Эксплуатационное назначение резьбы и ее применение
Ход урока.
1.При помощи учебника самостоятельно законспектировать тему.
2. При конспектировании можно использовать литературу - О.А.Ряховский, А.В.Клыпин « Детали машин » .
РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
Детали в машинах, механизмах, приборах, а также аппаратах и сооружениях каким-либо образом соединены друг с другом. Данные соединения выполняют различные функции, и разделяются, в первую очередь, на два типа: подвижные и неподвижные.
Соединение неподвижное — соединение деталей, обеспечивающее неизменность их взаимного положения при работе. Например, сварные, соединения с помощью крепежных изделий и др. Соединение подвижное — соединение, при котором детали имеют возможность относительного перемещения в рабочем состоянии. Например, зубчатое соединение.
Неподвижные и подвижные соединения, в свою очередь, подразделяются на разъемные и неразъемные в зависимости от возможности демонтажа соединения.
Соединение неразъемное — соединение, которое нельзя разъединить без нарушения формы деталей или их соединяющего элемента. Например, соединение сварное, паяное, заклепочное и др.
Соединение разъемное — соединение, которое можно многократно разъединять и соединять, не деформируя при этом ни соединяемые, ни крепежные детали. Например, резьбовое соединение болтом, винтом, клиновое, шпоночное, зубчатое, и др.
|
|
|
Данная статья посвящена обзору резьбовых соединений, с разнообразием которых приходится довольно часто сталкиваться в повседневной жизни.
Резьбовое соединение — соединение деталей при помощи резьбы. Все знают, что такое резьба, все ее видели. Многим так же известно, что резьбы отличаются между собой, так как они имеют разные размеры, шаг и так далее. Однако не многие представляют, чем это регламентировано, а также что существует не только привычная для нас метрическая резьба цилиндрической формы, но и многие другие ее виды.
Понятие резьбы
Резьбой называется поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура по цилиндрической или конической поверхности, другими словами, спираль с постоянным шагом, образованная на этой поверхности.
Рисунок 1 - Резьба
Классификация резьб
По назначению резьбы делятся на крепежные (в неподвижном соединении) и ходовые или кинематические (в подвижном соединении). Часто крепежные резьбы несут в себе вторую функцию — уплотнения резьбового соединения, обеспечения его герметичности, такие резьбы называются крепежно-уплотнительными. Еще существуют специальные резьбы, которые имеют специальное назначение.
|
|
|
В зависимости от формы поверхности, по которой нарезается резьба, она может быть цилиндрической или конической.
В зависимости от расположения поверхности резьба может быть наружной (нарезанная на стержне) или внутренней (нарезанная в отверстии).
В зависимости от формы профиля различают резьбу треугольную, трапециевидную, прямоугольную, круглую, специальную.
Треугольная резьба подразделяется на метрическую, трубную, коническую дюймовую, трапециевидная резьба — на трапецеидальную, упорную, упорную усиленную.
По величине шага различают резьбу крупную, мелкую и специальную.
По числу заходов резьбы делятся на однозаходные и многозаходные.
По направлению винтовой линии различают резьбу правую (нитка резьбы нарезается по часовой стрелке) и левую (нитка резьбы нарезается против часовой стрелки).
На Рисунке 2 вся классификация резьб представлена в виде диаграммы:
Рисунок 2 — Классификация резьб
Помимо вышеуказанной классификации все резьбы делятся на две группы: стандартные и нестандартные; у стандартных резьб все их параметры определяются ГОСТами. Основные параметры резьбы определены ГОСТ 11708-82. Это так называемые стандартные резьбы общего назначения. Помимо них, существует понятие специальной резьбы. Специальные резьбы — это резьбы со стандартным профилем, но отличающиеся от стандартных размеров диаметра или шага резьбы, и резьбы с нестандартным профилем. Нестандартные резьбы — квадратная и прямоугольная — изготовляются по индивидуальным чертежам, на которых заданы все параметры резьбы. (Подробнее в разделе 5. Эксплуатационное назначение резьбы и ее применение).
|
|
|
Профили и параметры резьбы
Профили резьбы характеризуются следующими особенностями:
• метрическая резьба имеет профиль в виде равностороннего треугольника с углом при вершине 60°. Выступы и впадины резьбы притуплены (ГОСТ 9150-2002).
Метрическая резьба бывает цилиндрической и конической.
Резьба метрическая (треугольная)
• трубная резьба имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 55°. Трубная резьба также может быть цилиндрической и конической.
Резьба трубная цилиндрическая
Резьба трубная коническая
• коническая дюймовая резьба имеет профиль в виде равностороннего треугольника.
Резьба дюймовая коническая
• круглая резьба имеет профиль в виде полуокружности.
Резьба круглая
|
|
|
• трапецеидальная резьба имеет профиль в виде равнобочной трапеции с углом 30° между боковыми сторонами.
Резьба трапецеидальная
• упорная резьба имеет профиль не равнобочной трапеции с углом наклона рабочей стороны 3° и нерабочей — 30°.
Резьба упорная
• прямоугольная резьба имеет профиль в виде прямоугольника. Резьба не стандартизована.
Резьба прямоугольная нестандартная
Параметры резьбы
Основными параметрами резьбы считаются:
Диаметр резьбы (d) — диаметр поверхности, на которой будет образована резьба.
Рисунок 3 — Наружный диаметр
Шаг резьбы (Р) — расстояние по линии, параллельной оси резьбы между средними точками ближайших одноименных боковых сторон профиля резьбы, лежащими в одной осевой плоскости по одну сторону от оси вращения (ГОСТ 11708-82).
Ход резьбы (Рh) — относительное осевое перемещение детали с резьбой за один оборот (360°), равное произведению nР, где n — число заходов резьбы. У однозаходной резьбы ход равен шагу. Резьбу, образованную движением одного профиля, называют однозаходной, образованную движением двух, трех и более одинаковых профилей, называют многозаходной (двух-, трехзаходной и т. д.). Иначе говоря, на болте и гайке одновременно нарезают не одну спираль, а две или три. Многозаходную резьбу часто применяют в высокоточном оборудовании, например, в фототехнике, чтобы однозначно позиционировать положение деталей при взаимном вращении. Такую резьбу можно отличить от обычной по двум или трем началам витков на торце.
Рисунок 4 — Шаг резьбы и ход резьбы
Резьбу характеризуют три диаметра: наружный d (D), внутренний d1(D1) и средний d2(D2). Диаметры наружной резьбы обозначают d, d1 и d2, а внутренней резьбы в отверстии — D, D1 и D2.
Рисунок 5 — Диаметры резьбы
- наружный (номинальный) диаметр d (D) — диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин наружной (d) или впадин внутренней резьбы (D). Этот диаметр для большинства резьб является определяющим и входит в условное обозначение резьбы;
- средний диаметр d2(D2) — диаметр цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы таким образом, что её отрезки, образованные при пересечении с канавкой, равны половине номинального шага резьбы;
- внутренний диаметр d1 (D1,), диаметр цилиндра, вписанного во впадины наружной (d1,) или вершины внутренней резьбы (D1).
Построение винтовой поверхности на чертеже — длительный и сложный процесс, поэтому на чертежах изделий резьба изображается условно, в соответствии с ГОСТ 2.311-68.На стержне резьбу изображают сплошными основными линиями по наружному диаметру и сплошными тонкими линиями — по внутреннему диаметру.
Рисунок 6 — Пример изображения резьбы на стержне и в отверстии
Обозначение резьбы
Обозначение резьбы обычно включает в себя буквенное обозначение типа резьбы и номинальный диаметр. Дополнительно в обозначении могут быть приведены шаг резьбы(или TPI - threads per inch — число витков на дюйм), число заходов для многозаходной резьбы, диаметр отверстия под резьбу, направление (левое, правое).
