручивания. Эти изделия уже производятся и их можно приобрести у нескольких компаний.К сожалению, такой крепеж обходится более чем в 10 раз дороже чем обычные гайки и поэтому его используют лишь в самых ответственных узлах, например при фиксации элементов космических кораблей.
6 витков резьбы
Большинство из нас уверены, что чем больше витков резьбы задействовано при соединении, тем лучше. Это не совсем так, потому что наукой доказано, что максимальная эффективность достигается при работе всего лишь 6 витков резьбы.
При приложении силы, резьбовые элементы сильно растягиваются, и при этом нагрузка распределяется по резьбе неравномерно. Наибольшую нагрузку испытывает самый первый работающий виток, а следующие нагружены меньше, причем силы воздействия уменьшаются пропорционально с каждым следующим витком.
После 6 витка это правило не работает и принципиального прироста надежности фиксации увеличение их числа не дает.
Особая маркировка резьбовых соединений
Некоторым специалистам приходится сталкиваться с маркировкой из букв и цифр, нанесенных на гайки и болты и не имеющим отношения к ГОСТам и DINам. Выглядит эта маркировка как 2А или 3В и ее назначение понятно далеко не всем.
Как выяснилось, эти сочетания символов есть не что иное, как класс резьбы элемента крепления. Буква А обозначает наружную резьбу, а В – внутреннюю.
Цифры могут изменяться от 1 до 4 и они говорят о зазорах в резьбе, влияющих на эксплуатацию резьбовой пары:
Класс 1 – отличный выбор для соединений, которые придется часто разбирать и снова собирать;
Класс 2 – универсальный для всех случаев использования.
Обычно этот крепеж имеет идеальное соотношение цены и качества;
Класс 3 – максимально надежное соединения для узлов, работающих под большими нагрузками;
Класс 4 – прецезионный – так маркируются специальные изделия с высоким содержанием свинца в материале.
Крупная или мелкая резьба?
Многие болты и гайки выпускают как с крупной, так и с мелкой резьбой. Каждый из вариантов имеет свои преимущества и недостатки. Болты с мелкой резьбой имеют большее сечение и поэтому более прочные, чем болты с крупной резьбой.
В тоже время, мелкая резьба более подвержена повреждениям, как коррозионным, так и механическим.
Повредить такую резьбу можно прямо в процессе закручивания гайки, просто приложив излишнее усилие или допустив незначительный перекос крепежных элементов.
Резьбовые соединения и температура
Как вы думаете – прочнее ли становится болтовое соединение при повышении температуры? Многие скажут, что при значительном нагреве болты и гайки теряют свои несущие свойства, так как расширяются и становятся более эластичными.
При этом почти все уверены, что экстремально низкие температуры не так опасны для крепежа. Научные же исследования объективно утверждают, что как сильное нагревание, так и серьезное понижение температуры отрицательно сказываются на соединениях.
Оптимальным вариантом всегда является комнатная температура, при которой металл сохраняет максимум несущих свойств.
Проблемы с шлицем Phillips
Вряд ли существует человек, который имел дело с винтами, оснащенными шлицами Phillips и ни разу не проклинал их. Конечно, если сравнивать филлипсовский крестовой шлиц и прямой, то он гораздо лучше, так как не дает соскальзывать отвертке или бите шуруповерта.
Но его недостаток в том, что при закручивании необходимо прилагать значительное осевое усилие на инструмент, что приводит к стачиванию шлица до состояния конуса. В чем причина этой проблемы? Как оказалось, она кроется в нас, так как мы используем этот крепеж не по назначению.
Для вкручивания в плотные материалы, без подготовки отверстия, предназначены винты с шлицами типа torx и pozidriv.
Винты с шлицами Phillips создавались специально для автомобильной и военной отрасли, где больше ценится точность изготовления и качество стали, чем усилие, приложенное при монтаже.Полезные советы 20.09.2019 13:10:43
Отзывы могут оставлять только зарегистрированные пользователи. Пожалуйста, зарегистрируйтесь
Какая резьба крепче мелкая или крупная? – Металлы, оборудование, инструкции
Метрическая резьба – это винтовая нарезка на наружных или внутренних поверхностях изделий. Форма выступов и впадин, которые ее формируют, представляет собой равнобедренный треугольник. Метрической эту резьбу называют потому, что все ее геометрические параметры измеряются в миллиметрах.
