9 РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

9.1 Общие сведения Резьбовые соединения – это самый распространённый вид разъёмных

соединений. Их выполняют с помощью крепёжных деталей с резьбой (болтов, винтов, шпилек, гаек) (рис. 9.1) или наносят резьбу непосредственно на соединяемые детали.

Рис. 9.1 Резьбовые соединения

Резьба (рис. 9.2) получается прорезанием на основной поверхности винтов или гаек канавок по винтовой линии.

Рис. 9.2 Резьба правая (а), левая (б)

Выступы, полученные на основной поверхности между канавками, называют винтами резьбы.

По форме основной поверхности различают цилиндрические и конические резьбы (наружные и внутренние). Наибольшее распространение имеют цилиндрические.

96

По профилю осевого сечения (рис. 9.3) различают резьбы: треугольную (а), прямоугольную (г), трапецеидальную (б, в), круглую (д).

По числу непрерывных витков, образующих резьбу, изготовляют однозаходную, двухзаходную и т.д. резьбы. Наиболее распространена однозаходная.

По направлению винтовой линии различают правую (рис. 9.2,а) и левую резьбы (рис. 9.2,б). У правой резьбы винтовая линия поднимается слева направо. Наиболее распространена правая резьба.

Рис. 9.3. Профиль резьбы

По назначению различают резьбы крепёжные и резьбы для винтовых механизмов. Подавляющее большинство крепёжных резьб – цилиндрические, правые, однозаходные с треугольным профилем.

9.2 Геометрические параметры резьб Геометрические параметры резьб и допуски на размеры стандартизованы. Для

метрической резьбы (рис. 9.4) ГОСТ 8724-81 регламентирует следующие параметры: d - наружный диаметр; d1 - внутренний диаметр (номинальные значения для винта и гайки одинаковы, зазоры во впадинах образуются за счёт предельных отклонений размеров диаметров); d2 - средний диаметр (по которому ширина витка равна ширине впадины); p - шаг резьбы (расстояние между одноимёнными сторонами двух соседних витков в осевом направлении); h - рабочая высота профиля резьбы, по которой соприкасаются витки винта и гайки; p1 - ход резьбы (поступательное перемещение гайки или винта за один оборот); для однозаходной резьбы p1 = p ; для

97

многозаходной -	p1 = np , где n - число заходов; - угол профиля; - угол подъёма
винтовой линии.
		p			np				arctg np
	tg	1					;			.
		d	2		d	2			d2

Рис. 9.4 Резьба метрическая

9.3 Основные типы резьб Основные типы резьб. Резьба метрическая (ГОСТ 9150-81) (см. рис. 9.4) – это

самая распространенная резьба в машиностроении. Имеет треугольный профиль с углом =600. По ГОСТ 8724-81 метрическая резьба одного номинального диаметра может выполняться с крупным (рис. 9.5,а) или мелким (рис. 9.5,б) шагами (табл. 9.1). Резьба с крупным шагом менее чувствительна к износу и ошибкам изготовления. Резьба с мелким шагом прочнее (увеличивается внутренний диаметр резьбы) и уменьшает возможность самоотвинчивания.

Рис. 9.5 Резьба крупная (а), мелкая (б)

98

Условное обозначение метрической резьбы включает: буква М (метрическая), номинальный диаметр резьбы, значение шага резьбы (только для резьбы с мелким шагом), буквы LH – для левой резьбы. Пример обозначения резьбы номинальным диаметром 10 мм с шагом 1,25 мм-М24х1,25; то же с крупным шагом – М24; то же с левой резьбой – М24LH.

Резьба трубная (см. рис. 9.6) ГОСТ 6357-81 применяется для герметического соединения труб и арматуры. Трубная резьба представляет собой мелкую треугольную с углом профиля =550. В международном стандарте для этой резьбы ещё сохранена единица измерения – дюйм, отсутствие радиальных зазоров делает резьбовое соединение герметичным.

Рис. 9.6 Резьба трубная

За номинальный диаметр резьбы условно принят внутренний диаметр трубы. Условное обозначение резьбы: буквы Тр и внутренний диаметр трубы в дюймах. Например, трубная резьба с внутренним условным диаметром 1/4 дюйма – Тр 1/4".

Резьба круглая (СТ СЭВ 3293-81) (рис. 9.7) имеет угол профиля =300. Применяется для винтов, несущих большие динамические нагрузки, работающих в загрязнённой среде с частым завинчиванием (пожарная и гидравлическая арматура), а также в тонкостенных изделиях (цоколи и патроны электрических ламп, части противогаза и т.п.).

