Резьбовые соединения деталей

деталь резьба подвижный неподвижный Соединения деталей в изделиях бывают: подвижные и неподвижные. Подвижные соединения (шлицевые, шпоночные, зубчатые, шарнирные и др.) в изделиях изучаются на старших курсах на специальных и выпускающих кафедрах.

На кафедре НГ и МЧ изучают неподвижные соединения деталей: разъёмные и неразъёмные соединения. К категории разъёмных соединений относятся резьбовые соединения. К категории неразъёмных соединений относятся — соединения сварные, паяные, клёпаные, склеенные и др.

Резьбовые соединения. Область применения

Резьба — это винтовая линия, которая вращательным движением обеспечивает линейное перемещение, при этом небольшие усилия при вращательном движении создают большие усилия прижатия в осевом направлении. Надо при этом помнить! Усилия затяжки болтов и гаек регламентированы ОСТ 37.001.050 -73 (Затяжки резьбовых соединений. Нормы затяжки) для материалов разных классов прочности они разные. В технических условиях сборочной единицы должно быть указано, если специально не оговорено, «Неуказанные нормы затяжки резьбовых соединений по ОСТ 37.001.050 — 73». В технике также широко используют резьбовые соединения для создания малых линейных перемещений (различные виды регулировок) путем больших угловых перемещений. Конструктивно профиль резьбы может быть выполнен в виде треугольника с различными углами при вершине, трапеции, прямоугольника, совокупности дуг, использование профиля многократно даёт новую форму применения одно, двух или трёхзаходных резьба, одновремённо использование различного направления резьбы на одной детали (резьба левая, резьба правая) даёт многочисленные технические решения при разработке изделия.

Изображение резьбы

Перемещение на 1 виток называют перемещение шаговым. Винтовая линия в развёртке представляет линию наклонную к горизонтальной линии и угол её наклона называют углом подъёма витка. На чертеже винтовую линию не изображают; её изображают условно. Правила её изображения устанавливает стандарт ГОСТ 2.311−68.

Резьбу изображают:

а) на стержне — сплошными основными линиями по наружному диаметру резьбы и сплошными тонкими линиями — по внутреннему диаметру.

Если на виде ось стержня проецируется на плоскость проекций в натуральную величину, то сплошную тонкую линию по внутреннему диаметру резьбы проводят на всю длину резьбы без сбега, а на видах, где ось стержня представлена проецирующим положением, то по внутреннему диаметру резьбы проводят дугу, приблизительно равную ¾ окружности, разомкнутую в любом месте (Рис. 1, 2);

Рис. 1.

Рис. 2.

б) в отверстии — сплошными основными линиями по внутреннему диаметру резьбы и сплошными тонкими линиями — по наружному диаметру.

Если в отверстии в разрезе ось стержня проецируется на плоскость проекций в натуральную величину, то сплошную тонкую линию по наружному диаметру резьбы проводят на всю длину резьбы без сбега, а на видах, где ось стержня представлена проецирующим положением, то по наружному диаметру резьбы проводят дугу, приблизительно равную ¾ окружности, разомкнутую в любом месте (Рис. 3, 4).

Рис. 3.

Рис. 4.

Сплошную тонкую линию при изображении резьбы наносят на расстоянии не менее 0,8 мм от основной линии и не более величины шага резьбы.

Допускается, в случае необходимости, резьбу, показываемую как невидимую, изображать штриховыми линиями одной толщины по наружному и по внутреннему диаметру (Рис. 5).

Рис. 5.

Линию же, определяющую границу резьбы, наносят на стержне и в отверстии с резьбой в конце полного профиля резьбы (до начала сбега). Границу резьбы проводят до линии наружного диаметра резьбы и изображают сплошной основной линией или штриховой линией, если резьба изображена как невидимая (Рис. 6−8).

Рис. 6.

Рис. 7.

Рис. 8.

Штриховку в разрезах и сечениях проводят до линии наружного диаметра резьбы на стержнях и до линии внутреннего диаметра в отверстии, т. е. в обоих случаях до сплошной основной линии (см. Рис. 3, 4, 7, 8).

Размер длины резьбы с полным профилем (без сбега) на стержне и в отверстии указывают, как показано на Рис. 9а и Рис. 10а. Размер длины резьбы (со сбегом) указывают, как показано на Рис. 9б и Рис. 10б.

При необходимости указания величины сбега на стержне размеры наносят, как показано на Рис. 9 В.