Она может наноситься на поверхности как цилиндрической, так и конической формы и использоваться для изготовления крепежных элементов различного назначения. Кроме того, в зависимости от направления подъема витков резьба метрического типа бывает правая или левая. Помимо метрической, как известно, есть и другие типы резьбы – дюймовая, питчевая и др.
Отдельную категорию составляет модульная резьба, которую используют для изготовления элементов червячных передач.
От точности исполнения метрической резьбы зависит надежность разъемного соединения
Основные параметры и сферы применения
Наиболее распространенной является метрическая резьба, наносимая на наружные и внутренние поверхности цилиндрической формы. Именно она чаще всего используется при изготовлении крепежных элементов различного типа:
- анкерных и обычных болтов;
- гаек;
- шпилек;
- винтов и др.
Детали конической формы, на поверхность которых нанесена резьба метрического типа, требуются в тех случаях, когда создаваемому соединению необходимо придать высокую герметичность.
Профиль метрической резьбы, нанесенной на конические поверхности, позволяет формировать плотные соединения даже без использования дополнительных уплотнительных элементов.
Именно поэтому она успешно применяется при монтаже трубопроводов, по которым транспортируются различные среды, а также при изготовлении пробок для емкостей, содержащих жидкие и газообразные вещества. Следует иметь в виду, что профиль резьбы метрического типа один и тот же на цилиндрических и на конических поверхностях.
Параметры конусной метрической резьбы
Виды резьб, относящихся к метрическому типу, выделяют по ряду параметров, к которым относятся:
- размеры (диаметр и шаг резьбы);
- направление подъема витков (левая или правая резьба);
- расположение на изделии (внутренняя или наружная резьба).
Есть и дополнительные параметры, в зависимости от которых метрические резьбы разделяются на различные виды.
Внутренняя метрическая резьба
Наружная метрическая резьба
Геометрические параметры
Рассмотрим геометрические параметры, которые характеризуют основные элементы резьбы метрического типа.
- Номинальный диаметр резьбы обозначается буквами D и d. При этом под буквой D понимают номинальный диаметр наружной резьбы, а под буквой d – аналогичный параметр внутренней.
- Средний диаметр резьбы в зависимости от ее наружного или внутреннего расположения обозначается буквами D2 и d2.
- Внутренний диаметр резьбы в зависимости от ее наружного или внутреннего расположения имеет обозначения D1 и d1.
- Внутренний диаметр болта используется для расчета напряжений, создаваемых в структуре такого крепежного изделия.
- Шаг резьбы характеризует расстояние между вершинами или впадинами соседних резьбовых витков. Для резьбового элемента одного и того же диаметра различают основной шаг, а также шаг резьбы с уменьшенными геометрическими параметрами. Для обозначения этой важной характеристики используют букву P.
- Ход резьбы представляет собой расстояние между вершинами или впадинами соседних витков, сформированных одной винтовой поверхностью. Ход резьбы, которая создана одной винтовой поверхностью (однозаходная), равен ее шагу. Кроме того, значение, которому соответствует ход резьбы, характеризует величину линейного перемещения резьбового элемента, совершаемого им за один оборот.
- Такой параметр, как высота треугольника, который формирует профиль резьбовых элементов, обозначается буквой H.
Геометрические параметры основного профиля метрической резьбы
Таблица значений диаметров метрической резьбы (все параметры указаны в миллиметрах)
Значения диаметров метрической резьбы (мм)
Полная таблица метрических резьб согласно ГОСТ 24705-2004 (все параметры указаны в миллиметрах)
Полная таблица метрических резьб согласно ГОСТ 24705-2004
Основные параметры резьбы метрического типа оговариваются несколькими нормативными документами. ГОСТ 8724
Этот стандарт содержит требования к параметрам шага резьбы и ее диаметра. ГОСТ 8724, действующая редакция которого вступила в силу в 2004 году, является аналогом международного стандарта ISO 261-98. Требования последнего распространяются на метрические резьбы диаметром от 1 до 300 мм. По сравнению с этим документом, ГОСТ 8724 действует для более широкого диапазона диаметров (0,25–600 мм).В настоящий момент актуальна редакция ГОСТа 8724 2002, вступившего в действие в 2004 году вместо ГОСТа 8724 81.