99

Рис. 9.7 Резьба круглая

Условное обозначение круглой резьбы включает: буквы R, d и значение номинального диаметра. Например, Rd16, для левой резьбы – Rd40LH.

Резьба трапецеидальная (ГОСТ 9484-81) (рис. 9.8) одно и многозаходная имеет профиль симметричной трапеции с углом =300. Применяется в винтовых механизмах.

Рис. 9.8 Резьба трапецеидальная

Условное обозначение трапецеидальной резьбы – буквы Тч номинальный диаметр резьбы, числовое значение хода резьбы и (в скобках) буква Р для шага и числовое значение шага. Между номинальным размером и значением хода ставят знак х.

Примеры: Тч20 х4 (Р2);

Тч80 х40 (Р10).

Для левой резьбы за условным обозначением ставят буквы LH. Пример, Тч20 х 4 (Р2)LH.

Резьба упорная (ГОСТ 10177-82) (рис. 9.9) имеет профиль несимметричной

трапеции. Угол наклона нерабочей стороны профиля =300. Рабочая сторона

100

профиля имеет угол наклона =30. Применяется для передачи движения при больших нагрузках, направленных в одну сторону (грузовые винты домкратов, винтовых прессов, нажимных устройств и т.п.).

Вусловное обозначение упорной резьбы входит буква S, номинальный диаметр

ишаг. Например, S80 х10. Для левой резьбы S80 х10LH.

Рис. 9.9 Резьба упорная

9.4 Материал резьбовых деталей, классы прочности и покрытия Стальные болты, винты и шпильки в соответствии с ГОСТ 1759-70

изготовляют 12 классов прочности. Класс прочности обозначается двумя числами. Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение предела прочности (МПа), второе – делённое на 10, указывает отношение предела текучести к пределу прочности, а произведение этих двух чисел, умноженное на 10, определяет величину предела текучести. Классы прочности и материалы приведены в табл. 4.2.

Резьбу на винтах нарезают или накатывают. Накатывание обеспечивает более высокую прочность вследствие упрочнения поверхностного слоя, создания остаточных напряжений сжатия и неперерезания волокон. При нарезании резьбы затупившимся инструментом на поверхности впадины могут образовываться мелкие надрывы, способствующие возникновению усталостных трещин. Резьбу крупного шага рекомендуется обкатывать после нарезания.

При выборе материала учитывают условия работы, значение и характер нагрузки, способ изготовления и объём производства. Например, стандартные крепёжные изделия общего назначения изготовляют из низко и среднеуглеродистых сталей: сталь 10 – сталь 35. Эти дешёвые стали позволяют изготовлять большие

101

партии резьбовых деталей методом холодной высадки или штамповки с последующей накаткой резьбы.

Таблица 9.1 – Резьба метрическая (ГОСТ 8724-81)
Номинальный диаметр	Резьба с крупным шагом p ,	Резьба с мелким шагом p ,
резьбы d , мм	мм	мм
8	1,25	1,0; 0,75; 0,5
10	1,5	1,25; 1,0; 0,75; 0,5
12	1,75	1,5; 1,25; 1,0; 0,75; 0,5
16	2	1,5; 1,0; 0,75; 0,5
20	2,5	2,0; 1,5; 1,0; 0,75; 0,5
24	3	2,0; 1,5; 1,0; 0,75
30	3,5	2,0; 1,5; 1,0; 0,75

Таблица 9.2 – Классы прочности и механические характеристики материалов резьбовых деталей

Класс	в ,	Т ,	Твёрдость	Предел	Марка стали
прочности	МПа	МПа	НВ	выносливости
				1 , МПа
					Ст3,10
3,6	300–490	200	90–150	160
					20
4,6	400–550	240	110–170	170
					10
4,8	400–550	320	110–170	170
					30,35
5,6	500–700	300	140–215	180
					10,25,Ст3,20
5,8	500–700	400	140–215	180
					35,45,40Г
6,6	600–800	360	170–245	240
					35,45,40Г
6,8	600–800	480	170–245	240
					20
6,9	600–800	540	170–245	240
					35,35Х,38ХА,45Г
8,8	800–1000	640	225–300	280
					40Г2,40Х,30ХГСА,16ХСН
10,9	1000–1200	900	280–365	300
					35ХГСА
12,9	1200–1400	1080	330–425	350
					40ХНМА
14,9	1400–1600	1260	390	420
			102

Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют при высоконагруженных деталях при переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах и пр.