Метрическая резьба - с шагом и основными параметрами резьбы в миллиметрах. Имеет широкое применение с номинальным диаметром от 1 до 600 мм и шагом 0,25 до 6 мм. Резьба метрическая является основной крепежной резьбой. Это резьба однозаходная, преимущественно правая, с крупным или мелким шагом. В обозначение метрической резьбы входят буква М и номинальный диаметр резьбы, причем крупный шаг не указывают: М5; М56. Для резьбы с мелким шагом дополнительно указывают шаг резьбы М5×0,5; М56×2. В конце условного обозначения левой резьбы ставят буквы LH, например: М5LH; М56×2 LH. В обозначении резьбы также указывают класс точности: М5-6g.
Пример обозначения:
М 30 — метрическая резьба с наружным диаметром 30 мм и крупным шагом резьбы;
М 30×1,5 — метрическая резьба с наружным диаметром 30 мм, мелким шагом 1,5 мм.
Хоть метрические резьбы и не нашли широкого применения в уплотняемых соединениях, однако такая возможность заложена в стандарты. Это резьбы метрические коническая и цилиндрическая.
Метрическая коническая резьба выполняется с конусностью 1:16 и номинальным диаметром от 6 до 60 мм по ГОСТ 25229-82 (СТ СЭВ 304-76). Она предназначается для самоуплотняемых конических резьбовых соединений, а также для соединений наружной конической резьбы с внутренней цилиндрической резьбой, имеющей номинальный профиль по ГОСТ 9150-2002. В обозначение метрической конической резьбы входят вид резьбы (буквы МК), номинальный диаметр резьбы, шаг резьбы. В конце условного обозначения левой резьбы ставят буквы LH.
Пример обозначения:
МК 30×2 LН - левая метрическая коническая резьба с наружным диаметром 30 мм, шагом резьбы 2 мм.
Метрическая цилиндрическая резьба (с профилем) основана на метрической резьбе (М) с номинальным диаметром от 1,6 до 200 мм и углом профиля при вершине 60°. Главное ее отличие в винте, который имеет увеличенный радиус впадины на резьбе (от 0,15011P до 0,180424P), что придает резьбовому соединению на основе цилиндрической метрической резьбы более высокие жаростойкие и усталостные качества. Обозначается метрическая цилиндрическая резьба буквами MJ, далее идет числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, поле допуска среднего диаметра и поле допуска диаметра выступов.
Внутренняя резьба MJ совместима с внешней резьбой M при совпадении номинального диаметра и шага, т. е. в гайку с такой резьбой можно закрутить обычный метрический винт.
Пример обозначения:
MJ6×1-4h6h — наружная резьба на поверхности вала с номинальным диаметром 6 мм, шагом 1 мм, полем допуска среднего диаметра 4h и полем допуска диаметра выступов 6h.
Отличия дюймовой резьбы от метрической в том, что угол при вершине резьбы у них составляет 55 градусов для стандартов британцев BSW (Ww) и BSF или 60 градусам (как и в метрической) в американской системе (UNC и UNF), а шаг резьбы вычисляется как соотношение числа витков резьбы на дюйм длины резьбы. Совместить метрические и дюймовые резьбы не представляется возможным, поэтому в странах с метрической системой применение находят только трубные дюймовые резьбы.
У дюймовой резьбы все параметры резьбы выражены в дюймах(чаще всего обозначается двойным штрихом, ставящимся сразу за числовым значением, например, 3» = 3 дюйма), шаг резьбы в долях дюйма (дюйм=2,54 см). Для трубной дюймовой резьбы размер в дюймах обозначает не величину резьбы, а условный просвет в трубе, тогда как наружный диаметр на самом деле существенно больше. Особенностью трубной резьбы является как раз тот факт, что она учитывает толщину стенок трубы, которые могут быть толще или тоньше в зависимости от материала изготовления и рабочего давления, на которое рассчитаны трубы. Поэтому дюймовый стандарт трубных резьб понятен и принят во всем мире как исключение из метрических правил.
Диаметры дюймовых резьб — это не единственный параметр, который важен при выборе труб. Необходимо учитывать: глубину резьбы, шаг резьбы, наружный и внутренний диаметр, угол профиля резьбы. Стоит обратить внимание, что шаг резьбы в этом случае рассчитывается не в дюймах и даже не в миллиметрах, а в нитках. Под ниткой понимается нарезанная канавка. Поэтому расчет ведется исходя из того, сколько канавок нарезано на одном дюймовом мерном отрезке трубы. Скажем, обычные водопроводы имеют только две разновидности шага резьбы: на 14 ниток, что соответствует метрическому шагу на 1,8 мм, и на 11 ниток — метрический шагу в 2,31 мм.
В Таблице 2 приведены основные отличия«дюймовой» и «трубной» цилиндрических резьб по отношению к «метрической» резьбе для наиболее распространенных размеров вышеобозначенных резьб.
Резьбы, обозначенные *по возможности не применять.
Естественно, такие своеобразные стандарты расчета диаметра и шага только лишь вносят сумятицу в определение нужных величин. Поэтому были разработаны таблицы для определения числа ниток и диаметра труб при наличии дюймовой резьбы. Кроме того, на любой упаковке всегда указано ее значение и стандарт. Но все равно данные носят приблизительный характер, и никогда не стоит исключать возможную погрешность.
*При определении размера предпочтение необходимо давать значениям ряда 1.
Резьба трубная цилиндрическая имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 55°, вершины и впадины скруглены (ГОСТ 6357-81).
Условное обозначение резьбы состоит из буквы G, обозначения номинального диаметра резьбы в дюймах, и класса точности среднего диаметра. Для левой резьбы обозначение дополняется буквами LH.
Пример обозначения:
G 1 1/2-A - трубная цилиндрическая резьба с размером 1 1/2», класс точности А;
1/4-20 BSP - трубная цилиндрическая резьба Витворта по стандарту B. S.93(Англия).
Резьба трубная коническая имеет профиль, аналогичный профилю резьбы трубной цилиндрической. Возможно соединение труб, имеющих коническую резьбу (конусность 1:16), с изделиями, имеющими трубную цилиндрическую резьбу ГОСТ 6211-81.
Условное обозначение резьбы состоит из букв R, размера номинального диаметра в дюймах. Обозначение Rc используют для трубной конической внутренней резьбы. Условное обозначение левой резьбы дополняется буквами LH.
Пример обозначения:
R 1 1/2 — резьба трубная коническая наружная с размером 1 1/2»;
R 1 1/2 LH - резьба трубная коническая наружная левая;
Rс 1/2 — резьба трубная коническая внутренняя;
BSPT 1 1/2 -резьба коническая трубная внутренняя по стандарту B. S.93(Англия).
Резьба коническая дюймовая с углом профиля 60° ГОСТ 6111-52 нарезается на конической поверхности с конусностью 1:16.
Обозначение состоит из буквы К и размера резьбы в дюймах с указанием размерности, наносится на полке линии-выноски, как и у трубных резьб. Пример обозначения:
К 3/4″ по ГОСТ 6111-52. 3/8-18 NPT обозначение по ANSI/ASME B 1.20.1 (США).
Резьба трапецеидальная служит для передачи движения и усилий. Профиль трапецеидальной резьбы — равнобокая трапеция с углом между боковыми сторонами 30°. Для каждого диаметра резьба может быть однозаходной и многозаходной, правой и левой ГОСТ 9484-81.
Основные размеры, диаметры, шаги, допуски однозаходной резьбы стандартизованы соответственно ГОСТ 24737-81, 24738-81, 9562-81. Для многозаходной резьбы эти параметры находятся в ГОСТ 24739-81.
