ГЛАВА ОДИННАДЦАТАЯ

РАЗМЕРЫ И ДОПУСКИ РЕЗЬБ

I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЗЬБАХ

1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ РЕЗЬБ

Профилем резьбы называется сечение ее витка плоскостью, проходящей через ось цилиндра (т. е. диаметральной плоскостью), на котором образована резьба.

Углом профиля называется угол между боковыми сторонами витка, измеренный в диаметральной плоскости. Угол этот (фиг. 178) обозначается буквой е.

Вершиной профиля называется линия, соединяющая боковые стороны его по верху витка (Е на фиг. 178). Впадиной профиля называется линия, образующая дно винтовой канавки (F на фиг. 178). Очертания вершины и впадины могут быть плоскосрезанными или закругленными.

Шаг резьбы — это расстояние между двумя одноименными (т. е. правыми или левыми) точками двух соседних витков, измеренное параллельно оси резьбы. На фиг. 178 такими точками являются точки А и точки В и В1 точки С и и т. д. Расстояние между этими точками, измеренное параллельно линии 00 (т. е. оси резьбы), и есть шаг резьбы, обозначаемый буквой S.

Резьба винтов, болтов, шпилек, гаек, пробок и т. д. имеет шаг, измеряемый в миллиметрах или выражаемый числом витков резьбы на один дюйм ее длины.

Резьба червяков имеет модульный или, значительно реже, питчевый шаг; подробнее об этой резьбе см. стр. 354.

Различают три диаметра резьбы: наружный, внутренний и средний. Наружным диаметром резьбы (обозначается d) называется диаметр цилиндра, описанного около резьбовой поверхности.

Таким образом, для болта наружный диаметр соответствует диаметру по вершинам профиля (фиг. 179, а), измеренному перпендикулярно к оси резьбы, а для гайки — по впадинам (фиг. 179, б).

Средним диаметром резьбы (обозначается d2) называется диаметр цилиндра, соосного с резьбой, образующие которого делятся боковыми сторонами профиля на равные отрезки.

На фиг. 179, в этот цилиндр показан штрих-пунктирными линиями. На этом рисунке АВ = ВС = CD и т. д., а поэтому d2 — средний диаметр.

Углом подъема называется угол, образованный направлением выступа резьбы с плоскостью, перпендикулярной к его оси. Угол этот определяется по формуле

По направлению витка различают правые и левые резьбы. Если подъем резьбы винта, положенного на ладонь правой руки, совпадает с направлением отогнутого большого пальца, то эта резьба — правая. Совпадение подъема резьбы с направлением отогнутого большого пальца левой руки указывает, что данная резьба — левая.

В многоходовой резьбе различают ход и шаг. Ходом многоходовой резьбы называется расстояние между одноименными точками одного и того же витка, измеренное параллельно оси резьбы, или то расстояние, на которое переместится по оси болт или гайка за один оборот. Разница между ходом и шагом этой резьбы отчетливо видна на фиг. 180, а, на которой показана двухходовая трапецеидальная резьба.

Ход многоходовой резьбы равен шагу, умноженному на число ходов. Очевидно, что ход и шаг одноходовой резьбы (фиг. 180, б) одинаковы.

Определение числа ходов многоходовой резьбы как у винта, так и у гайки производится посредством подсчета концов витков на торце винта или гайки.

В зависимости от характера соединения резьб винта и гайки различают резьбы с зазором и без зазора. Профили резьб с зазором соприкасаются лишь боковыми сторонами, а на вершине и впадинах получаются зазоры. Профили резьб без зазора соприкасаются полностью.

2. СИСТЕМЫ РЕЗЬБ

В СССР приняты следующие резьбы.

1. Метрические, наиболее широко применяемые, разделяющиеся на две группы; резьбы с крупными шагами для диаметров 1 - 68 мм и резьбы с мелкими шагами для диаметров 1 - 600 мм. Размеры этих резьб см. на стр. 328, допуски — на стр. 359.

ГОСТ 9150—59, устанавливающий профиль, его элементы и основные размеры метрических резьб с крупными и резьб с мелкими шагами заменяет ранее действовавшие ОСТ НКТП 94, 32, 271, 272, 4120, 4121 и 193 на основную и пять мелких метрических резьб.

Срок введения ГОСТ 9150—59 для внутренних резьб (гаек) 1 января 1960 г., а для наружных резьб (болтов) — 1 января 1962 г.

