1.1.2. Материалы и допускаемые напряжения винта и гайки

Для изготовления деталей резьбовой пары применяют антифрикционные материалы с целью снижения потерь на трение. При этом винт выполняют всегда из сталей 35, 45, 40Х или Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6 в улучшенном (закалка с высоким отпуском) или нормализованном состояниях.

Для изготовления гаек в виде вкладышей используют бронзы оловянистые и безоловянистые марок Бр. А9-Ж4; Бр. 010-Ф1; Бр. О6-Ц6-С3 и др., а также серый чугун марок СЧ15; СЧ20 и др. В зажимных механизмах гайки выполняют из мягких сталей Ст. 2, Ст. 3, сталей 15, 20, 25.

Допускаемые напряжения [] для винтов, стальных и чугунных гаек выбирают дифференциальным способом:

[] = _пр / n, (1.3)

где _пр – предельное напряжение материала (табл. 1.1); n – допускаемое значение коэффициента запаса прочности. Рекомендуют следующие допускаемые напряжения для бронзовых гаек:

[_ср]=30 МПа [_р]=40…45 МПа [_из]=45…50 МПа [_см]=60 МПа.

1.1.3. Выбор типа резьбы

Типы резьбы, применяемой в винтовых механизмах, показаны на рис. 1.2. Свойства резьбы определяются относительной толщиной витка у основания _а = а / p , относительной высотой витка _h = h / p и рабочим углом . Для каждого типа резьбы эти параметры постоянны. Параметр _а определяет прочность витков резьбы на изгиб и срез; _h – характеризует стойкость витков резьбы на износ, а параметр  обусловливает КПД винтовой пары.

Применение каждого типа резьбы определяется соответствием ее параметров _а, _h,  предъявляемым к механизму требованиям.

Трапецеидальная резьба (рис. 1.2а) – основной тип резьбы для винтовых механизмов, широко применяется благодаря универсальности свойств. Прочность (_а=0,67), стойкость на износ (_h=0,5) и КПД (=15°) удовлетворительные. Технологичность трапецеидальной резьбы хорошая, так как ее можно нарезать инструментом любого типа. Резьба стандартизирована, ее параметры определены ГОСТ 9484-81 (табл. 1.2).

Упорная резьба наиболее приспособлена к работе в условиях большого трения и износа. Превосходит трапецеидальную резьбу по стойкости на износ (_h=0,75) и КПД (=3°). Прочность витков (_а=0,7), технологичность упорной и трапецеидальной резьбы примерно одинаковы. Упорная резьба стандартизована, ее размеры даются в ГОСТ 10177-82 (табл. 1.3), (рис. 1.2 б). Из-за несимметричности профиля упорная резьба может применяться только в нереверсивных механизмах, т. е. в таких, где рабочая нагрузка имеет одно направление.

в)

Рис. 1.2. Основные типы резьбы винтовых механизмов:

а – трапецеидальная, б – упорная, в – ленточная, г – метрическая

Размеры трапецеидальной резьбы по ГОСТ 9484-81, мм

H₁=0,5P; H₄=H₁+a_C;

d₃=d-2H₄; h₃=H_4.

Пример обозначения однозаходной резьбы с номинальным диаметром 40 и шагом 6 мм: Tr 40×6 – 7е.

Для левой резьбы: Tr 40×6 LH – 7e.

Многозаходной резьбы (для трехзаход­ной ): Tr 40×6 (P3) – 7e.

Для левой резьбы: Tr 40×6 (P3) LH – 7e

Таблица 1.2

^Диаметр резьбы^d^для ряда		^Шаг резьбы			^Шаг резьбы, Р	Винт							^Винт и гайка	Гайка		^Размеры элементов резьбы
		Мелкий	Нормальный	Крупный
						^Диаметр резьбы, мм
						d						d1	d2	D	D1	ас=R2		R1	H2	H1
1	2
20	18	2	4	-	2	18	20	-	-	-	-	d-2,5	d-1	d+0,5	d-2	0,25		0,125	1,25	1
24	22	3	5	8	3	22	24	26	26	30	32	d-3,5	d-1,5	d+0,5	d-3				1,75	1,5
28	26	3	5	8		34	36	38	40	42	46
32	30	3	6	10		48	50	52	55	60	-
36	34	3	6	10	4	18	20	65	70	75	80	d-4,5	d-2	d+0,5	d-4				2,25	2
40	38	3	7	10		85	90	95	100	110	-
-	42	3	7	10	5	22	24	26	28	-	-	d-5,5	d-2,5	d+0,5	d-5				2,75	2,5
48	46	3	8	12	6	30	32	34	36	-	-	d-7	d-3	d+1,0	d-6	0,50		0,25	3,5	3
52	50	3	8	12	7	38	40	42	-	-	-	d-8	d-3,5	d+1,0	d-7				4	3,5
60	65	3	9	14	8	22	24	26	28	46	48	d-9	d-4	d+1,0	d-8				4,5	4
70	65	4	10	16		50	52	-	-	-	-
80	75	4	10	16	9	55	60	-	-	-	-	d-10	d-4,5	d+1,0	d-9				5	4,5
90	85	4	12	18	10	30	32	34	36	38	40	d-11	d-5	d+1,0	d-10				5,5	5
-	95	4	12	18		42	65	70	75	80	-
100	110	4	12	20	12	46	48	50	52	85	90	d-13	d-6	d+1,0	d-12				6,5	6
						95	100	110	-	-	-