Сбег резьбы изображают сплошной тонкой прямой линией, как показано на Рис. 9б, в и Рис. 10б.

Рис. 9.

Рис. 10.

При изображении резьбы на Рис. 11 каждый участок имеет свой термин и величина каждого участка определена стандартом ГОСТ 10 549– — 80. Этот стандарт имеет название «Выход резьбы. Сбеги, недорезы, проточки и фаски».

Рис. 11.

Длина резьбы полного профиля имеет строго определенную величину, которая определяется прочностными характеристиками материала детали с резьбовым отверстием. Размеры других участков определены в зависимости от величины шага резьбы стандартом ГОСТ 10 549– — 80. Оговоримся, что речь идёт о метрической резьбе, имеющей треугольный профиль с углом 60⁰ при вершине.

Для изучения темы «резьбовое соединение» студенту выдается задание. Исходными данными являются: диаметр стержня шпильки с метрической резьбой, шаг резьбы (величина шага строго из стандарта ГОСТ 22 032;76), толщина присоединяемой детали, характеристика материала детали, в которую вворачивают шпильку.

Студент согласовывает с преподавателем материалы шпильки и гайки, в соответствии с ГОСТ 1759–70, определяя классы прочности шпильки и гайки.

По выбранному максимальному моменту затяжки резьбового соединения и классу соединения по таблице рядов крутящих моментов ОСТ 37.001.031−72 определяется минимальный момент затяжки.

Таблица 1. Максимальные крутящие затяжки соединений*, кгс.м.

*Величины моментов, указанные в таблице, действительны также при завинчивании болтов «в тело» при соблюдении рекомендаций по длине свинчивания по ГОСТ 11 765–66 и ГОСТ 11 766–66.

Изображение шпильки на листе начинают с выбора места для шпильки и проводят осевую линию. В соответствии заданным диаметром стержня шпильки проводят контур её основными сплошными линиями. В виду того, что размеры шпильки ещё не известны, поэтому выполнение изображения на чертеже разделяют на этапы.

1 этап — конструируют ввертную часть шпильки.

Рис. 12.

На этом этапе устанавливают внешние размеры контура метрической резьбы и величину шага (мелкого, крупного) в соответствии стандартом, например, ГОСТ 22 032;76. Эти параметры одинаковы для всех стандартов ГОСТ 22 032;76 — ГОСТ 22 043;76. Вдоль очерковой образующей устанавливают метку 1 на длине.

l 1 = d*k,.

где d — наружный диаметр резьбы;

k — коэффициент, учитывающий прочностную характеристику материала детали, в котором будет выполнено отверстие.

Величина коэффициента k представлена на рис. 12. Установив величину ввинчиваемого резьбового конца l ₁ шпильки, находят величину длины резьбы полного профиля на стержне. От метки 1 на очерковой образующей на расстоянии, равном сбегу, устанавливают другую метку 2, через которую проводят линию до линии наружного диаметра резьбы и изображают её сплошной основной линией, определяя размер длины резьбы с полным профилем. Величины сбега определены стандартом ГОСТ 10 549–80, которые изложены в таблице 1 в зависимости от величины заборной части инструмента при угле 30 градусов по вертикали и величины шага резьбы по горизонтали.

От начала ввинчиваемого резьбового конца l ₁ шпильки вдоль оси устанавливают метку 3, на расстоянии равном величине фаски, через которую проводят линию до линии наружного диаметра резьбы и изображают её сплошной основной линией. Получили метку 4. Через метку 4 проводим линию под углом 45 градусов, которая пересекает основание шпильки и дает метку5. Величины фаски определены стандартом ГОСТ 10 549–80, которые изложены в таблице 1 в зависимости от графы для всех остальных случаев по вертикали и величины шага резьбы по горизонтали.

Для изображения сплошными тонкими линиями внутреннего диаметра резьбы шпильки необходимо выполнить дополнительное построение «гнездо сверленое».

Для выполнения сверленого гнезда проводим осевую линию, относительно которой сплошными основными линиями по внутреннему диаметру резьбы проводим очерковые образующие. Величина диаметра под резьбу с полем допуска 6H или предпочтительней 7H представлена стандартом ГОСТ 19 257–73, который называется «Отверстия под нарезание метрической резьбы». Размеры и предельные отклонения диаметров отверстий для резьбы с крупным шагом изложены в таблице 1, для резьбы с мелким шагом — в таблице 2 этого стандарта.