Условное обозначение однозаходной резьбы состоит из букв Тr, значения номинального диаметра резьбы, шага, поля допуска.
Пример обозначения:
Тr 40×6-8е — трапецеидальная однозаходная наружная резьба диаметром 40 мм с шагом 6 мм; Тr 40×6-8е-85 — то же длина свинчивания 85 мм;
Тr 40×6LH-7Н - то же для внутренней левой.
В условное обозначение многозаходной резьбы добавляется числовое значение хода:
Тr 20×8(Р4)-8е — трапецеидальная многозаходная наружная резьба диаметром 20 мм с ходом 8 мм и шагом 4 мм.
Резьба упорная имеет профиль неравнобокой трапеции. Впадины профиля закруглены, для каждого диаметра имеется три различных шага. Служит для передачи движения с большими осевыми нагрузками ГОСТ 10177-82.
Упорные резьбы обозначаются буквами S, затем указывают номинальный диаметр резьбы в миллиметрах, шаг резьбы (ход и шаг, если эта резьба многозаходная), направление резьбы (для правой резьбы не указывают, для левой буквами LH), и класс точности резьбы.
Пример обозначения:
S 80×10 — упорная резьба однозаходная с наружным диаметром 80 мм и шагом 10 мм;
S 80×20(Р10) — упорная резьба двухзаходная с наружным диаметром 80 мм, ходом 20 мм и шагом 10 мм.
Специальную резьбу со стандартным профилем, но нестандартным шагом или диаметром, обозначают: Сп М40×1,5 — 6g.
Резьба прямоугольная (квадратная). Резьба с прямоугольным (или квадратным) нестандартным профилем, поэтому все ее размеры указываются на чертеже. Применяется для передачи движения тяжело нагруженных подвижных резьбовых соединений. Обычно выполняется на грузовых и ходовых винтах.
Резьба круглая имеет профиль, полученный сопряжением двух дуг одного радиуса. ГОСТ 13536-68 определяет профиль, основные размеры и допуски круглой резьбы. Эту резьбу применяют для шпинделей вентилей смесителей и туалетных кранов ГОСТ 19681-94 и водопроводных кранов. Предусмотрен только один диаметр d = 7 мм и шаг Р = 2,54 мм.
Пример обозначения:
Кр 7×2,54 ГОСТ 13536-68, где 2,54 — шаг резьбы в мм, 12 — номинальный диаметр резьбы в мм.
Аналогичный профиль имеет резьба круглая(но для диаметров 8…200 мм) по СТ СЭВ 3293-81, введенному в действие непосредственно в качестве Государственного стандарта. Резьба применяется для крюков подъемных кранов, а также в условиях воздействия агрессивной среды.
Пример обозначения:
Rd 16 — резьба круглая с наружным диаметром 16 мм; Rd 16LH - резьба круглая с диаметром 16 мм, левая.
Эксплуатационное назначение резьбы и ее применение
Резьбовые соединения широко распространены в машиностроении(в большинстве современных машин свыше 60% всех деталей имеют резьбы). По эксплуатационному назначению различают резьбы общего применения и специальные, предназначенные для соединения одного типа деталей определѐнного механизма. К первой группе относятся резьбы:
1.) Крепѐжные - метрическая, дюймовая, применяемые для разъѐмного соединения деталей машин. Основное их назначение — обеспечение полное и надежное соединение деталей при различных нагрузках и при различном температурном режиме в процессе длительной эксплуатации.
2.) Ходовые или кинематические - трапецеидальная и прямоугольная, применяемые для ходовых винтов, винтов суппортов станков и столов измерительных приборов и т. п. Основное их назначение — обеспечение точного перемещения при наименьшем трении, а для прямоугольной резьбы также исключение самоотвинчивания под действием приложенной силы; Упорная (в прессах и домкратах) и круглая, предназначенные для преобразования вращательного движения в прямолинейное перемещение. Они воспринимают большие усилия при сравнительно малых скоростях движения. Основное их назначение — обеспечение плавности вращения и высокой нагрузочной способности (для точных микрометрических приборов применяют метрическую резьбу повышенной точности). Круглая резьба широко применяется для водопроводных кранов по ГОСТ 20275-74 и в таких элементах как смесители, краны, вентили, шпиндели по ГОСТ 19681-94 (Арматура санитарно- техническая водоразборная).
3.) Крепежно-уплотнительные (Трубные и арматурные) - трубная цилиндрическая и коническая, метрическая дюймовая и коническая, применяемые для трубопроводов и арматуры, основное их назначение — обеспечение герметичности соединений (без учета ударных нагрузок) при невысоких давлениях.
Трубную цилиндрическую резьбу по ГОСТ 6357-81 применяют на водогазопроводных трубах, частях для их соединения (муфтах, угольниках, крестовинах и т. д.), трубопроводной арматуре (задвижках, клапанах и т. д.).
Трубную коническую резьбу по ГОСТ 6211-81 применяют в соединениях труб при больших давлениях и температуре(в вентилях и газовых баллонах), когда требуется повышенная герметичность соединения.
Отнесенная ко второй группе, специальная резьба имеет специальное назначение и применяется в отдельных специализированных отраслях производства. К ним можно отнести следующие:
1.) метрическая тугая резьба - резьба, выполненная на стержне (на шпильке) и в отверстии (в гнезде) по наибольшим предельным размерам; предназначена для образования резьбовых соединений с натягом.
2.) метрическая резьба с зазорами - резьба, необходимая для обеспечения легкой свинчиваемости и развинчиваемости резьбовых соединений деталей, работающих при высоких температурах, когда создаются условия для схватывания (сращивания) окисных пленок, которыми покрыта поверхность резьбы.
3.) часовая резьба (метрическая) - резьба, применяемая в часовой промышленности (диаметры от 0,25 до 0,9 мм).
4.) резьба для микроскопов - резьба, предназначена для соединения тубуса с объективом; имеет два размера:
4.1) дюймовая — диаметр 4/5''(20,270 мм) и шаг 0,705 мм (36 ниток на 1'');
4.2) метрическая — диаметр 27 мм, шаг 0,75 мм;
5) окулярная многозаходная резьба - рекомендуемая для оптических приборов; профиль резьбы — равнобочная трапеция с углом 60° .
Эксплуатационные требования к резьбам зависят от назначения резьбового соединения. Общими для всех резьб являются требования долговечности и свинчиваемости без подгонки независимо изготовленных резьбовых деталей при сохранении эксплуатационных качеств соединений. Резюмируя вкратце основные применяемые резьбы по эксплуатационному назначению можно вывести в виде следующей таблицы:
6.Определение размера резьбы
Как правило резьба на разных фитингах выглядит похоже что затрудняет визуальное определение типа резьбы. Резьба на фитингах определяется путем замера основных параметров резьбомером и штангенциркулем и сравнением полученных результатов с таблицей резьбы.
Рисунок 7 — Измерение параметров резьбы
Существует два вида резьбомеров: с клеймом М 60о — для метрических резьб с углом профиля 60о и с клеймом Д 55о — для дюймовой и трубной резьб с углом профиля 55о. На каждой гребенке резьбомера для метрических резьб выбита цифра указывающая шаг резьбы в мм для дюймовых и трубных резьб — число шагов на длине 25,4 мм (1» = 25,4 мм).
Способы нарезания резьбы
Основными методами изготовления резьб являются:
- нарезание их резцами и гребенками на токарных станках;
- нарезание метчиками плашками резьбонарезными головками;
- холодное и горячее накатывание при помощи плоских или круглых накатных плашек;
- фрезерование с помощью специальных резьбовых фрез;
- шлифование абразивными кругами.
Выбор метода получения резьбы зависит от типа производства размеров резьбы ее точности материала заготовки и т. д.