Более подробное изложение этого вопроса см. на стр. 328.

2. Дюймовая, применяемая для крепежных соединений винтами, болтами и шпильками деталей старых машин и машин некоторых стран, не перешедших на метрическую систему мер, при их ремонте, а также при изготовлении запасных деталей таких машин. Размеры этой резьбы см. на стр. 338, допуски — на стр. 366.

3. Трапецеидальные — крупная, нормальная и мелкая, применяемые, в основном, для ходовых винтов станков и других силовых передач. Размеры этой резьбы см. на стр. 340, допуски — на стр. 367.

4. Упорные — крупная, нормальная и мелкая, применяемые в основном для ходовых и грузовых винтов с односторонне действующей нагрузкой и в редких случаях — как крепежные. Размеры этих резьб см. на стр. 345.

5. Трубная цилиндрическая, применяемая в соединениях полых тонкостенных деталей, в трубах и подобных деталях, когда требуется плотность соединения. Размеры этой резьбы см. на стр. 349, допуски — на стр. 374.

6. Трубная коническая, применяемая в таких же случаях, как и цилиндрическая. Необходимая плотность соединения в этом случае достигается за счет деформации витков. Размеры этой резьбы см. на стр. 351.

7. Коническая дюймовая с углом профиля 60, применяемая в таких же случаях, как и трубная коническая. Размеры этой резьбы см. на стр. 353.

8. Модульная, применяемая для червяков. Основные сведения об этой резьбе см. на стр. 354.

9. Прямоугольная, применяемая для грузовых и ходовых винтов. Ввиду ряда недостатков (невозможность устранения зазора при износе винта или гайки, невыгодность профиля с точки зрения прочности, затруднения при нарезании) прямоугольная резьба имеет ограниченное применение и не стандартизована. Шаг этой резьбы принимается равным 0,2d; внутренний диаметр ее получается 0,8d, а толщина витка 0,1d, где d — наружный диаметр резьбы.

Кроме перечисленных, в отдельных отраслях промышленности применяются различные специальные резьбы — круглая, часовая и т. д.

II. РАЗМЕРЫ РЕЗЬБ

1. МЕТРИЧЕСКИЕ РЕЗЬБЫ

Метрические резьбы (фиг. 181) с крупными и метрические резьбы с мелкими шагами отличаются между собой размерами шага (при одном и том же диаметре) и других элементов профиля. У всех этих резьб угол профиля 60°, причем вершина профиля болта и гайки плоскосрезанные; впадина резьбы болта может выполняться плоскосрезанной и закругленной по радиусу г. Шаг метрических резьб измеряется в миллиметрах.

Показанный на фиг. 181 утолщенной линией профиль со срезами от вершины исходного треугольника является общим номинальным профилем для болта и гайки; от этого профиля отсчитываются отклонения для болта и гайки по ГОСТ на допуски резьб.

Ниже приводится таблица размеров профиля метрических резьб, общая для резьб с крупными шагами и для резьб с мелкими шагами, а также таблицы диаметров и шагов этих резьб.

Значения шагов, наружных и средних диаметров болтов и гаек, внутреннего диаметра гаек и высоты профиля, приведенные в таблицах, взяты из ГОСТ 9150—59. Значения внутренних диаметров болтов определены по рекомендуемой ГОСТ 9150—59 формуле

где dнб— наибольший внутренний диаметр болта в мм;

d1— внутренний диаметр гайки в мм;

Н — теоретическая высота профиля в мм.

Болты с внутренним диаметром, вычисленным по вышеприведенной формуле должны изготовляться согласно указанию ГОСТ 9150-59 в течение переходного периода, т. е. с 1 января 1960 г. по 1 января 1962 г.

Значения Н и r, указанные в таблице размеров профиля резьб, вычислены по соответственным формулам, приведенным в ГОСТ 9150—59. Размеры аб и аг определены из геометрических соотношений.

Размеры профиля метрических резьб в мм

(по ГОСТ 9150—59)

Профиль и его элементы см. стр. 328

Основные размеры метрических резьб с крупными шагами в мм (по ГОСТ 9150—59)

Профиль и его элементы см. стр. 328, размеры профиля см. стр. 329

Профиль и его элементы см. стр. 328, размеры профиля см. стр. 329.