Изобразили на чертеже 13 только проходное отверстие, т.к. конец глухого резьбового отверстия выполнить не можем. Размер глубины сверления необходимо рассчитать. Его величина зависит от вида материала детали, в которой будут нарезать резьбу.

Рис. 13.

Установив размер сверла, равным ему размером изобразим сплошными тонкими линиями внутренний диаметр резьбы ввинчиваемого резьбового конца шпильки. Сплошные тонкие линии внутреннего диаметра резьбы пересекают границу длины резьбы с полным профилем и создают метку 6, определяя размер этой линии от метки 6 до конической поверхности фаски. Сплошные тонкие линии соединяют метку 6 и метку 1, изображая сбег резьбы.

Этап 1 завершен Рис. 13.

Этап 2 — выполняем гнездо нарезанное, представленное чертежом 14.

Этап 2 начинают копированием гнезда сверленого на свободном месте чертежа. На его торцевой поверхности отмечают точки зенковки меткой 7, которые расположены на диаметре, равном = 1,05d. Через указанные точки проводят под углом 120⁰ относительно вертикальной оси линии, которые формируют очерк конической поверхности. Коническая и цилиндрическая поверхности между собой пересекаются и образуют границу фаски, обозначив её меткой 8, которая предназначена для центрирования режущего инструмента. Для изображения сплошными тонкими линиями наружного диаметра резьбы отверстия необходимо выполнить построение в соответствии с исходными данными задания. Меткой 9 отобразим начало построения, которые начинаются с конической поверхности.

Рис. 14.

Итак, в отверстии — сплошными основными линиями по внутреннему диаметру резьбы и сплошными тонкими линиями — по наружному диаметру изображаем резьбу. Границу длины резьбы с полным профилем резьбы проводят до линии наружного диаметра резьбы и изображают сплошной основной линией. Расстояние до границы отмечено меткой 10.

На чертеже 15 представим гнездо сверленое и нарезанное в увеличенном виде.

Расстояние до границы определяют суммой величин ввинчиваемого резьбового конца l₁ шпильки, равной l₁ = d*k, и величины a недореза, определенные стандартом ГОСТ 10 549–80, которые изложены в таблице 2 в зависимости от графы недореза уменьшенного по вертикали и величины шага резьбы по горизонтали.

Рис. 15.

Итак, граница полного профиля резьбы в отверстии будет.

l₂ = l₁ + a _{недорез уменьшенный},.

или.

l₂= d*k + a _{недорез уменьшенный.}

Итак, определив границу полного профиля резьбы, находим глубину сверления.

Глубина сверления определяется.

l₃ = l₂ + a _{недорез уменьшенный}

или глубина сверления равна.

l₃ = d*k + 2a _{недорез уменьшенный.}

На оси отверстия устанавливают метку 11 и проводят через нее до линии внутреннего диаметра резьбы границу сверления и изображают сплошной основной линией. На границе устанавливают метку 12, через которую проводят линию под углом 120⁰ градусов по отношению с осью вращения, изображая след из-под сверла сплошной основной линией, границы которого отметим меткой 13. Размеры на следе сверла не устанавливают. Устанавливают размеры полного профиля резьбы и глубины сверления. На этом завершается выполнение гнезда нарезанного.

На 1 этапе не было установлено границы глубины сверления. При выполнении гнезда нарезанного была установлена граница глубины сверления. Её изображение и размеры установим на гнезде сверлёном, установив метки 11,12,13. Отметим, в реальном исполнении резьбовых отверстий на чертежах размеры внутреннего диаметра резьбы, а, следовательно, диаметр сверла не устанавливают, т.к. он строго заимствован из стандарта ГОСТ 19 257–73.

На этом завершается 2 этап выполнения резьбового соединения.

Рис. 16.

На чертеже 16 изображены стержень ввинчиваемого резьбового конца шпильки и гнезда сверленое и нарезанное резьбового отверстия с мелким шагом метрической резьбы.

Рис. 17.

На чертеже 17 изображены стержень ввинчиваемого резьбового конца шпильки и гнезда сверленое и нарезанное резьбового отверстия с крупным шагом метрической резьбы.

Для выполнения 3 этапа, в котором определяют размеры присоединяемого резьбового конца шпильки, необходимо знать высоту присоединяемой детали. Как правило, высоту присоединяемой части определяют из расчета на прочность узлов изделия. В нашем случае высота присоединяемой детали задается. В этой детали выполнено отверстие для сборочной операции. Величина этого отверстия может быть.

D ₁ = d*k₁,.