Следует иметь в виду, что ГОСТ 8724 регламентирует отдельные параметры метрической резьбы, требования к которой оговаривают и другие стандарты резьб.
Удобство использования ГОСТа 8724 2002 (как и других подобных документов) состоит в том, что вся информация в нем содержится в таблицах, в которые включены метрические резьбы с диаметрами, находящимися в вышеуказанном интервале.
Требованиям данного стандарта должна соответствовать как левая, так и правая резьба метрического типа.
ГОСТ 24705 2004
Данный стандарт оговаривает, какие должна иметь резьба метрическая основные размеры. ГОСТ 24705 2004 распространяется на все резьбы, требования к которым регламентируются ГОСТом 8724 2002, а также ГОСТом 9150 2002.
ГОСТ 9150
Это нормативный документ, в котором оговорены требования к профилю метрической резьбы. ГОСТ 9150, в частности, содержит данные о том, каким геометрическим параметрам должен соответствовать основной резьбовой профиль различных типоразмеров.
Требования ГОСТа 9150, разработанного в 2002 году, как и двух предыдущих стандартов, распространяются на метрические резьбы, витки которых поднимаются слева вверх (правого типа), и на те, винтовая линия которых поднимается влево (левого типа).
Положения данного нормативного документа тесно перекликаются с требованиями, которые приводит ГОСТ 16093 (а также ГОСТы 24705 и 8724).
ГОСТ 16093
Данный стандарт оговаривает требования к допускам на метрическую резьбу. Кроме того, ГОСТ 16093 предписывает, как должно осуществляться обозначение резьбы метрического типа.
ГОСТ 16093 в последней редакции, которая вступила в действие в 2005 году, включает в себя положения международных стандартов ISO 965-1 и ISO 965-3.
Под требования такого нормативного документа, как ГОСТ 16093, подпадает как левая, так и правая резьба.Стандартизируемым параметрам, указанным в таблицах резьб метрического типа, должны соответствовать размеры резьбы на чертеже будущего изделия. Выбор инструмента, при помощи которого будет выполняться ее нарезка, должен быть обусловлен данными параметрами.
Правила обозначения
Для обозначения поля допуска отдельного диаметра метрической резьбы используется сочетание цифры, которая указывает на класс точности резьбы, и буквы, определяющей основное отклонение.
Поле допуска резьбы также должно обозначаться двумя буквенно-цифровыми элементами: на первом месте – поле допуска d2 (средний диаметр), на втором – поле допуска d (наружный диаметр).
В том случае, если поля допусков наружного и среднего диаметров совпадают, то в обозначении они не повторяются.
Обозначение метрической резьбы
По правилам первым проставляется обозначение резьбы, затем следует обозначение поля допуска. Следует иметь в виду, что шаг резьбы в маркировке не обозначается. Узнать данный параметр можно из специальных таблиц.
В обозначении резьбы также указывается, к какой группе по длине свинчивания она относится. Всего существует три таких группы:
- N – нормальная, которая не указывается в обозначении;
- S – короткая;
- L – длинная.
Буквы S и L, если они необходимы, идут за обозначением поля допуска и отделяются от него длинной горизонтальной чертой.
Пример обозначение резьбы на 24 мм различного типа (по ГОСТу 8724)
Обязательно указывается и такой важный параметр, как посадка резьбового соединения. Это дробь, формируемая следующим образом: в числителе проставляется обозначение внутренней резьбы, относящееся к полю ее допуска, а в знаменателе – обозначение поля допуска на резьбу наружного типа.
Пример обозначения посадки резьбового соединения на чертежах
Поля допусков
Поля допусков на метрический резьбовой элемент могут относиться к одному из трех типов:
- точные (с такими полями допуска выполняется резьба, к точности которой предъявляются высокие требования);
- средние (группа полей допуска для резьбы общего назначения);
- грубые (с такими полями допуска выполняют резьбонарезание на горячекатаных прутках и в глубоких глухих отверстиях).
