Глава 1 Резьбовые соединения

Геометрические параметры резьбы (рис. 1.2): d—наружный диаметр; άγ — внутренний диаметр (номинальные значения d и άγ одинаковы для винта и гайки, зазоры во впадинах
образуют за счет предельных отклонений размеров диаметров); d2 — средний диаметр (диаметр воображаемого ци¬линдра, образующая которого пересе¬кает резьбу в таком месте, где ширина выступа равна ширине впадины); h — рабочая высота профиля, по которой соприкасаются боковые стороны резьб винта и гайки; ρ — шаг (расстояние между одноименными сторонами соседних профилей, измеренное в направлении оси резьбы); ργ — ход (поступатель¬ное перемещение образующего профиля за один оборот или относительное осевое перемещение гайки за один оборот). Для однозаходной резьбы Ρι=Ρ\ для многозаходнои ρι=ηρ, где η — число заходов; α — угол профиля; ψ — угол подъема (угол подъема раз¬вертки винтовой линии по среднему диаметру; рис. 1.3).
tg Ψ =Pi l(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 впа¬динами; круглая (рис. 1.4, б); резьба винтов для дерева (рис. 1.4, в).
 

 

 

 

 

 

 

Резьбы винтовых механизмов (ходовые резьбы): 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 по¬высить к. п. д. и уменьшить износ. Прочность во многих случаях не является для них основным критерием, определяющим разме¬ры винтовой пары.

Сопоставим профили резьб по этим по¬казателям (рис. 1.6). Осевая сила F, действующая по стержню винта, уравновешивается реакцией гайки, распределенной по виткам резьбы. На рис. 1.6 эта реакция условно заменена сосредоточенной силой Fm нормальной к линии профиля. При этом Fn = F/cosy и сила трения
FTp = Fnf=Ff/cosy = Ffnp,
где f—действительный коэффициент трения; fп-— фиктивный, или приведенный, коэффициент трения в резьбе:
fпр=f/ cosy.    (1.2)

Для крепежной метрической резьбы у = а/2 = 30° и fnp=1,15f; для ходовой трапецеидальной симметричной резьбы у = а/2 =15° и fпр = 1,03f; для ходовой упорной резьбы у = 3° и fПр=f; для прямоугольной резьбы у = 0 и fпр=f. Таким образом, в крепежной метрической резьбе силы трения на 15...12% больше, чем в ходовых резьбах.
В дальнейшем показано, что прочность резьбы на срез рассчитывают по сечению с — с (рис. 1.6). Для треугольной резьбы с — с равно ~0,85p, трапецеидальной — 0,65p, прямо¬угольной— 0,5p. Следовательно, при одном и том же шаге резьбы ρ треугольная резьба примерно в два раза прочнее прямоугольной. Учитывая это обстоятельство, основные крепежные резьбы выполняют с треугольным профилем, а ходовые— с прямоугольным или близким к нему.
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 значением шага р. Например, для диаметра 14 мм стандарт предусматривает крупную резьбу с шагом 2 мм и пять мелких резьб с ша¬гами 1,5; 1,25; 1; 0,75 и 0,5 мм. При уменьшении шага соответственно умень¬шаются высота резьбы (рис. 1.7) и угол подъема резьбы [см. формулу (1.1)], а вну¬тренний диаметр di увеличивается.

Увеличение диаметра d1 повышает про¬чность стержня винта, а уменьшение угла    Рис• 17 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 так¬же 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 впа¬динам и с закруглениями профиля. Высокую плотность соедине¬ния 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 изготовления 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 матери¬алов (см. рис. 1.4, в). Конструкция этих резьб обеспечивает равнопрочность резьбы в деталях из разнородных материалов. Например, для резьбы деревянной детали расчетным размером на срез является p, а для резьбы металлического винта—р'. При этом р>р'.
Резьба прямоугольная (см. рис. 1.5, в), широко применя¬вшаяся ранее в винтовых механизмах, в настоящее время не стандартизована и почти вытеснена трапецеидальной. Изготовить прямоугольную резьбу более производительным
способом на резьбофрезерных станках невозможно, так как для образования чистой поверхности резьбы у фрезы должны быть режущими не только передние, но и боковые грани (ср. профили рис. 1.5, a и 1.5,b).
Прямоугольную резьбу изготовляют резцами на токарно- винторезных станках. Этот способ имеет низкую производи¬тельность.
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 нагруз¬кой 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.