Рисунок 8 — Резьбонарезной инструмент
1.Нарезание резьбы резцами. С помощью резьбовых резцов и гребенок на токарно-винторезных станках нарезают резьбу как наружную так и внутреннюю (внутренняя резьба начиная с диаметра 12 мм и выше). Способ нарезания резьбы резцами характеризуется относительно невысокой производительностью поэтому в настоящее время он применяется в основном в мелкосерийном и индивидуальном производстве а также при создании точных винтов калибров ходовых винтов и т. д. Достоинством этого способа является простота режущего инструмента и сравнительно высокая точность получаемой резьбы.
2.Нарезание резьбы плашками и метчиками. Плашки по своим конструктивным особенностям делятся на круглые и раздвижные. Круглые плашки применяемые на монтажных заготовительных и других работах предназначены для нарезания наружной резьбы диаметром до 52 мм в один проход. Для более крупной резьбы применяют плашки особой конструкции которые фактически служат лишь для зачистки резьбы после предварительной нарезки ее другими инструментами. Раздвижные плашки состоят из двух половин постепенно сближающихся в процессе резания. Метчик представляет собой стальной стержень с резьбой разделенный продольными прямыми или винтовыми канавками образующими режущие кромки. Эти же канавки служат для выхода стружки. По способу применения метчики разделяются на ручные и машинные.
3.Накатывание резьбы. Основной промышленный метод изготовления резьбы в настоящее время — накатка на специальных резьбонакатных станках. Деталь зажимается в тисках. В этом случае при большой производительности обеспечивается получение высокого качества изделия (формы размеров и шероховатости поверхности). Процесс накатывания резьбы заключается в создании резьбы на поверхности детали без снятия стружки за счет пластической деформации поверхности обрабатываемой детали. Схематически это выглядит так. Деталь прокатывают между двумя плоскими плашками или цилиндрическими роликами имеющими резьбовой профиль и на стержне выдавливается резьба такого же профиля. Наибольший диаметр накатываемой резьбы 25 мм наименьший 1 мм; длина накатываемой резьбы 60…80 мм.
4.Фрезерование резьбы. Фрезерование наружной и внутренней резьбы производится на специальных резьбофрезерных станках. В этом случае вращающаяся гребенчатая фреза при радиальной подаче врезается в тело детали и фрезерует резьбу на ее поверхности. Периодически происходит осевое перемещение детали или фрезы от специального копира на величину равную шагу резьбы за время одного оборота детали.
5. Шлифование точной резьбы. Шлифование как способ создания резьбы применяется главным образом для получения точной резьбы на сравнительно коротких резьбовых деталях например резьбовых пробках — калибрах резьбовых роликах и т. д. Суть процесса заключается в том что шлифовальный круг расположенный к детали под углом подъема резьбы при быстром вращении и при одновременном медленном вращении детали с подачей вдоль оси на величину шага резьбы за один оборот вырезает (вышлифовывает) часть поверхности детали. В зависимости от конструкции станка и ряда других факторов резьба шлифуется за два-четыре и более прохода.
Типы иностранных резьб
В мире применяется несколько заслуженных уважаемых стандартов таких стран как Великобритания (BS), Германия (DIN), Франция (NF), Япония (JIS), США (UNC). Основными причинами их отличия между собой являются традиционно разные системы мер и способы задания размеров резьб в разных странах а также особенные области применения резьб. Однако за прошедшее столетие сильно утвердил свои позиции в мире метрический стандарт ISO - International Organization for Standardization (Международная Организация по Стандартизации), что в свою очередь способствовало взаимному пониманию технических специалистов.
К наиболее распространенным типам иностранных резьб относятся:
- Метрическая ISO
- Резьба Витворта (Whitword Thread)
- Трапециедальная резьба
- Круглая резьба
- Упорная резьба
Приведенная сводная таблица описывает соответствие более чем двадцати видов резьб (общемашиностроительного нефтяного и газового сортаментов), и отсылает к нормативно-техническим документам отечественным и зарубежным регламентирующим эту сферу.
Поскольку вышеуказанная Таблица 8 дает только общее представление об изобилии разного вида резьб и регламентирующих их документов а большой объем данных не позволяет в полной мере сопоставить и сравнить резьбы отечественных и зарубежных стандартов рассмотрим для примера соответствие различных типов треугольной резьбы которая чаще других встречается в общем машиностроении.
Список литературы
ГОСТ 10177-82 «Резьба упорная. Профиль и основные размеры»
ГОСТ 10177-82 «Резьба упорная. Профиль и основные размеры»
ГОСТ 11708-82 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба. Термины и определения»
ГОСТ 13536-68 «Резьба круглая для санитарно-технической арматуры. Профиль основные размеры допуски»
ГОСТ 19681-94 «Арматура санитарно-техническая водоразборная. Общие технические условия»
ГОСТ 24705-2004 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Основные размеры»
ГОСТ 20275-74 «Краны водоразборные и туалетные. Типы и основные размеры»
ГОСТ 2.311-68 «Единая система конструкторской документации. Изображение резьбы»
ГОСТ 24737-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Основные размеры»
ГОСТ 24738-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Диаметры и шаги»
ГОСТ 24739-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная многозаходная»
ГОСТ 6111-52 «Резьба коническая дюймовая с углом профиля 60°"
ГОСТ 6211-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная коническая»
ГОСТ 631-75 «Трубы бурильные с высаженными концами и муфты к ним. Технические условия»
ГОСТ 632-80 «Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия»
ГОСТ 633-80 «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия»
ГОСТ 6357-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трубная цилиндрическая»
ГОСТ 8724-2002 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Диаметры и шаги»
ГОСТ 9150-2002 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Профиль»
ГОСТ 9484-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная. Профили»
ГОСТ 9562-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Допуски»
ГОСТ 25229-82 (СТ СЭВ 304-76) «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая коническая»
СТ СЭВ 3293-81 «Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба круглая. Профиль и основные размеры»
Резьбовые соединения
Виды резьбовых соединений. Резьбовым называют соединение составных частей изделия, выполняемое с помощью детали, имеющей резьбу. Резьбу (табл. 1) образуют на цилиндрическом или коническом стержне нарезанием канавок с сечением определенного профиля или накаткой.
Резьбы, применяемые для неподвижных соединений, называют крепежными, или крепежно-уплотняющими. Такие резьбы должны обеспечивать прочность, а в некоторых случаях и герметичность соединений. Резьбы, образующие подвижные соединения для передачи заданного перемещения одной детали относительно другой, называют кинематическими. Эти резьбы должны обеспечивать передачу требуемых сил, необходимую точность перемещений и минимальные потери на трение.
Таблица 1. Основные виды резьб
| Резьба | Номинальный диаметр, мм | Шаг резьбы Р, мм | Угол профиля, ° |
| Крепежная: метрическая с крупным шагом (ГОСТ 8724–81) | 0,25…68 | 0,075…6 | 60 |
| метрическая с мелким шагом (ГОСТ 8724–81) | 1…600 | 0,2…6 | |
| дюймовая (ОСТ НКТП 1260) | 3/16…4″ | 3…24 нитки на дюйм | 55 |
| метрическая коническая (ГОСТ 25229–82) | 6…60 | 1…2 | 60 |
| круглая | 8…200 | 2,54…6,35 | 30 |
| Для передачи движения: трапецеидальная однозаходная (ГОСТ 24737–81, 24738–81) | 8…640 | 1,5…48 | |
| трапецеидальная многозаходная (ГОСТ 24739–81) | 10…320 | ||
| упорная (ГОСТ 10177–82) | 10…640 | 2…48 | Передний 3, задний 30 |
| Крепежно-уплотняющая: трубная цилиндрическая (ГОСТ 6357–81) | 1/16…6″ | 11…28 ниток на дюйм | 55 |
| трубная коническая (ГОСТ 6211–81) | |||
| дюймовая коническая (ГОСТ 6111–52) | 1/16…2″ | 11,5…28 ниток на дюйм | 60 |
Метрические резьбы в основном применяют для крепежных шпилек, болтов, винтов и гаек; трубная предназначена для различных трубных соединений; прямоугольную и трапецеидальную используют для деталей передачи движения, например в ходовых винтах, домкратах и т.п.; упорная резьба рекомендуется для механизмов, работающих под большим давлением, например в гидравлических и механических прессах; круглую резьбу применяют для водопроводной арматуры, вагонных сцепок и др.; коническую широко используют в трубных соединениях, работающих при высоких давлениях.