Свинчиваемость деталей в резьбовом соединении обеспечивается допусками
Поля допусков на резьбы выбираются из специальных таблиц, при этом надо придерживаться следующих рекомендаций:
- в первую очередь выбираются поля допусков, выделенные жирным шрифтом;
- во вторую – поля допусков, значения которых вписаны в таблицу светлым шрифтом;
- в третью – поля допусков, значения которых указаны в круглых скобках;
- в четвертую (для крепежных изделий коммерческого назначения) – поля допусков, значения которых содержатся в квадратных скобках.
В отдельных случаях разрешается использовать поля допусков, образованные отсутствующими в таблицах сочетаниями d2 и d. Допуски и предельные отклонения на резьбу, на которую впоследствии будет наноситься покрытие, учитываются по отношению к размерам резьбового изделия, пока еще не обработанного с помощью такого покрытия.
Источник: http://met-all.org/obrabotka/prochie/metricheskaya-rezba-gost-vidy-shag-tablitsa-oboznachenie.html
Виды резьб
Для резьб с симметричным профилем угол наклона профиля равен половине угла профиля.
Рис. 1 — Профиль резьбы
Какая резьба лучше держит мелкая или крупная?
| Каталог / шаг резьбы, длина резьбы: болты, гайки 8.8, 10.9 высокопрочные |
Шаг резьбы: болты гайки 8.8, 10.9 высокопрочные
Шаг резьбы — это расстояние между двумя одноименными (т. е. правыми или левыми) точками двух соседних витков, измеренное параллельно оси резьбы.
При обозначении параметров болта шаг резьбы не указывается.
Для каждого номинального диаметра резьбы один из шагов принят за основной и называется крупным.
При обозначении параметров болта такой шаг резьбы не указывается.
Используется для большинства конструкций и механизмов во всех отраслях народного хозяйства.
| М 1.0 | 0,25 | 0,2 | — | — |
| М 1.2 | 0,25 | 0,2 | — | — |
| М 1.4 | 0,3 | 0,2 | — | — |
| М 1.6 | 0,35 | 0,2 | — | — |
| М 1.8 | 0,35 | 0,2 | — | — |
| М 2.0 | 0,4 | 0,25 | — | — |
| М 2.2 | 0,45 | 0,25 | — | — |
| М 2.5 | 0,45 | 0,35 | — | — |
| М 3.0 | 0,5 | 0,35 | — | — |
| М 3.5 | 0,6 | 0,35 | — | — |
| М 4.0 | 0,7 | 0,5 | — | — |
| М 5.0 | 0,8 | 0,5 | — | — |
| М 6.0 | 1,0 | 0,75 | 0,5 | — |
| М 8.0 | 1,25 | 1,0 | 0,75 | 0,5 |
| М 10.0 | 1,5 | 1,25 | 1,0 | 0,75 |
Длина резьбы: болты гайки 8.8, 10.9 высокопрочные
Длиной резьбы называют длину участка поверхности, на котором образована резьба, включая сбег резьбы и фаску. Как правило, на чертежах указывается только длина резьбы с полным профилем.
Возможно изготовление болтов с длинной резьбы: стандартной, полной, без резьбы.
Расчет параметров резьбы основывается на номинальном диаметре резьбы, шаге резьбы и внутреннем диаметре резьбы:
D. Номинальный наружный диаметр внутренней резьбы (гайка)
d. Номинальный наружный диаметр наружной резьбы (болт)
D/d Номинальный диаметр резьбы
D2/d2 Номинальный средний диаметр резьбы
D1/d3 Номинальный внутренний диаметр резьбы
) > Шаг резьбы
Значение диаметров метрической резьбы вычисляют по формулам:
D2 (d2) = D(d) — 0,6495P
D1 (d1) = D(d) — 1,0825P
Размеры наружной резьбы (болта) измеряются калибрами, микрометрами или оптическими измерительными приборами, в то время как внутренняя резьба (гайка) измеряется цилиндрическими калибрами.