Для повышения прочности, коррозийной стойкости и жаропрочности применяют специальные виды термической и химико-термической обработки, а также нанесение гальванических и других покрытий, например, улучшение, цинковое или кадмиевое хромирование, хромовое или медное покрытие и пр.

Для гаек установлено семь классов прочности, каждый из которых обозначается одним числом – 4, 5, 6, 8, 10 , 12 и 14.

Предусмотрено 12 видов покрытий и их условные обозначения. Покрытия стандартных крепёжных изделий обозначают цифрами: 01 – цинковое с хроматированием; 02 – кадмиевое с хроматированием; 03 – многослойное – медь-никель;

04 – многослойное – медь-никель-хром; 05 – окисное; 06 – фосфатное с промасливанием; 07 – оловянное; 08 – медное; 09 – цинковое;

10 – окисное анодизационное с хроматированием;

11 – пассивное;

12 – серебряное.

Индекс 00 характеризует детали, выполняемые без покрытия.

Обозначение стандартных крепёжных изделий с метрической резьбой записывают в такой последовательности:

1)название изделия;

2)порядковый номер исполнения;

3)обозначение резьбы и её диаметр;

4)размер шага (если резьба мелкая);

5)поле допуска;

6)длина (болта, винта), в обозначении гаек это место не заполняют;

103

7)класс прочности;

8)марка материала;

9)вид и толщина слоя покрытия;

10)номер стандарта.

Не включают в обозначение наиболее распространённые данные: исполнение 1,

крупный шаг резьб, поле допуска 8 и 7.

Например, гайка 2 М20х1,5-6Н.8.028 ГОСТ 5915-70. Номер стандарта говорит о том, что речь идёт о гайке нормальной точности из шестигранника, исполнения 2 (с фаской с одной стороны), резьба метрическая номинальным диаметром 20 мм и мелким шагом 1,5 мм, поле допуска 6Н, класс прочности материала гайки – 8, 02 показывает кадмиевое покрытие с хроматированием, а цифра 8 – толщина покрытия в микрометрах.

Болт 2 М20х1,5ю6Дх60.5.6.016 ГОСТИ 7798-70 – обозначает: болт с шестигранной головкой нормальной точности, исполнения 2, т.е. с отверстием под шплинт; диаметр резьбы 20 мм, шаг резьбы мелкий 1,5 мм, длина стержня 60 мм, после допуска резьбы 6 d , класс прочности 5.6, покрытие (01) цинковое, толщина покрытия 6 мкм.

9.5 Виды разрушения резьбовых соединений Опыт показывает, что разрушение соединения происходит, как правило, из-за

среза витков резьбы, а также из-за износа витков. В соответствии с этим основными критериями работоспособности и расчёта для крепёжных резьб является прочность, связанная с напряжениями среза, а для ходовых резьб – износостойкость, связанная с напряжениями (рис. 9.10).

Условия прочности резьбы на срез записываются в следующем виде:

		F		[ ] - для винта;
		d1 H K K м
		F		[ ] - для гайки,
	d H K K м

где Н - высота гайки или глубина завинчивания винта в деталь;

K арв или K сре - коэффициент полноты резьбы (рис. 9.10);

104

Kм - коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы. Для метрической резьбы Kм =0,87;

трапецеидальной	Kм =0,65;
прямоугольной	Kм =0,5.

Рис. 9.10. Напряжения в резьбе

Коэффициент Kм =0,6–0,7 – большие значения при	ВВ >1,3, где ВВ - предел
	ВГ

прочности материала винта; ВГ - предел прочности материала гайки.

Если материалы винта и гайки одинаковы, то по напряжениям среза рассчитывают только резьбу винта, так как d1 d .

Условие износостойкости ходовой резьбы записывается в следующем виде:

			СМ		F	[	СМ	],	(9.2)
					d2h z
где z	H	- число рабочих витков.
	p

Формула (9.2) общая для винта и гайки. Коэффициент K м в формуле принят равным единице в связи с приработкой резьбы.

Высоту гайки определяют из условия равнопрочности резьбы и стержня винта. В соответствии с этим высоту нормальных стандартных гаек крепёжных изделий принимают H 0,8d .

105