Примечание: Первый ряд резьбы следует предпочитать второму. Нормальный шаг резьбы предпочтителен

Р азмеры упорной резьбы по ГОСТ 10177-82, мм

H=1,587911P h₃=0,86767P

H₁=0,75P R=0,124271P

Пример обозначения однозаходной резьбы с номинальным диаметром 36 мм и шагом 6:

S36х6–7АZ/7h,

то же левая S36x6LH–7AZ/7h

Таблица 1.3

Диаметр резьбы для ряда, d			Шаг резьбы, Р			Шаг резьбы, Р	Винт и гайка						Винт		Гайка
			Мелкий	Нормальный	Крупный		Диаметр резьбы, мм.
							d						d2		d3		D1
1	2	3
20	18	-	2	-	-	2	12	20	22	24	26	28		d-3,5		(d-4)+0,529		d-3
26	22	24	2	5	8	3	30	32	34	36	38	40		d-2,25		(d-6)+0,793		d-4,5
-	28	-	2	5	8		42	44	46	48	50	52
32	34	30	3	6	10		55	60	-	-	-	-
40	36	38	3	6	10	4	65	70	75	80	-	-		d-3		(d-7)+0,058		d-6
-	-	42	3	6	10	5	22	24	26	28	85	90		d-3,75		(d-9)+0,322		d-7,5
50	44	46	3	8	12		95	100	110	-	-	-
60	55	48	3	8	12	6	30	32	34	36	38	40		d-4,5		(d-11)+0,587		d-9
-	-	52	3	8	12		42	120	130	140	150	160
80	70	65	4	10	16	8	22	24	26	28	44	46		d-6		(d-14)+0,116		d-12
-	-	75	4	10	16		60	50	52	55	160	180
100	90	85	5	12	20	10	30	32	34	36	40	42		d-7,5		(d-18)+0,645		d-15
-	110	95	5	12	20		65	70	75	80	38	-
120	140	130	6	16	24	12	60	46	48	50	52	55		d-9		(d-21)+0,174		d-18
При выборе диамет­ров резьбы следует предпочи­тать 1-й ряд 2-му, а 2-й – 3-му.							80	85	90	95	100	110
						16	65	70	75	80	120	130		d-12		(d-28)+0,231		d-24
							140	150	160	170	-	-
						20	85	90	95	100	110	180		d-15		(d-35)+0,289		d-30

Размеры метрической резьбы по ГОСТ 24705-81, мм

H=0,866025P

Обозначение метрической резьбы на чертежах. Например для резьбы с крупным шагом:

Болт М24–6g;

Гайка М24–6Н;

для левой резьбы:

Болт М24LH–6g;

Гайка М24LH–6Н

Таблица 1.4

Диаметр резьбы d для ряда		Шаг резьбы,Р			Шаг резьбы, Р	Диаметр резьбы, мм
		крупный	мелкий			d						d2, D2		d1, D1
1	2
6	-	1,0	0,75	-	0,75	6	8	-	-	-	-		d-1+0,513		d-1+0,188
8	-	1,25	1,0	0,75	1,0	6	8	14	16	10	-		d-1+0,350		d-2+0,917
10	-	1,5	1,25	1,0	1,25	8	10	12	-	-	-		d-1+0,188		d-2+0,647
12	-	1,75	1,5	1,25	1,5	10	12	14	16	18	20		d-1+0,026		d-2+0,376
16	14	2,0	1,5	1,0		22	24	27	30	33	-
20	18,22	2,5	2,0	1,5	1,75	12	-	-	-	-	-		d-2+0,863		d-2+0,106
24	27	3,0	2,0	1,5	2,0	14	16	18	20	22	24		d-2+0,701		d-3+0,835
30	33	3,5	2,0	1,5		27	30	33	36	39	42
36	39	4,0	3,0	2,0		45	48	52	-	-	-
42	45	4,5	3,0	2,0	2,5	18	20	22	-	-	-		d-2+0,376		d-3+0,294
48	52	5,0	3,0	2,0	3,0	24	27	36	39	42	45		d-2+0,052		d-4+0,752
56	60	5,5	4,0	3,0		48	52	56	60	64	68
64	68	6,0	4,0	3,0	3,5	30	33	-	-	-	-		d-3+0,727		d-4+0,211
При выборе диаметра резьбы следует предпочитать 1-й ряд – 2-му					4,0	36	39	56	60	64	68		d-3+0,402		d-5+0,670
					4,5	42	45	-	-	-	-		d-3+0,077		d-5+0,129
					5,0	48	52	-	-	-	-		d-4+0,752		d-6+0,587
					5,5	56	60	-	-	-	-		d-4+0,428		d-6+0,046
					6,0	64	68	-	-	-	-		d-4+0,103		d-7+0,505