Порядок сборки. Сборку резьбовых соединений осуществляют следующими методами: приложением крутящего момента, ударно-вращательных импульсов, осевых сил к крепежным деталям; температурной деформацией. Выбор метода сборки резьбовых соединений зависит от требуемой точности конструктивных особенностей резьбового соединения и серийности сборки.
Резьбовые соединения собирают в такой последовательности. Осуществляют расконсервацию крепежных и соединяемых деталей, снимая защитную смазку бензином-растворителем. Тщательно проверяют состояние резьбы, снимают заусенцы, поврежденные места зачищают, резьбу смазывают и контролируют свинчиваемость соединения. Резьбу смазывают графитовой пастой, состоящей из 40 % графита и 40 % смазки ЦИАТИМ*221, или машинным маслом с добавкой 20 % графита. (Вид смазки для ответственных резьбовых соединений указывает завод-изготовитель). Затем проверяют прилегание стыкуемых поверхностей; при необходимости осуществляют пригонку и устраняют забоины, заусенцы. Для создания герметичности соединяемые поверхности иногда пришабривают или притирают. При наличии прокладок контролируют правильность их положения. Зазор между поверхностями разъема выдерживают согласно техническим условиям.
При сборке болтовых соединений совмещают оси отверстий и вставляют сначала болты, а затем устанавливают шайбы или подкладные стопорные элементы и навинчивают гайки. Предварительно затягивают гайки и измеряют зазор по их опорным поверхностям. Прилегание опорных поверхностей гаек должно быть не менее 75 % по всей длине их окружности. Окончательно затягивают гайки, в соответствии с техническими условиями контролируют правильность взаимной ориентации соединяемых деталей, крутящий момент или заданную осевую силу.
При сборке соединений со шпильками последние ввертывают в корпус, устанавливают промежуточные детали и шайбу и навинчивают гайку. Чтобы шпилька не вращалась при завинчивании гайки, в соединении шпильки с корпусом должен быть натяг, а с гайкой — зазор. Для правильной постановки шпилек необходимо выдержать перпендикулярность оси резьбового отверстия к опорной поверхности корпусной детали (табл. 2). Отклонение от перпендикулярности оси шпильки контролируют с помощью угольника и щупа, а высоту — по шаблону (рис. 1).
Правильно поставленная шпилька в отверстии должна сидеть плотно и при отвинчивании гайки не должна вывинчиваться из детали. Недопустимо подгибать шпильки, не входящие в отверстие детали, поскольку во время эксплуатации таких соединений возникают трещины. Перекос шпилек исправляют только нарезанием новой резьбы в корпусе.
Таблица 2. Отклонения от перпендикулярности (мм) шпильки относительно опорной поверхности корпуса
| Степень точности резьбы | Длина выступающей части шпильки, мм | ||
| До 50 | 50…120 | Св. 120 | |
| 4 | 0,06 | 0,06 | 0,10 |
| 6 | 0,10 | 0,10 | 0,16 |
| 8 | 0,16 | ||
Рис. 1. Схема контроля отклонения от перпендикулярности и длины выступающей части шпильки: 1 — щуп; 2 — угольник; 3 — шаблон
Для завинчиванием шпилек используют гайки, простейшие и специальные приспособления (рис. 2), а также механизированные шпильковерты.
Сломанную часть шпильки удаляют несколькими способами. Если сломанная часть шпильки выступает над поверхностью детали, запиливают грани по выступающей части и разводным ключом или ручными тисками вывинчивают обломок. Когда обломанная шпилька не выступает над поверхностью детали, шпильку удаляют следующими способами.
Сверлят отверстие и забивают в него зубчатый бор (рис. 3, а).
При вращении за квадратную головку бора шпилька вывертывается. Для вывертывания обломка шпильки в просверленное отверстие может быть вставлен другой инструмент — экстрактор, представляющий собой конический стержень, на поверхности которого нарезаны специальные левые канавки (рис. 3, б). При ввертывании экстрактора шпилька вывинчивается.
Рис. 2. Средства для завинчивания шпилек: а — специальное приспособление «солдатик»; б — ключ для завинчивания шпилек; в — ключ для завинчивания шпилек за гладкую часть
Рис. 3. Способы удаления сломанных шпилек: а — зубчатым бором; б — коническим экстрактором с левой резьбой; в — с помощью приварной гайки
В определенных случаях к торцу сломанной шпильки можно приварить гайку (рис. 3, в) и вывернуть их совместно. Из алюминиевых корпусов сломанную шпильку можно удалить раствором азотной кислоты; из отверстий небольших корпусных деталей — электроэрозионным сверлением.
Основное требование, предъявляемое к постановке шпилек в корпусные детали, — обеспечение устойчивости сопряжения шпильки с корпусом. Недопустимо страгивание, поворот или вывертывание шпильки при затяжке либо отвертывании гайки и в процессе эксплуатации. Это требование обеспечивается созданием на боковых гранях витков шпильки и корпуса значительных давлений, а следовательно, и сил трения, препятствующих повороту шпильки. Рекомендуемые способы стопорения шпилек приведены в табл. 3.
Эффективность стопорения шпильки в корпусе можно оценить по крутящему моменту стягивания при ее отвинчивании, который зависит от момента затяжки шпильки при завинчивании. Стопорение шпилек путем натяга по среднему диаметру резьбы начало широкое применение в точном машиностроении. При этом способе стопорение происходит в результате сил трения, возникающих на профиле от радиального натяга.
Посадки выбирают в зависимости от их назначения и материала корпуса. Для шпилек с диаметром резьбы 10…30 мм при установке их в стальные корпуса натяг по среднему диаметру составляет 0,02…0,06 мм, а в чугунные или алюминиевые — 0,04…0,12 мм.
Способ стопорения шпилек посадкой на сбег резьбы наиболее прост и экономичен. Шпильку свободно ввинчивают в отверстие, а затем вдавливают участком сбега в фаску витка резьбы корпуса, создавая радиальный натяг на сбеге и осевой на профиле резьбы.
Стопорение шпилек упором бурта и в дно резьбового отверстия происходит вследствие сил трения на опорной поверхности бурта и конуса шпильки, а также на профиле резьбы от осевого натяга. Стопорение с помощью бурта существенно повышает сопротивление усталости соединения; однако это связано с увеличением трудоемкости изготовления и размеров резьбовой детали. При посадке шпильки на клей предусматривают гарантированный зазор по среднему диаметру резьбы, что снижает требование к точности изготовления резьбовых деталей, но увеличивает трудоемкость сборки соединений.