В нижеприводимой таблице: S — шаг резьбы, d — наружный и d2 — средний диаметры резьбы болта и гайки, dб — внутренний диаметр резьбы болта и d1 — внутренний диаметр резьбы гайки.

2. ДЮЙМОВАЯ РЕЗЬБА

Дюймовая резьба (фиг. 182) имеет профиль с углом 55°; вершины и впадины этого профиля плоско срезаны. Шаг дюймовой резьбы выражается числом витков на 1". Дюймовая резьба имеет зазоры по вершинами и впадинам.

Показанный на фиг. 182 жирной линией профиль со срезами на расстоянии tс от вершины исходного треугольника является общим для винта Размеры профиля дюймовой резьбы с углом профиля 55° в мм

(по ОСТ/НКТП 1260)

Профиль него элементы см. стр. 338

Профиль и его элементы см. стр. 338, размеры профиля — стр. 339

3. ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫЕ РЕЗЬБЫ

Трапецеидальные резьбы (фиг. 183) — крупная, нормальная и мелкая — имеют профиль с углом 30°. Профиль образован прямыми линиями; в случае передачи больших усилий профиль винта у впадин закругляется радиусом r. Шаг трапецеидальных резьб измеряется в миллиметрах.

Размеры профиля трапецеидальных резьб в* мм (по ОСТ 2409, 2410, 2411)

Профиль и его элементы см. выше

Профиль, его элементы и размеры см. стр. 341

Диаметры и шаги трапецеидальной нормальной резьбы в мм

(по OCT 2410)

Профиль, его элементы и размеры см. стр. 341

4. УПОРНЫЕ РЕЗЬБЫ

Упорные резьбы (фиг. 184) — крупная, нормальная и мелкая — имеют профиль в виде треугольника, стороны которого образуют углы 3 и 30° с осью профиля. Первая из этих сторон в процессе работы винта воспринимает осевую нагрузку и называется передней; угол 3o сделан для более удобного нарезания резьбы. Вторая сторона профиля называется задней.

Дно впадины винта закруглено. Вершины винта и гайки, а также впадина гайки плоскосрезанные. Шаг упорных резьб измеряется в миллиметрах.

Ниже приводится таблица размеров профиля упорных резьб общая для крупной, нормальной и мелкой резьб этого типа. Для многоходовых резьб применяются такие же профили. Кроме того, ниже приводятся отдельные таблицы диаметров и шагов всех упорных резьб. Резьбы, диаметры которых в этих таблицах взяты в скобки, — наименее ходовые.

Размеры профиля упорных одноходовых резьб в мм (по ОСТ/ВКС 7739, 7740, 7741)

Профиль и его элементы см. выше

Диаметры и шаги упорной одноходовой крупной резьбы в мм

(по ОСТ/ВКС 7739)

Профиль, его элементы и размеры см. стр. 345

Диаметры и шаги упорной одноходовой нормальной резьбы в мм (по ОСТ/ВКС 7740)

Профиль, его элементы и размеры см. стр. 345

5. ТРУБНАЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ РЕЗЬБА

Трубная цилиндрическая резьба (фиг. 185) имеет профиль с углом 55° и с закрушенными вершинами и впадинами профиля.

Шаг трубной цилиндрической резьбы выражается числом витков на один дюйм.

Номинальным диаметром трубной резьбы является диаметр отверстия в трубе, на наружной поверхности которой нарезана резьба.

Ниже приводятся таблица размеров профиля трубной цилиндрической резьбы, а также таблица ее диаметров. Резьбы, диаметры которых в последней таблице взяты в скобки, — наименее ходовые.

Размеры профиля трубной цилиндрической резьбы в мм (по ГОСТ 6357—52)

Профиль и его элементы см. выше

Профиль, его элементы и размеры см. стр. 349

6. ТРУБНАЯ КОНИЧЕСКАЯ РЕЗЬБА

Трубная коническая резьба (фиг. 186) имеет профиль с углом 55°, вершины и впадины его закруглены. Ось профиля перпендикулярна к оси трубы. Шаг этой резьбы выражается числом витков на один дюйм и измеряется параллельно оси трубы. Угол уклона конуса, на котором нарезается трубная коническая резьба, равен 1 47'24", что соответствует конусности 1 : 16.