где d — наружный диаметр резьбы;

k₁ — коэффициент сборочной операции, определяющий отклонения положений оси нарезанного резьбового отверстия и оси отверстия присоединяемой детали от номинального положения.

В авиационной отрасли величина отверстия D ₁ в присоединяемой детали равна диаметру стержня d, увеличенного на величину k₁. Этот коэффициент учитывает высокую технологию изготовления.

D ₁ = d + k₁, где.

k₁ = k₂ + k₃ + k₄ (мм), где.

k₂ = 0,2(мм) — величина отклонения центра резьбового отверстия от номинального положения;

k₃ = 0,2(мм) — величина отклонения центра отверстия в присоединяемой детали от номинального положения;

k₄ = 0,1(мм) — величина гарантирующая сборочную операцию.

Величина отверстия в присоединяемой детали в общем машиностроении, не обладающей высокой культурой технологии будет равна,.

D ₁ = d*k₅, где.

k₅ = 1,1 — коэффициент сборочной операции.

На чертеже 18 показана деталь присоединяемая.

Рис. 18.

Длину присоединяемой резьбовой части шпильки определяют из сборочной единицы, содержащей деталь с резьбовым отверстием, шпильку, деталь присоединяемую, шайбу пружинную (ГОСТ 6402−70), гайку шестигранную из ГОСТ 5915–70.

Сборочную единицу начинают изображать, выбрав место на чертеже и копируют на это место гнездо нарезанное: либо для резьбового отверстия с мелким шагом, либо — с крупным шагом. Затем копируют шпильку и совмещают метку 1 на оси шпильки и метку 7 на оси нарезанного отверстия. При совмещении происходит поглощение линий и областей штриховки гнезда нарезанного поверхностью шпильки. В сборочной единице линии наружного диаметра резьбы ввинчиваемого резьбового конца шпильки будут изображены сплошной основной линией, а линии внутреннего диаметра резьбы будут изображены сплошными тонкими линиями, подавляя на этом участке линии резьбового отверстия.

Особенностью сборочной единицы является то, что граница полного профиля резьбы на стержне при сборке перемещается и занимает место торцевой линии резьбового отверстия. В технике такое перемещение получило название «посадка шпильки на сбег». Это перемещение осуществляет законтривание шпильки в резьбовом отверстии. Следует помнить, что при сборке необходимо проводить завинчивание шпильки, соблюдая условия затяжки. Величины максимального и минимального моментов затяжки для завинчивания шпильки «в тело» отличаются и принимаются равными половине соответствующих моментов для затяжки болта (гайки), имеющего одинаковые размеры резьбы, покрытие и смазку в соответствии ОСТ 37.001.050−73. При этом в чертеже 19 или технических условиях должна быть надпись: «Неуказанные нормы затяжки резьбовых соединений по ОСТ 37.001.050−73». На чертеже 19 отображены все изменения, которые проведены в сборочной операции.

Рис. 19.

Рис. 20.

Длину шпильки l находят из геометрии сборочной единицы:

l = L + s + m + a, где.

L — толщина присоединяемой детали, мм.

s — толщина нормальной пружинной шайбы из стали 65 Г, мм.

m — высота гайки, мм.

a — выступающая часть шпильки в сборочной единице, мм.

Величина L задана исходными данными. Величину s определяют из данных стандарта ГОСТ 6402–70, при этом выбран тип шайбы «нормальный» с квадратным поперечным сечением исполнения 1. В поперечном сечении ширина b и толщина s величины равны, для диаметра резьбы 20 мм они равны s = 4.5мм.

При конструировании изделия принято высоту гайки в компоновке выбирать из условия m = 0,8 d, где d — диаметр шпильки, а величину выступающей части шпильки, равной а = 0,3 d. Если принять L = 17 мм, то сумма всех величин будет равна 44 мм. В соответствии стандартом на изготовлении шпильки принято длину l шпильки округлять до величины кратной 5 в данном случае в сторону увеличения. Итак, l = 45 мм. Найдем величину длины резьбы гаечного конца l₀. Эту величину выбирают из таблицы 2 любого стандарта, например, ГОСТ 22 036;76 из таблицы пересечения столбца номинального диаметра резьбы d и строки длины шпильки с значением l = 45 мм, числовое значение отмечено знаком х. Знаком х отмечены шпильки с длиной резьбы гаечного конца l₀ = l — 0,5d — 2P, где.

d — номинальный диаметр резьбы, мм.

P — шаг резьбы (принимаем крупный шаг, равный 2,5мм).