Таблица 3. Способы стопорения шпилек в корпусных деталях
| Тип соединения | Способ стопорения | Материал корпусной детали | Примечание |
| Путем натяга по среднему диаметру резьбы | Сталь, чугун, сплавы алюминия и магния | Применяется в ответственных соединениях как при глухих, так и при сквозных отверстиях |
| Посадкой на сбег резьбы | Сталь, чугун, сплавы алюминия | Не рекомендуется применять при высоких динамических нагрузках. Используется при глухих сквозных отверстиях |
| Упором бурта шпильки | Сплавы алюминия | Наименьший диаметр бурта должен быть не менее 1,5 мм. Применяется при глухих и сквозных отверстиях |
| Упором в дно резьбового отверстия | Сталь, сплавы алюминия | Угол фаски шпильки должен быть равен углу заточки сверла. Применяется только при глухих отверстиях |
| Посадкой на клей | Сталь, мягкие металлы | Температурный режим работы соединения ограничен температурным диапазоном клея. Применяется при глухих и сквозных отверстиях |
| Завинчиванием шпильки в гладкое отверстие | Легкие сплавы алюминия и магния | Шпилька завинчивается через кондукторную втулку. Применяется при глухих и сквозных отверстиях |
| Установкой спиральной вставки | Легкие сплавы алюминия и магния | Применяется для увеличения поверхности среза резьбы в отверстии корпуса |
При стопорении спиральной вставкой последняя представляет винтовую пружину, изготовленную из проволоки ромбического сечения. Такая вставка увеличивает в корпусной детали поверхность среза резьбы, а это особенно важно, когда корпус выполнен из материала, менее прочного, чем материал шпильки.
Для получения равномерной затяжки всех гаек, болтов или шпилек группового соединения применяют предельные или динамометрические ключи и определенный порядок сборки. Неответственные резьбовые соединения затягивают в два «обхода», ответственные — в три-четыре обхода, постепенно увеличивая силу затяжки Рз до номинальной: первый обход — 0,2Рз, второй — 0,5Рз, третий — 0,7Рз и четвертый — 1,0Рз. Кроме того, затяжку групповых соединений необходимо выполнять в последовательности, показанной на рис. 4.
Инструментами для сборки резьбовых соединений являются: ручные гаечные ключи различных конструкций; ключи для шпилек; разнообразные отвертки, в частности с регулируемым крутящим моментом; механизированный инструмент; специальные приспособления и устройства. Длина рукоятки гаечного ключа принята равной не более 15 диаметрам резьбы, а прикладываемая сила не более 200 Н, что обеспечивает нормальную затяжку и исключает возможность срыва резьбы.
Рис. 4. Схема последовательности затяжки: а — полосовых стыков; б — прямоугольных стыков; в — фланцевых стыков; цифрами обозначены номера операций
При необходимости обеспечить крутящий момент свыше 200 Н⋅м используют ключи с удлиненной рукояткой, мультипликаторы, а также ключи и приспособления с гидро* и пневмоприводом. Выбор конструкций ключей зависит от исполнения мест головки гаек (табл. 4), расположения сборочных единиц.
Таблица 4. Минимальные размеры мест (мм) под головки гаечных ключей
|
| ||||||||
| Зев S ключа | A | E = K | M | L | L1 | R | D | A1 |
| 10 | 20 | 8 | 11 | 36 | 28 | 18 | 22 | 18 |
| 12 | 24 | 10 | 13 | 45 | 34 | 22 | 26 | 20 |
| 13 | 26 | 10 | 14 | 45 | 34 | 23 | – | – |
| 14 | 28 | 11 | 15 | 48 | 36 | 24 | 26 | 22 |
| 17 | 34 | 13 | 17 | 52 | 38 | 26 | 30 | 26 |
| 19 | 36 | 14 | 19 | 60 | 45 | 30 | 32 | 30 |
| 22 | 42 | 15 | 24 | 72 | 55 | 36 | 36 | 32 |
| 24 | 48 | 16 | 25 | 78 | 60 | 38 | 40 | 36 |
| 27 | 52 | 19 | 28 | 85 | 65 | 42 | 45 | 40 |
| 30 | 58 | 20 | 30 | 98 | 75 | 48 | 48 | 45 |
| 32 | 62 | 22 | 32 | 100 | 80 | 50 | 52 | 48 |
| 36 | 68 | 24 | 36 | 110 | 85 | 55 | 60 | 52 |
| 41 | 80 | 26 | 40 | 120 | 90 | 60 | 63 | 60 |
| 46 | 90 | 30 | 45 | 140 | 105 | 68 | 70 | 65 |
| 50 | 95 | 32 | 48 | 150 | 110 | 72 | 75 | 70 |
| 55 | 105 | 36 | 52 | 160 | 120 | 80 | 85 | 78 |
| 60 | 110 | 38 | 55 | 170 | 130 | 85 | Параметры отсутствуют | |
| 65 | 120 | 42 | 60 | 185 | 145 | 92 | ||
| 70 | 130 | 45 | 65 | 200 | 160 | 98 | ||
| 75 | 140 | 48 | 70 | 210 | 170 | 105 | ||
| 80 | 150 | 48 | 75 | 230 | 190 | 115 | ||
| 85 | 160 | 52 | 82 | 250 | 195 | 125 | ||
| 90 | 170 | 58 | 88 | 260 | 200 | 130 | ||
| 95 | 175 | 58 | 92 | 280 | 210 | 135 | ||
| 100 | 190 | 65 | 98 | 300 | 230 | 145 | ||
| 105 | 200 | 68 | 102 | 310 | 240 | 150 | ||
| 110 | 205 | 70 | 105 | 320 | 250 | 155 | ||
| 115 | 215 | 72 | 110 | 340 | 270 | 160 | ||
| 130 | 245 | 80 | 120 | 380 | 290 | 190 | ||
| 145 | 275 | 95 | 140 | 430 | 320 | 210 | ||
| 155 | 295 | 100 | 150 | 450 | 350 | 225 | ||
| 175 | 330 | 110 | 165 | 510 | 390 | 255 | ||
| 180 | 335 | 115 | 170 | 530 | 410 | 265 | ||
| 185 | 345 | 115 | 175 | 540 | 420 | 270 | ||
| 200 | 370 | 120 | 180 | 580 | 450 | 290 | ||
| 210 | 395 | 130 | 205 | 610 | 470 | 305 | ||
| 225 | 420 | 140 | 220 | 650 | 500 | 325 | ||
В процессе затяжки резьбовых соединений могут происходить срывы ключей и смятие кромок гаек или головки болтов (винтов). Поэтому зазоры между губками ключей и гайками или головками болтов (винтов) должны находиться в заданных пределах (табл. 5). Не допускается применять изношенные ключи.
Таблица 5. Допустимые отклонения (мм) размеров ключа и под ключ
|
| |||||||
| Размеры ключа | Размеры под ключ | ||||||
| S — охватывающие | S1 — охватываемые | S2 — охватываемые | S3 — охватывающие | ||||
| Номинальные размеры S; S1; S2; S3 | нормальной точности | грубой точности | повышенной точности | нормальной точности | грубой точности | ||
| 10 | +0,19 | 0,24 | –0,058 | –0,20 | –0,36 | — | +0,15 |
| +0,04 | +0,04 | +0,05 | |||||
| 12, 13 | +0,24 | +0,35 | –0,120 | –0,24 | –0,43 | — | +0,18; +0,06 |
| +0,04 | +0,04 | ||||||
| 14 | +0,27 | +0,35 | |||||
| +0,05 | +0,05 | ||||||
| 17 | +0,30 | +0,40 | |||||
| +0,05 | +0,05 | ||||||
| 19; 22; 24 | +0,36 | +0,46 | –0,140 | –0,28 | –0,52 | +0,21; +0,07 | |
| +0,06 | +0,06 | ||||||
| 27; 30 | +0,48 | +0,48 | –0,84 | ||||
| +0,08 | +0,08 | ||||||
| 32; 36; 41; 46; 50 | +0,60 | +0,70 | –0,170 | –0,34 | –1,00 | +0,25 | |
| +0,10 | +0,10 | +0,05 | |||||
| 55; 60; 65; 70 | +0,72 | +0,92 | –0,20 | –0,40 | –1,20 | +0,30 | |
| +0,12 | +0,12 | +0,10 | |||||
| 75; 80; 85; 90; 95; 100 | +0,85 | +1,15 | — | –0,87 | –1,40 | – | |
| +0,15 | +0,15 | ||||||
| 105; 110; 115 | +1,00; +0,20 | +1,40; +0,20 | |||||
| 130; 145; 155; 175; 180; 185; 200; 210 | +1,25 | –1,00 | –1,60 | ||||
| +0,25 | – | –1,15 | –1,90 | ||||
| 225 | +1,50; +0,30 | ||||||
Механизированную сборку резьбовых соединений диаметром до 24 мм на монтажных площадках можно выполнять с помощью ручных резьбозавертывающих машин: гайко-, винто-, шурупо- и шпильковертов. Навинчивание и затяжка гаек, болтов и винтов посредством механизированных инструментов осуществляются в такой последовательности: проводят подготовку крепежных и соединяемых деталей; болты (винты, гайки) вручную ввертывают на одну-две нитки; сменную головку гайковерта, закрепленную на квадратном конце шпинделя, надевают на головку болта (гайки) и включают гайковерт; контролируют силу затяжки выбранным способом.
