Резьбовые соединения. Классификация резьб. Геометрические параметры резьбы. Основные типы резьб

Лекция №5

Тема 5: Резьбовые соединения

5.1. Классификация резьб

Соединение деталей при помощи резьбы является одним из старейших и наиболее распространённых видов разъёмных соединений - около 60% деталей машин имеют резьбу. Резьбовая поверхность образуется путем вращения по винтовой линии геометрической фигуры абв, называемой профилем, относительно оси ООʹ так, чтобы плоскость профиля проходила через эту ось (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Резьбовая поверхность

Принята классификация по следующим признакам:

1) по форме профиля различают: треугольные, прямоугольные, трапецеидальные и круглые резьбы;

2) по числу профилей различают резьбы: однозаходную, двухзаходную, трехзаходную;

3) по направлению винтовой линии: правую и левую резьбы;

4) по форме основной поверхности: цилиндрические и конические резьбы; наиболее распространена цилиндрическая резьба, коническую резьбу применяют для плотного соединения труб, маслёнок, пробок и т.п.;

5) по расположению относительно основной поверхности различают наружные и внутренние резьбы;

6) по назначению: крепёжные и ходовые.

5.2. Геометрические параметры резьбы

На рис. 5.2 представлены эскизы с геометрическими параметрами резьбы, где d – наружный диаметр винта;

d₁ – внутренний диаметр;

d₂ – средний диаметр.

Рис. 5.2. Геометрические параметры резьбы

Номинальные значения диаметров одинаковы для винта d и для гайки D, зазоры образуются за счет предельных отклонений размеров диаметров, поэтому:

d = D;   d₁ = D₁;   d₂ = D₂.                                              (5.1)

Р – шаг резьбы, это расстояние между одноимёнными сторонами соседних витков, измеренное в направлении оси резьбы;

h – рабочая высота профиля;

α – угол профиля.

На развертке одного витка резьбы (рис. 5.2, б) показаны следующие параметры:

ψ – угол подъёма винтовой линии (по среднему диаметру).

                                                     (5.2)

где  P_h – ход резьбы.

P_h = P·n,                                                      (5.3)

где  n – число заходов.

Все геометрические параметры резьбы и допуски на их размеры стандартизированы.

5.3. Основные типы резьб

5.3.1. Выбор профиля резьбы

Профиль резьбы определяется многими показателями, важнейшими из которых являются: а) прочность;

б) момент трения в резьбе;

в) технологичность.

Крёпежная резьба должна обладать высокой прочностью и высоким моментом трения в резьбе. Прочность является основным критерием работоспособности и расчёта. Высокий момент трения в резьбе предотвращает резьбовые детали от самоотвинчивания.

Момент трения зависит от коэффициента трения, который в свою очередь связан с углом профиля α (рис. 5.3) в соответствии с формулой:

,                                            (5.4)

   где   – приведенный коэффициент трения.

                 Рис. 5.3. Схема к определению             Рис. 5.4. Прямоугольная резьба силы и коэффициента трения

Анализ выражения (5.4) показывает, что для увеличения момента трения в резьбе необходимо принимать максимальный угол профиля. Это реализовано в наиболее распространённой крепёжной резьбе – метрической с треугольным профилем и углом α = 60^о (рис. 5.2). При этом  f ' ≈ 1,15f.

NB 5.1. Крепёжные резьбы имеют максимальный угол профиля α = 55…60^о. Это обеспечивает максимальную прочность и максимальный момент трения в резьбе.

Требования к ходовой резьбе по коэффициенту трения противоположны, так как эта резьба является элементом передачи «винт-гайка» и должна иметь максимальный КПД, то есть наименьший момент трения. Прямоугольный профиль  с α = 0 (рис. 5.4) и близкий к нему трапецеидальный отвечают этим условиям. Так, в трапецеидальной резьбе с α/2 = 30^о  f¢ =1,03f, а прямоугольная и упорная имеют f¢ = f.

Прочность резьбы на срез рассчитывают по сечению с-с (рис. 5.3). Для резьб отношение ширины впадины опасного сечения к шагу равно:

а) 0,85 – для треугольной резьбы;

б) 0,65 – для трапецеидальной;

в) 0,5 – для прямоугольной резьбы.

Следовательно, при одном и том же шаге Р треугольная резьба на 70% прочнее прямоугольной. Для ходовой резьбы основной критерий не прочность, а износостойкость, поэтому минимальный угол профиля полностью отвечает главному требованию. Ниже рассмотрены другие характеристики наиболее распространённых резьб.

NB 5.2. Минимальные углы профиля ходовых резьб обеспечивает минимальный момент трения и максимально возможный КПД.

5.3.2. Метрическая резьба

Метрическая резьба имеет треугольный профиль с углом α = 60^о (рис. 5.2). Вершины витков и впадин притуплены по прямой или окружности для: а) уменьшения концентрации напряжений; б) предохранения от повреждений; в) повышения стойкости инструмента.