Вычисляем и получаем, что длина резьбы гаечного конца равна l₀ = 30 мм.

Отобразим этап 3 с размерами на чертеже 21.

Рис. 21.

На этапе 3 дополним изображение резьбы еще одним видом, где ось стержня или отверстия представлена проецирующим положением, то на горизонтальной плоскости проекций по внутреннему диаметру резьбы проводят дугу, приблизительно равную ¾ окружности, разомкнутую в любом месте сплошными тонкими линиями на стержне, а по наружному диаметру резьбы проводят дугу, приблизительно равную ¾ окружности, разомкнутую в любом месте сплошными тонкими линиями на отверстии (Рис. 22).

Рис. 22.

Этап 4. Ввиду того, что в изделии такие детали, как представленные на чертеже 22, на производстве не изготавливают, чертежи на них не делают, они относятся к стандартным деталям. Они являются покупными деталями. Такие детали отображаются в основном конструкторском документе, а именно в спецификации. Они записываются в условном виде. На этом этапе рассмотрим условные обозначения этих деталей, а также рассмотрим упрощенные и условные изображения крепежных деталей на сборочных чертежах и чертежах общих видов.

На сборочных чертежах и чертежах общих видов изображение крепежных деталей (упрощенное или условное) выбирают в зависимости от назначения и масштаба чертежа. Крепежные детали, у которых на чертеже диаметры стержней равны 2 мм и менее, изображают только условно.

Рис. 23.

Упрощенное и условное изображения устанавливает стандарт ГОСТ 2.315−68. На чертеже 23 упрощенно в сборочной единице изображены детали и крепежные элементы: пружинная шайба, гайка и шпилька. В сборочной единице шпилька не содержит границы резьбы, разделяющей шпильку на участки, хотя в упрощенном изображении детали граница раздела существует; покажем это на Рис. 24.

Рис. 24.

Следующий этап — условные обозначения крепежных деталей. Условные обозначения начинают с названия детали — 1часть. Условное обозначение содержит в части 2 — геометрию, в части 3 — материал детали, однако конструктору дано право лишь указать класс прочности, а марку стали — материал выбирает изготовитель. В отдельных случаях в выборе материала, например, шпильки класса прочности 10.9 участвует конструктор. Классов прочности для шпилек, болтов, винтов 5 типов:

В 4 части указывают величину покрытия в мкм и его условное обозначение (на чертеже 25 без покрытия), а в части 5 — стандарт (ГОСТ), по которому выполняют деталь. Каждая часть условного обозначения отделяется от смежной части точкой. В некоторых деталях после названия указывают тип исполнения. Исполнение 1 в условном обозначении не указывают.

В шпильке в части геометрии указывают номинальный диаметр резьбы М20 через знак х указывают шаг резьбы и поле допуска 6g, при этом величину крупного шага не указывают, а затем через знак х величину длину шпильки (т.е. величину гаечной части).

Рис. 25.

В части материала указывают не сам класс прочности 5.8, а величину временного сопротивления разрыву у_в = 58 кгс/мм².

В части покрытия условное обозначение имеет двухзначное число, а третье число толщину покрытия в мкм. Если величина шага резьбы P > 0.8, то толщина покрытия должна быть д = 9 -12мкм, при этом поле допуска иногда устанавливают 6e (вместо 6g). Если крепежные детали используют без покрытия, то в части условного обозначения покрытие обозначают 00, допускается также 00 не обозначать.

Рис. 26.

На чертеже 26 изложено условные обозначения для резьбы с мелким шагом и покрытием.

Таблица 2. Виды покрытий.

Шифровка гайки представлена на чертеже 27. Она содержит те же элементы шифровки, что и шпилька: название, геометрия, материал, покрытие и название стандарта.

Рис. 27.

Условное обозначение гайки отличается от условного обозначения шпильки. По умолчанию гайка 1 исполнения, геометрия задается только номинальным диаметром резьбы, материал представлен классом прочности 5, а не величиной временного сопротивления разрыву у_в = 50 кгс/мм². Следует строго соблюдать соотношения классов прочности шпилек, болтов и классов прочности гаек при выборе материала. Они представлены в таблице.

Таблица 3.

Рис.28а Рис.28б

Условное обозначение гайки с номинальным диаметром резьбы М20 с крупным шагом без покрытия представлено на Рис.28а, Рис.28б.

На чертеже 29 изображен итоговый объем графической части задания по теме «резьбовое соединение».

Рис. 29.