Допуск на резьбу
Устанавливается допуски для двух диаметров резьбы – среднего диаметра и диаметра выступов (наружного диаметра наружной резьбы и внутреннего диаметра внутренней резьбы).
Допуск среднего диаметра резьбы определяет допустимую степень отклонения номинального среднего диаметра наружной (d2) и внутренней резьбы (D2).
Допуск на диаметр выступов устанавливает допустимую степень отклонения номинального наружного диаметра (d) крепежа с наружной резьбой (например, болты, винты) и номинального внутреннего диаметра (D) крепежа с внутренней резьбой (например, гайки).
Значение допуска среднего диаметра и диаметра выступов всегда отрицательное для крепежа с наружной резьбой и положительное для крепежа с внутренней резьбой.Положительный допуск на внутреннюю резьбу и отрицательный на внешнюю позволяет оставлять необходимый допуск на возможную последующую обработку.
0 — нулевая отметка (h/H) — Номинальный диаметр.
+/- — положительные/отрицательные зоны расположения допусков.
e/g/G — положение допуска относительно 0 (h/H)
6/7/8 — степень точности допуска
* — стандартный размер допуска болта/гайки
Es/ei — максимальный размер границы поля допуска
Ei/es — минимальный размер границы поля допуска
Изменения шага, угла профиля и формы резьбы для повышения долговечности крепежа
Анализ данных экспериментальных исследований крепежных изделий показывает, что при одинаковом отношении R/P (R – радиус впадины резьбы, P – шаг резьбы) шаг резьбы практически не влияет на предел выносливости резьбовых соединений.
Лишь для резьбы с диаметром 10 мм при R = 0 наблюдается небольшой (до 10 %) разброс результатов относительно среднего значения. При других значениях R/P разброс не превышает 2…5%.
Это позволяет рассматривать резьбу как совокупность мелких выточек.
Повышение разрушающих нагрузок в крепежных соединениях с мелкой резьбой
Напряжения в стержне с такими выточками распределяются неравномерно лишь на небольшой глубине, прилегающей к вершине. В этом случае коэффициент концентрации напряжений зависит от отношения R/P и не зависит от отношения R/d.
Если разрушающие напряжения в болте с мелкой резьбой одинаковые с крупной резьбой, то разрушающие нагрузки при мелкой резьбе выше за счёт большей площади. Например, для резьбы М10×1,5 площадь сечения А1= 55,1 мм2, а для резьбы М10×1 А1 – 62,4 мм2, т.
е. на 13 % больше.
Стопорящие свойства крепежа с резьбой малого шага
Для накатывания мелкой резьбы требуются станки меньшей мощностью. Кроме того, крепёж с мелкой резьбой имеет более высокие стопорящие свойства. Благодаря указанным преимуществам мелкую резьбу широко применяют в машиностроении.
Таблица 1
| 45 | 8,650 | 7,300 | 80 |
| 60 | 9,026 | 8,020 | 55 |
| 75 | 9,144 | 8,490 | 65 |
| 90 | 9,374 | 8,874 | 85 |
Следствия уменьшения угла профиля резьбы крепежа
При уменьшении угла профиля (за исходный угол профиля принят угол для метрической резьбы α = 60°) увеличивается рабочая глубина (перекрытие) витков и, как следствие, осевая податливость резьбы, которая способствует более равномерному распределению нагрузки между витками и разгрузке первого витка.
Следствия увеличения угла профиля крепежных деталей
При α > 60° также улучшается распределение нагрузки между витками, но уже за счёт увеличения радиальной податливости гайки. Результаты расчетов показывают, что нагрузка на первый виток резьбы М10 с α = 75° снижается на 17 % по сравнению со стандартной резьбой; при α = 90° уменьшение нагрузки составляет 35 %.
Наряду со снижением нагрузки при α > 60° существенно уменьшаются действующие в основании витков напряжения, связанные с изгибом. При α = 90° резьба получается как бы «безизгибной» (рис. 1), что существенно повышает прочность соединений.