При сборке более 40…50 резьбовых соединений диаметром свыше 20 мм эффективен двухэтапный метод сборки. На первом этапе с помощью легких гайковертов и специальных накидных головок навинчивают гайки до упора. На втором этапе с использованием силовых устройств, ключей-мультипликаторов, гидравлических ключей проводят окончательную затяжку.
Стопорение осуществляют путем жесткого соединения резьбовых деталей между собой (болта и гайки, винтов в групповом соединении); созданием дополнительных сил трения в резьбе или на опорных поверхностях резьбового соединения (стопорения контргайкой, винтом, самостопорящимися гайками); местными пластическими деформациями и т.п.
Стопорение с помощью деформируемых стопорящих элементов выполняют шплинтами, проволочными отгибными штифтами, коническими разводными штифтами, обвязкой болтов и гаек проволокой.
Стопорение посредством недеформируемых элементов проводят цилиндрическими и коническими штифтами и кольцами-шплинтами. Этот способ стопорения имеет следующие недостатки: резьба по образующей просверленного отверстия плотно «спрессовывается», в результате чего демонтаж соединения весьма затруднен.
Применяют способ стопорения резьбовых соединений с использованием удерживающей накладки и стопорного винта. Возможно стопорение резьбовых соединений с помощью сварки, пайки, расклепывания и накернивания. Болты и гайки с фланцевыми головками, на опорной поверхности которых есть зубья, а также стопорные шайбы с зубьями обеспечивают надежное стопорение резьбового соединения вследствие вдавливания зубьев в деталь.
Стопорение путем силового замыкания на резьбу основано на создании дополнительных сил трения по сторонам витков резьбы при радиальном или осевом давлении. Преимуществом такого стопорения является возможность выполнения бесступенчатой затяжки. Стопорение осуществляют контргайкой; при этом ее витки соприкасаются с нижними сторонами профиля резьбы болта и осевая нагрузка воспринимается витками резьбы контргайки.
Рациональную конструкцию стопорящих элементов выбирают в зависимости от конструктивных, технологических, эксплуатационных и экономических условий. При этом учитывают: степень ответственности соединения, число разборок и сборок в процессе эксплуатации, размеры соединяемых деталей, особенности сборки и контроля сил затяжки, трудоемкость установки и стоимость стопорящих элементов.
Контроль сил затяжки в резьбовом соединении при различных методах сборки — необходимое условие правильной сборки и надежной работы резьбовых соединений. Насколько важно правильно выбрать расчетную схему и точно выполнить расчет резьбового соединения, настолько же важно реализовать на практике полученную силу затяжки. Контролируют силу затяжки резьбовых соединений косвенными методами. При этом используют предварительно градуированные средства контроля либо измеряют одну или несколько величин, связанных с силой затяжки, которые вычисляют по соответствующим аналитическим зависимостям.
Применяемые методы контроля силы затяжки основаны на измерении: деформаций болта, шпильки или стягиваемых деталей; сил, прикладываемых к крепежным деталям; физических характеристик материала болта или шпильки при нагружении. Метод контроля силы затяжки по крутящему моменту является наиболее удобным, производительным и распространенным. Этот метод не требует высокой квалификации рабочих, выполняющих контроль, или конструктивных изменений в крепежных деталях. Осуществляют затяжку ручными или механизированными рычажными ключами; одновременно контролируют силу в шпильке или болте.
Применение градуированных ключей основано на связи крутящего момента на ключе и осевой силы затяжки. Для определения момента при заданной силе затяжки с некоторым приближением используют зависимость
где Рз — сила затяжки; d — диаметр резьбы; 0,2 — коэффициент, учитывающий трение в резьбе.
Соотношение между прикладываемым крутящим моментом и осевой силой затяжки зависит от коэффициента трения в резьбе и на торце гайки (болта), состояния резьбы, повторяемости и скорости завинчивания. На точность контроля силы затяжки значительное влияние оказывают перекосы опорных поверхностей гайки или головки болта. Поэтому данный метод обеспечивает сравнительно невысокую точность (до ±20 %). Улучшая качество изготовления резьбы, применяя смазку, специальные покрытия, можно добиться точности до ±15 %.
При сборке резьбовых соединений большого диаметра предварительным растяжением, которое создают специальным устройством — домкратом, через муфту к шпильке (болту) прикладывают силу Рд, растягивающую ее в пределах упругой деформации. Растянутую шпильку (болт) фиксируют гайкой, после чего силу Рд снимают (рис. 5, а). При этом сила вытяжки снижается на некоторую величину. Возникающими в процессе растяжения упругими силами деформации соединяемых деталей создается сила затяжки. Последнюю в данном случае оценивают по прикладываемой силе вытяжки согласно зависимости
,
где Рд — предварительная сила вытяжки; Кр — коэффициент разгрузки; для шпилек (болтов) длиной 5…10d коэффициент Кр следует принимать соответственно равным 1,3…1,1.
Рис. 5. Схемы контроля силы затяжки: а — по осевой силе; б — по углу поворота гайки; в — скобами; г — с помощью индикатора; д — мерными шайбами
Таким образом, определяя по манометру силу вытяжки, можно рассчитать силу затяжки. Точность контроля силы затяжки при данном способе сборки составляет ±10 %.
Метод контроля силы затяжки по углу поворота гайки основан на принципе совместного измерения суммарной деформации болта (шпильки) и стягиваемых деталей. В технических условиях на сборку резьбового соединения задают угол поворота гайки. Силу затяжки по углу поворота гайки находят по формуле
где α — угол поворота гайки; Р — шаг резьбы; Е — модуль упругости материала болта; l — длина болта (шпильки); F — площадь сечения болта (нетто).
Силу затяжки по углу поворота гайки контролируют с помощью специальных шаблонов, транспортиров (рис. 5, б) и по разметке. Основную долю в продольной деформации занимает податливость болта, однако для податливых фланцев необходимо учитывать и податливость стягиваемых деталей.
Указанный метод наиболее прост при сборочных работах, однако сложность определения податливости стягиваемых деталей и неопределенность начала отсчета угла при наличии перекосов, микро* и макронеровностей на торце гайки и сопрягаемых поверхностях снижает точность этого метода. Точность обеспечения заданной силы затяжки при контроле по углу поворота гайки с предварительным обжатием стыка составляет ±15 %.