Размеры мест под стандартные болты и шпильки, мм

h₁ – обрабатывается ''до чистого металла'';

h =3…6 мм – в зависимости от общих габаритов отливки Е₁≈1,3d

Таблица 1.5

				D							6		8				10		12		14			16		18		20	22			24		27		30		36				42
Размер под ключ				S							10		13				17		19		22			24		27		30	32			36		41		46		55				65
Диаметр углубления				D*			Ряд1				16		-		22		26		28		32			36		40		42	45			50		55		60		-		75		85
							Ряд2				14		18		20		24		26		30			32		36		40	42			45		52		60		65		70		80
Диам. прилива				D1							18		20		24		28		30		34			38		42		45	48			52		60		65		70		80		90
Наименьшее расстояние				A							20		25		30		34		38		45			48		52		58	62			68		80		90		95		105		125
				E							8		10		12		14		16		18			18		22		22	25			25		32		32		40		40		45
Диам. отверстия по ГОСТ 11284-75				d0	допуск			Н12			6,4		8,4		10,5		12,5		14,5		16,5			18,5		21		23	25			28		31				37				43
								Н13			6,6		9		11		13		15		17			19		22		24	26			30		33				39				45
Диаметр и шаг резьбы		d	6	8		10			12	14		16		18		20		22		24		27	30		36		4 2
		Р	1	1,25		1,5			1,75	2		2		2,5		2,5		2,5		3		3	4		4,5		4,5
Материал отверстия	Сталь и бронза	H0	8	10		12			15	18		20		22		24		26		30		32	36		42		48
		H	6	8		10			12	14		16		18		20		22		24		27	30		36		42
		H1	8	10,5		13			16	18		20		24		25		28		30		34	38		45		52
		H2	12	16		19			24	26		28		34		36		38		42		45	52		60		70
	Чугун	H0	12	15		18			22	24		26		30		32		36		42		45	48		55		65
		H	10	12		15			18	20		22		25		28		30		35		38	42		50		58
		H1	12	15		18			22	24		26		30		34		35		40		45	50		58		7 Н0– глубина завинчивания в сквозное отверстие; Н – тоже в глухое отверстие. Н1– глубина полной резьбы (без сбега). Н2– глубина сверления 0
		H2	16	20		24			30	32		34		40		45		45		55		58	65		75		85

Шаг резьбы		1	1,25	1,5	1,75	2	2,5	3	3,5	4		4,5		5
Размеры наружной проточки	b	3	4	4	4	5	6	6	8	8		10		10
	R	1	1	1	1	1,6	1,6	1,6	2	2		3		3
	r	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	1	1	1	1		1		1
	x	1,5	1,8	2,2	2,5	3	3,5	4,5	5	6		6,5		7
Размеры внутр. проточки	b1	4	5	6	7	8	10	10	10	12		14		16
	R	1,5	1,6	1,6	1,6	2	3	3	3	3		3		3
	R1	0,5	0,5	1	1	1	1	1	1	1		1		1
	2t	0,5	0,5	0,7	0,7	1	1	1,2	1,2	1,5		1,5		1,8
Фаска	c	1	1,6	1,6	1,6	2	2,5	2,5	2,5	3		3		4
Запасы резьбы	L≥	5	6	6	7	9	9	9	10	11		13		16
	а	2,5-4		3,5-4,5		4,5	6,5	5,5	7,5	7	10		10-14

Ленточная (прямоугольная) резьба (рис. 1.2 в) по свойствам близка к трапецеидальной резьбе. Размеры резьбы не стандартизованы. Резьбу делают квадратной _а=_h=0,5. Шаг и диаметры резьбы удобно назначать по стандарту на трапецеидальную резьбу. Уступая по прочности трапецеидальной резьбе, ленточная резьба превосходит ее по КПД (=0°).

Технологичность ленточной резьбы невысока, так как ее можно нарезать только резцом. Однако винтовые механизмы с ленточной резьбой обеспечивают наибольшую точность перемещений. Поэтому ее применяют для ходовых винтов особо точных механизмов подач.

Метрическая резьба (рис. 1.2 г) – основной тип резьбы для болтовых соединений, обладает высокой прочностью (_а=0,875), удовлетворительной стойкостью на износ (_h= 0,54) и низким КПД (=30°), технологичность её – отличная.

В винтовых механизмах применение метрической резьбы ограничивается зажимными приспособлениями, где по условиям самоторможения выгодно иметь большое трение. Для уменьшения износа применяется резьба только с крупным шагом. Резьба стандартизована, ее размеры даются в ГОСТ 24705-81, (табл. 1.4).

В табл. 1.5 представлены конструктивные элементы метрической резьбы. Они могут быть полезны при конструктивной разработке сборочного чертежа винтового механизма.

В расчётно-пояснительной записке выбор типа резьбы должен быть подробно аргументирован.