Влияние угла профиля резьбы на сопротивление шпилек и болтов усталости
Влияние угла профиля резьбы на сопротивление усталости исследовалось И. А. Биргером и Г. Б. Иосилевичем. Испытывались шпильки М10 с α = 45, 60, 75 и 90° из стали 38ХА (σв – 1150 МПа).
Резьба на шпильках нарезалась на токарно-винторезном станке резцами с пластинами из твердого сплава Т15К6, заточенными на профилешлифовальном станке. Резьба в гайках нарезалась специальными метчиками. Профили исследованных резьб изображены на рис. 4.
Влияние угла профиля и формы резьбы
Как показывают результаты испытаний (табл. 1; рис. 2), увеличение угла профиля резьбы до α = 90° или уменьшение до α — 45° позволяет повысить предел выносливости соединения на 45 ,.. 55 %. Впервые резьба с α = 90° для болтов была предложена в работе Биргера.
Разрушение соединений происходит, как правило, на уровне или ниже опорного торца гайки, что свидетельствует о существенном уменьшении максимальных напряжений в сечении первого витка.
По данным Р. Б. Хейвуда, долговечность болтов с α = 90° в 10 раз больше, чем стандартных.
Резьба с α = 90° может быть рекомендована для ответственных конструкций объектов энергетики, соединений фланцев технологических трубопроводов высокого давления, когда необходим очень высокий предел выносливости (особенно для нарезанных резьб). Изготовление резьбы с малой высотой профиля при α = 90° легче, чем резьбы с профилем стандартной формы.
Нецелесообразность увеличения угла профиля резьбы крепежа выше 90°
Отметим, что увеличение угла профиля резьбы свыше 90° может привести к разрушению тела гайки из-за высокой радиальной нагрузки. Смещения усилий к оси стержня и уменьшения напряжений от изгиба витков можно достичь при выполнении на болтах (шпильках) резьбы с несколько большим, чем на гайках, углом симметричного профиля α = 62 …
65°, а также при изготовлении резьбы с асимметричным профилем . Резьба гайки должна иметь при этом стандартный профиль, а для обеспечения свинчиваемости и взаимозаменяемости следует несколько увеличить зазоры по среднему диаметру. Асимметричный профиль резьбы болта применяется в Великобритании и США.
По данным Хирониса, такая резьба выдерживает значительные напряжения (рис. 3).
Отметим, что применение гаек, резьба которых имеет увеличенный угол α или асимметричный профиль, может привести к снижению сопротивления усталости.
Зарубежные исследования различных профилей резьбы крепежа
Влияние угла профиля и формы резьбы на долговечность крепежных соединений изучалось Итоном. Профили исследованных резьб показаны на рис. 4.
Резьбы крепежа с профилями I и IV, наиболее распространенные в США, имели α = 60°.
Резьбы крепежных изделий с профилями II и III упорные, причем в первом случае угол наклона рабочей стороны резьбы равен 3°, нерабочей 30°, а во втором случае соответственно 0 и 45°. Рабочая высота профиля III меньше, чем профиля II.
Резьба крепежных деталей с профилем V имела α = 90°.
Резьбы с профилями VI и VII предназначены для воспринятая переменных нагрузок.
Исключение контакта по вершинам витков резьбы с профилем VII, как показали результаты экспериментов, повысило долговечность соединений, но снизило прочность при испытании на срез.Такую резьбу используют в США для соединений, нагруженных тяжелыми динамическими нагрузками. Шпильки изготовляли из марганцево-никелевой стали (σв = 668…730 МПа). Испытания проводили при нулевом цикле напряжений.
Относительная прочность резьбовых соединений
В табл. 2 приведены данные об относительной прочности резьбовых соединений (за единицу принята прочность резьбы с α = 60° и плоскосрезанной впадиной).
Как показывает анализ этих данных, профиль (VI и VII), образованный дугой окружности и исключающий контакт между вершиной резьбы гайки и впадиной резьбы шпильки, позволяет на 60% повысить предел выносливости соединений. При использовании упорной резьбы и резьбы с α = 90° значение σап повышается незначительно (до 10 %).