Ниже приводятся таблица размеров профиля трубной конической резьбы а также таблица ее диаметров, длин и шагов. Упоминаемая во второй таблице основная плоскость есть заданное сечение, в котором диаметры резьбы (наружный, средний и внутренний) равны номинальным диаметрам трубной цилиндрической резьбы по ГОСТ 6357—52. При свинчивании без натяга трубы и муфты с номинальными размерами резьбы длина свинчивания равна l2. Резьбы, диаметры которых в этой таблице взяты в скобки, — наименее ходовые.

Размеры профиля трубной конической резьбы в мм (по ГОСТ 6211—52)

Профиль и его элементы см. выше

Диаметры, длины и шаги трубной конической резьбы в мм (по ГОСТ 6211—52)

Профиль, его элементы и размеры

см. стр. 351

7. КОНИЧЕСКАЯ ДЮЙМОВАЯ РЕЗЬБА С УГЛОМ ПРОФИЛЯ 60°

Коническая дюймовая резьба (фиг. 187) имеет профиль с углом 60°; вершины и впадины его плоскосрезанные. Ось профиля перпендикулярна к оси трубы. Шаг этой резьбы выражается числом витков на один дюйм и измеряется параллельно оси трубы. Угол уклона конуса, на котором нарезается коническая дюймовая резьба, равен 1 47'24", что соответствует конусности 1: 16.

Номинальным диаметром рассматриваемой резьбы является диаметр отверстия в трубе, на наружной поверхности которой нарезана резьба.

Ниже приводятся таблица размеров профиля конической дюймовой резьбы с углом профиля 60°, а также таблица ее диаметров, длин и шагов. Упоминаемая во второй из этих таблиц основная плоскость есть заданное сечение, с которым при свинчивании без натяга трубы и муфты с номинальными размерами резьбы совпадает торец муфты.

Размеры профиля конической дюймовой резьбы с углом профиля 60° в мм

(по ГОСТ 6111—52)

Профиль и его элементы см. выше

8. МОДУЛЬНАЯ РЕЗЬБА

Профиль нитки червяка —обычно трапеция (фиг. 188) с углом е при вершине, равным 40 или 30°. Такой профиль получается при установке передней режущей кромки резца, посредством которого нарезан червяк, параллельно оси резьбы. (Значительно реже встречаются червяки, боковые стороны профиля которых выпуклые, что является следствием установки режущей кромки резца перпендикулярно к боковым сторонам двух соседних витков резьбы. В этом случае касательные к боковым сторонам, проведенные в точках касания их с делительным цилиндром червяка, также образуют угол 40 или 30°. Указанная выше установка резца применяется иногда при нарезании резьб с большим шагом или ходом при многоходовых резьбах.) Диаметр резьбы червяка и размер ее профиля устанавливаются в зависимости от условий работы пары червяк — червячное колесо.

Шаг резьбы червяка — модульный, в очень редких случаях — питчевый.

Модульным называется шаг, в числовое значение которого (в миллиметрах) входят два сомножителя — модуль и число л. Модульный шаг выражается формулой

Sm = m*Пи мм, (40)

где Sm — шаг резьбы червяка в мм,

m — модуль; модуль равен шагу зубьев колеса, измеренному по ее делительной окружности, разделенному на я;

Пи — 3,14.

Питчевым называется шаг, числовое значение которого (в миллиметрах) равно дроби, числитель которой есть произведение 1" * Пи, а знаменатель питч. Питчевый шаг выражается формулой

где Sm — шаг червяка в мм;

1" = 25,4 мм;

Пи = 3,14;

Р — единица измерения шага зубьев колес, в частности червячных, при дюймовой системе мер длины. Питчесть число зубьев колес, приходящихся на 1" диаметра ее делительной окружности.

Червяки бывают одноходовые, двухходовые и т. д. Ход резьбы червяка, необходимый при настройке станка (подсчете сменных зубчатых колес, установке рукояток коробки подач), определяется по формуле

где Sх — ход резьбы червяка в мм;

Sm - шаг резьбы червяка в мм; z — число ходов резьбы червяка.

Пример. Определить шаг и ход в миллиметрах двухходового червяка, модуль 3.

В данном случае т = 3; z = 2. Поэтому по формуле (40)

Sm = mПи = 3*3,14 = 9,42 мм

и по формуле (42)

Sх = Sm*z = 9,42*2 = 18,84 мм.

Значения Sm и Sx для случаев, наиболее часто встречающихся в практике, указаны в нижеприводимой таблице.

