18.1.1 Резьбовые соединения

Резьбовыми называют соединения составных частей изделия с применением деталей, имеющих резьбу. Они наиболее распространены в машиностроении. Резьбовые соединения бывают двух типов: соединения с помощью специальных резьбовых крепежных деталей (болтов, винтов, шпилек, гаек) и соединения свинчиванием соединяемых деталей, т.е. резьбы, нанесенной непосредственно на соединяемые детали.

Достоинства резьбовых соединений — простота, удобство сборки и разборки, широкая номенклатура, стандартизация и массовый характер производства крепежных резьбовых деталей, взаимозаменяемость, относительно невысокая стоимость и высокая надежность. Недостатки резьбовых соединений — наличие концентраций напряжений во впадинах резьбы, что снижает прочность соединений; чувствительность к

вибрационным и ударным воздействиям, которые могут привести к самоотвинчиванию; низкая точность взаимоположения соединяемых деталей.

Основным элементом соединения является резьба, т.е. поверхность, которая образуется при винтовом движении плоской фигуры по цилиндрической или конической поверхности. Различают соответственно цилиндрическую резьбу и коническую. По профилю выступа и канавки резьбы в плоскости осевого сечения резьбы делятся на треугольные, трапецеидальные симметричные, трапецеидальные несимметричные (упорные), прямоугольные и круглые.

По назначению резьбы разделяют на крепежные, крепежно-уплотнительные и ходовые. Крепежные резьбы применяют для соединения деталей, а ходовые — в передаточных механизмах.

Крепежные резьбы имеют, как правило, треугольный профиль с притуплёнными вершинами и дном впадин. Это повышает прочность резьбы и стойкость инструмента при получении резьбы. Крепежная резьба бывает метрической, дюймовой и трубной. Наиболее широко применяется метрическая резьба. Угол профиля метрической резьбы, т.е. угол между смежными боковыми сторонами резьбы в плоскости осевого сечения, = 60°.

Стандартом предусмотрена резьба с крупным и мелким шагом. Резьбу с крупным шагом обозначают М (метрическая); при этом указывают значения наружного диаметра, например М6, М8 и т.д. Для резьб с мелким шагом дополнительно указывают значение шага, например М6х0,75, М8х1 и т.д.

Дюймовая резьба используется при замене деталей устройств, импортируемых из стран с дюймовой системой мер; угол ее профиля α = 55°.

Основными крепежными деталями резьбовых соединений являются болты, винты, шпильки, гайки, шайбы и стопорные устройства, предохраняющие гайки от самоотвинчивания. Рассмотрим каждое из них.

Болт — цилиндрический стержень с шестигранной головкой на одном конце и резьбой на другом. Болты в соединении используют в комплекте с гайкой; при этом резьба в соединяемых деталях не нарезается (рис. 18.1, а).

Винт — цилиндрический стрежень с головкой на одном конце и резьбой на другом. Винт ввертывается в резьбовое отверстие одной из скрепляемых деталей (рис. 18.1, б). Головки винтов могут иметь различную форму (цилиндрическую, полукруглую и др.).

Рис. 18.1

Шпилька — цилиндрический стержень с резьбой на обоих концах; одним концом она ввертывается в одну из скрепляемых деталей, а на другой ее конец навертывается гайка (рис. 18.1, в). Соединения с помощью шпилек применяют в тех случаях, когда в одной из соединяемых деталей нельзя выполнить сквозное отверстие и материал этой детали (с резьбой) не обладает высокими прочностными свойствами (пластмасса, алюминиевые и магниевые сплавы).

Поэтому применение винта при частой разборке и сборке соединения из-за малой прочности резьбы не рекомендуется. Шпилька же ввинчивается в деталь с резьбой малой прочности только один раз — при сборке. При последующих разборках и сборках будет свинчиваться только гайка. Замечено, что шпильки из-за отсутствия головок и концентрации напряжений в местах сопряжения головки со стержнем всегда прочнее винтов тех же размеров при действии динамических и переменных нагрузок.

Гайки служат для соединения скрепляемых с помощью болта или шпильки деталей. Как и головки винтов, гайки могут иметь разнообразную форму.

Назначение шайб, подкладываемых под гайку, головку винта или болта, — предохранение поверхностей деталей от задира при затягивании, увеличение опорной поверхности и стопорение.

Болты, винты, гайки изготавливают из углеродистых и легированных сталей, а крепежные детали общего применения — чаще всего из стали марок Ст З, Ст 4, Ст 5 без последующей термообработки. Более ответственные детали изготавливаются из сталей 35, 45, 40Х, 40ХН с поверхностной или общей термообработкой. Мелкие винты делают из латуни ЛС59-1, дюралюминия Д1, Д16. Для защиты поверхности крепежных деталей от коррозии, придания им необходимого цвета применяют цинкование, хромирование, кадмирование.

Угол подъема винтовой линии резьбы (φ = 1,5... 2,5°) меньше угла трения в резьбовом соединении (ρ = 3°). Этим обеспечиваются самоторможение и предохранение от самоотвинчивания. Однако при вибрации, тряске, динамических и транспортных воздействиях наблюдаются ослабления резьбовых соединений, поэтому предусматривают их стопорение.

Для стопорения резьбовых соединений используют увеличение трения по поверхности контакта, введение запирающих элементов, пластическое деформирование, постановку винтов на краску, лак, эмаль. На рис. 18.2 приведены наиболее распространенные способы стопорения. Это использование пружинных (рис. 18.2, а) или стопорных (рис. 18.2, б) шайб с внутренними и наружными зубьями по поверхности; специальных разрезных гаек с повышенным трением при стягивании их частей винтом (рис. 18.2, в); корончатых гаек, закрепленных шплинтом (рис. 18.2, г); отгибных шайб различной формы (рис. 18.2, д, е).

Рис. 18.2