Это объясняется влиянием ударных нагрузок из-за увеличенных радиальных зазоров при отнулевом цикле напряжений. Предел выносливости этих соединений можно повысить путем предварительной затяжки крепежа.
Таблица 2
| Профиль резьбы | База испытаний, число циклов | ||
| 105 | 106 | 107 | |
| I | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| II | 1,09 | 1,01 | 0,98 |
| III | 1,06 | 1,14 | 1,07 |
| IV | 1,21 | 1,18 | 1,22 |
| V | 1,04 | 1,05 | 1,09 |
| VI | – | 1,25 | 1,12 |
| VII | 1,31 | 1,51 | 1,60 |
Переменные средний диаметр и шаг
Изменив радиус впадины или профиль резьбы, можно эффективно снизить концентрацию напряжений от местной нагрузки на витки.
Для улучшения распределения нагрузки нужно таким образом изменить средний диаметр по высоте гайки, чтобы контакт витков начинался вблизи свободного торца гайки. Р.
Хейвудом установлено, что прямая конусность 1:50 при увеличении среднего диаметра от торца к головке болта (рис. 5) снижает долговечность соединений c 105 до 6×104 циклов.
Обратная конусность 1:100 повышает долговечность до 1,8×105, а при большей конусности (1:50) — до 2,1×105 циклов.
Применение гаек с коническим заходом
Отметим, что использование резьбы c переменным средним диаметром ограничено требованием недопущения в резьбе больших зазоров, поэтому в паре с конусным болтом предпочтительно применять конусную гайку.
Разновидностью этого метода является усечение (коррекция) витков резьбы гайки в наиболее нагруженной области до нарезания резьбы или после него. Угол φ принимают равным 10…15°. Согласно данным Лутандера и Вальгрена, при усечении нижних витков гайки на 12° предел выносливости повышается на 20%. Такое же увеличение получено Г. Вигандом при усечении под углом 10°.
Рекомендации по применению гаек c коническим заходом приведены в работе Р. А. Уолкера и Г. Майера. Гайка с увеличенным шагом дает более равномерное распределение нагрузки. По данным Р.Хейвуда, долговечность соединения гайки с 11,85 витками и болта с 12 витками на 1″ повышается c 105 (для обычного соединения) до 5,8×105 циклов, причем разрушения всегда происходят значительно глубже опорной поверхности гайки, что свидетельствует о более равномерном распределении нагрузки между витками.
Степень влияния шага гайки и прочность ее материала
Переменный шаг в сочетании с углом профиля α = 90° способствует существенному повышению долговечности. Степень влияния увеличенного шага гайки зависит от прочности её материала при растяжении.
В случае невысокой прочности происходит перераспределение нагрузки вследствие пластических деформаций и нижние витки начинают работать аналогично виткам обычной гайки.
Рекомендуется использовать болты и гайки из одного материала.
Иногда применяют гайки с утопленной резьбой. В таких соединениях нижний виток болта более податливый, что снижает нагрузку. Гайка с прорезями по впадинам резьбы, которые увеличивают их податливость и улучшают распределение нагрузки. Однако на практике такую конструкцию реализовать крайне сложно.
Заключение
Стремление конструкторов к разработке крепежных изделий, применяемых для соединительных деталей трубопроводов, направлено на поиск геометрических характеристик конструкции, обеспечивающих наивысшую надёжность резьбового соединения для заданных условий эксплуатации.
Список литературы
- Иосилевич Г. Б., Строганов Г. Б., Шарловский Ю. В. Затяжка и стопорение резьбовых соединений.. – М. : Машиностроение, 1985. – 224 c.
- Якушев А. И., Мустаев Р. Х., Мавлютов Р. Р. Повышение прочности и надежности резьбовых соединений.. – М. : Машиностроение, 1979. – 214 c.
- Белозерова З.Л., Ращепкин К.Е., Ясин Э.М.
Надёжность магистральных нефте- и продуктопроводов // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов: Обз. инф. – М.: ВНИИОНГ, 1971….
- Sproat R. Z., Walker R. A. Radiused-root threads-are they realey better // Assembly Engng. 1965. N 4..
Получив доступ к данной странице, Вы автоматически принимаете Пользовательское соглашение.