Метод контроля силы затяжки по удлинению болта (шпильки) менее технологичен, чем методы контроля по углу поворота и крутящему моменту, но наиболее надежен и точен, так как не зависит от определения коэффициента трения в резьбе или контактных перемещений в стягиваемых деталях. Этот метод
используют при контроле силы затяжки ответственных болтов и шпилек на фланцах аппаратов и трубопроводов высокого давления, шатунных и стяжных болтах двигателей. Силу затяжки в зависимости от удлинения болта (шпильки) определяют по зависимости
где ∆l – удлинение болта (шпильки).
При использовании данного метода в процессе затяжки гаек измеряют удлинение болта с помощью микрометров или индикаторов. Для этой цели в конструкции должны быть предусмотрены измерительные базы или возможность крепления измерительных приборов. Конструктивные и технологические трудности, возникающие при использовании этого метода, привели к разработке приемов и способов контроля, основанных на измерении деформации стержня болта (шпильки), применении полых болтов и различных мерных элементов (тарированных шайб) и др.
На рис. 5, г представлена конструкция болта (шпильки), имеющего по оси отверстие, соответствующее длине деформируемой части. В это отверстие устанавливают приспособление, состоящие из специальной цанги с индикатором и контрольного стержня. При этом способе силу затяжки оценивают как в процессе сборки, так и во время эксплуатации, а его точность составляет ±8 %.
На этом же принципе основан контроль с помощью специальных мерных шайб, устанавливаемых между двумя обычными шайбами (рис. 5, д). Гайку затягивают до тех пор, пока зазор не будет полностью устранен и контрольное кольцо не окажется зажатым.
Сборку резьбовых соединений большого диаметра, применяемых в мощных прессах, молотах, дизелях и других машинах, выполняют путем температурной деформации. Нагрев болта или шпильки осуществляют посредством стержневых электронагревателей, вставляемых в отверстия болтов, или разъемных муфт, охватывающих болт снаружи (рис. 6). Нагрев участка болта или шпильки проводят в течение 5…6 ч. В результате температурного удлинения образуется зазор между скрепляемым фланцем и гайкой, затем обычным ключом довертывают гайку до упора. После охлаждения в соединении возникает сила затяжки; при этом болт будет удлиняться, а стянутые детали — сжиматься. Силу затяжки в зависимости от температуры болта Т определяют по формуле
где αt — коэффициент линейного расширения материала болта; lн — длина участка болта, на которой проводится нагрев; t — изменение температуры болта.
Контроль силы затяжки тензометрированием основан на измерении деформации болта (шпильки) и является наиболее точным. Однако применение этого метода связано с большими затратами труда и требует специальных условий. В зависимости от выбранной методики испытаний на гладкую или резьбовую часть болта (шпильки) наклеивают проволочные тензодатчики и соединяют их с регистрирующей аппаратурой. Проводят затяжку резьбового соединения и контролируют напряжение. Этот метод применяют для контроля особо ответственных, уникальных резьбовых соединений. Точность контроля тензометрированием составляет ±5 %.
Рис. 6. Электрический нагреватель: 1 — нагревательный элемент; 2 – изоляционно-направляющие втулки; 3 — контактные пластины; 4 — трансформатор; 5 — термопара с потенциометром
Из рассмотренных наибольшее применение имеют методы контроля силы затяжки по крутящему моменту и углу поворота гайки. Сравнительная оценка точности методов контроля сил затяжки приведены в табл. 6.
Особенности сборки соединений на высокопрочных болтах. Соединения стальных конструкций на высокопрочных болтах с временным сопротивлением разрыву σв = 1100 МПа в последнее время получают все большее распространение. Высокопрочные болты устанавливают с зазором, а внешняя нагрузка уравновешивается силами трения в стыке, которые образуются от затяжки высокопрочных болтов. К подготовительным операциям сборки таких соединений относят: расконсервацию и очистку высокопрочных болтов; подготовку элементов конструкций; контрольно-тарировочную проверку инструмента.
Для расконсервации и очистки высокопрочные болты, гайки и шайбы погружают в бак с кипящей водой на 8…10 мин, промывают в смеси из 85 % неэтилированного бензина и 15 % машинного масла (типа автол) и сушат.
Очищенные болты, гайки и шайбы хранят в закрытых ящиках не более 10 сут., после чего повторяют обработку.
Заусенцы, обнаруженные вокруг и внутри отверстий, а также по краям соединяемых элементов, удаляют с помощью электрических и пневматических ручных машин плоской стороной шлифовального круга без образования углублений, нарушающих контакт соприкасающихся поверхностей. При перепаде поверхностей соединяемых элементов, равном 0,5…3 мм включительно, на выступающем элементе выполняют скос зачисткой на расстоянии до 30 мм от края элемента. При перепаде поверхностей более 3 мм применяют выравнивающие прокладки.
К основным технологическим операциям сборки высокопрочных болтов относятся: обработка контактных поверхностей; сборка соединений; установка высокопрочных болтов; натяжение и контроль за силой затяжки болтов. Градуировку динамометрических ключей выполняют раз в смену.
Способ обработки контактных поверхностей стальных строительных конструкций выбирают в соответствии с коэффициентом трения, указанным на чертежах. Установлены следующие способы обработки контактных поверхностей, выполняемых на монтажной площадке: пескоструйный (дробеструйный), газопламенный, металлическими щетками, клеефрикционный.
Таблица 6. Сравнительная оценка точности методов контроля сил затяжки резьбовых соединений
| Метод контроля | Точность, % (±) | Относительные затраты |
| По крутящему моменту: динамометрическими и предельными ключами | 15 | 1,5 |
| гаечными ключами | 30 | 1 |
| По углу поворота гайки | 15 | 2 |
| По удлинению болта с помощью: индикатора | 8 | 5 |
| мерных шайб | 10 | 7 |
| тензодатчиков | 5 | 20 |
| По прикладываемой силе затяжки | 10 | 10 |
Срок хранения конструкций, обработанных пескоструйным (дробеструйным), газопламенным способами и металлическими щетками, до сборки не должен превышать 3 сут.
Непосредственно сборку соединений выполняют в такой последовательности:
· совмещают отверстия и фиксируют элементы с помощью сборочных пробок, которые должны составлять 10 % от числа отверстий, но не менее двух;
· устанавливают высокопрочные болты в отверстия, свободные от пробок;
· предварительно плотно стягивают пакет соединяемых элементов и проводят окончательное натяжение высокопрочных болтов с силой, указанной на чертежах;
· извлекают сборочные пробки, устанавливают болты и натягивают их до проектной силы;
· грунтуют соединения.
Затяжку высокопрочных болтов до значения, составляющего 80…90 % силы, можно выполнять редкоударными электрическими и пневматическими гайковертами с шарнирами и удлинителями. Окончательное натяжение болтов до силы, указанной на чертежах, осуществляют динамометрическими ключами. Момент затяжки высокопрочных болтов определяют по зависимости
где К — коэффициент затяжки, принимаемый по сертификатам на высокопрочные болты или определяемый с помощью динамометрического прибора и обычно считающийся равным 0,18; Р — сила натяжения болта, заданная на чертежах; d — номинальный диаметр болта.
Под головки высокопрочных болтов и гаек ставят по одной термообработанной шайбе. Выступающий конец болта должен иметь не менее одной нитки резьбы над гайкой. При несовпадении отверстий проводят их рассверливание, не применяя охлаждающей жидкости. Предварительную и окончательную затяжки высокопрочных болтов выполняют от середины соединения к краям. Качество выполнения соединений на высокопрочных болтах проверяют пооперационно. Контролю подлежит качество обработки контактных поверхностей. Отклонение фактического момента затяжки от момента, указанного на чертежах, не должно превышать 20 %. Плотность пакета соединяемых элементов контролируют щупом толщиной 0,3 мм, который не должен проходить между поверхностями по контуру соединяемых элементов.
3. Самостоятельно законспектировать в тетради и предоставить на проверку.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 66; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!