Значения величин шага и хода многоходовых резьб с модульным шагом в мм

Угол подъема каждой резьбы червяка определяется по формуле

где tc — высота притупления профиля в мм;

a - ширина впадины резьбы в мм;

м — модуль;

е — угол профиля резьбы в град.

Значения tс и а для некоторых модулей указаны в нижеприводимой таблице.

Значение величин tс и а профилей резьб с модульным шагом в мм

III. ДОПУСКИ РЕЗЬБ

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ДОПУСКАХ РЕЗЬБ

Соединение винта и гайки в зависимости от точности их резьб

Все резьбы, принятые в нашем машиностроении, за исключением трубных, имеют зазоры по вершинам и впадинам, и при правильном исполнении резьбового соединения винт и гайка соприкасаются только боковыми сторонами (фиг. 189, а). Для обеспечения свинчиваемости винта с гайкой главное значение имеет качественное выполнение заданных размеров шага, угла профиля и среднего диаметра резьбы.

Точность наружного и внутреннего диаметров винта и гайки имеет меньшее значение.

Погрешности шага и угла профиля в некоторых пределах могут компенсироваться уменьшением среднего диаметра болта или увеличением среднего диаметра гайки.

Действительно, если шаг резьбы гайки окажется больше шага резьбы винта при одном и том же среднем диаметре их, свинчиваемости не будет. Если шаг резьбы гайки будет меньше шага резьбы винта, результат окажется тот же (фиг. 189, б). В обоих случаях витки гайки должны врезаться в витки винта, что недопустимо.

Свинчиваемость данных деталей может быть достигнута лишь уменьшением среднего диаметра винта (фиг. 189, в) или увеличением среднего диаметра гайки.

Таким же способом можно обеспечить свинчиваемость деталей, если угол профиля резьбы одной из них выполнен с отклонением. Так, например, если угол профиля винта меньше должного, что исключает возможность свинчиваемости винта с правильной гайкой (фиг. 189, г), то при уменьшении среднего диаметра этого винта данные детали могут быть свинчены (фиг. 189, д).

Построение допусков резьб

Затруднения, связанные с проверкой нарезаемой резьбы, возникают главным образом при измерении ее шага и профиля. Действительно, если все три диаметра наружной резьбы могут быть проверены с достаточной в большинстве случаев практики точностью, посредством обыкновенного микрометра, то для соответственной (по точности) проверки шага и угла профиля этой резьбы необходимы более сложные измерительные инструменты и даже приборы. Поэтому при изготовлении резьбовых деталей задаются допуски только на диаметры резьбы; допустимые ошибки в шаге и профиле учитываются в допуске на средний диаметр, потому что, как это было показано выше, ошибки в шаге и угле профиля всегда можно устранить изменением среднего диаметра одной из сопрягаемых деталей.

Допуск на средний диаметр устанавливается таким, чтобы при небольших ошибках в шаге или угле профиля винт и гайка свинчивались без ущерба для прочности резьбового соединения.

Допуски на наружный и внутренний диаметры винта и гайки назначаются такими, чтобы между вершиной профиля резьбы винта и соответствующей впадиной резьбы гайки получался зазор. Числовые значения этих допусков приняты большими, превышающими допуски на средний диаметр.

2. ДОПУСКИ МЕТРИЧЕСКИХ РЕЗЬБ

Для метрических резьб установлены (ГОСТ 9253—59) следующие классы точности: 1-й, 2-й, 2а и 3-й.

Схема расположения полей допусков метрических резьб показана на фиг, 190; отклонения их размеров см, в нижеприводимой таблице.

Допуски метрических резьб с крупными и мелкими шагами для диаметров от 1 до 600 мм

3. ДОПУСКИ ДЮЙМОВОЙ РЕЗЬБЫ

Для дюймовой резьбы установлены два класса точности: 2-й и 3-й. Схема расположения полей допусков этой резьбы показана на фиг. 191. Ниже приводится таблица отклонений размеров дюймовой резьбы.

Отклонения размеров дюймовой резьбы

(по ОСТ/НКТП 1261 и 1262)

4. ДОПУСКИ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫХ РЕЗЬБ

Для наружных трапецеидальных резьб установлены три степени точности, обозначаемые буквами т, n, р, и для внутренних — две степени, обозначаемые буквами М и N. Схема расположения полей допусков этой резьбы указана на фиг. 192. Ниже приводятся таблицы отклонений размеров трапецеидальных резьб, винтов и гаек