Разъемными называют соединения, разборка которых проис­ходит без нарушения целостности составных частей изделия. Разъемные соединения могут быть как подвижными, так и неподвижными. Наиболее распространенными в машиностроении видами разъемных соединений являются: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клиновые, штифтовые и профильные.

Общие сведения о резьбовых соединениях

Резьбовым называют соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу.

Резьба представляет собой чередующиеся выступы и впадины на поверхности тела вращения, расположенные по винтовой линии. Основ­ные определения, относящиеся к резьбам общего назначения, стандар­тизованы.

Резьбовые соединения являются самым распространенным видом соединений вообще и разъемных в частности. В современных машинах детали, имеющие резьбу, составляют свыше 60 % от общего количества деталей. Широкое применение резьбовых соединений в машинострое­нии объясняется их достоинствами: универсальностью, высокой надежностью, малыми габаритами и весом крепежных резьбовых дета­лей, способностью создавать и воспринимать большие осевые силы, тех­нологичностью и возможностью точного изготовления.

Недостатки резьбовых деталей: значительная концентрация на­пряжений в местах резкого изменения поперечного сечения и низкий КПД подвижных резьбовых соединений.

Резьбы изготовляют либо пластической деформацией (накатка на резьбонакатных станках, выдавливание на тонкостенных металличес­ких изделиях), либо резанием (на токарно-винторезных, резьбонарез­ных, резьбофрезерных, резьбошлифовальных станках или вручную мет­чиками и плашками); на деталях из стекла, пластмассы, металлокера­мики, иногда на деталях из чугуна резьбу изготовляют отливкой или прессованием. Следует отметить, что накатывание резьбы круглыми или плоскими плашками на резьбонакатных станках — са­мый высокопроизводительный метод, с помощью которого изготовля­ется большинство стандартных крепежных деталей с наружной резь­бой, причем накатанная резьба прочнее нарезанной, так как в первом случае не происходит перерезание волокон металла заготовки, а повер­хность резьбы наклепывается.

Диаметры стержней под накатывание и нарезание резьб, диаметры отверстий под нарезание резьб, а также выход резьбы (сбеги, недорезы, проточки и фаски) стандартизованы. Кроме того, стандартизованы мет­ки (в виде прорезей) на деталях с левой резьбой.

Диаметр, условно характеризующий размер резьбы, называется номинальным; для большинства резьб в качестве номинального диаметра резьбы принимается наружный диаметр.

Классификация резьб. Классифицировать резьбы можно по мно­гим признакам: по форме профиля (треугольная, трапецеидальная, упор­ная, прямоугольная, круглая и др.); по форме поверхности (цилиндрическая, коническая); по расположению (наружная, внутренняя); по числу заходов (однозаходная, многозаходная); по направлению заходов (пра­вая, левая); по величине шага (с крупным, с мелким); по эксплуатацион­ному назначению (крепежная, крепежно-уплотнительная, ходовая, спе­циальная).

Крепежные резьбы (метрическая, дюймовая) предназначены для скреп­ления деталей; крепежно-уплотнительные (трубные, конические) приме­няют в соединениях, требующих не только прочности, но и герметичнос­ти; ходовые резьбы (трапецеидальная, упорная, прямоугольная) служат для передачи движения и применяются в передачах винт—гайка, которые будут рассматриваться позже; специальные резьбы (круглая, оку­лярная, часовая и др.) имеют специальное назначение. Большинство применяемых в нашей стране резьб стандартизовано.

Мы будем в основном рассматривать конструкцию и расчет деталей и соединений с крепежной резьбой, имеющей в маши­ностроении наиболее широкое применение, а также ознакомимся со стандартами на ходовые резьбы.

Метрическая резьба. Форма и размеры профиля этой резьбы, диаметры и шаги, основные размеры регламентированы стандарта­ми. Кроме того, стандартизованы резьба метрическая для приборостроения, резьба метрическая коническая, резьба метрическая на деталях из пластмасс (не указанные номера стандартов и срок их действия легко установить по «Указателю стандартов», переиздаваемому ежегодно).

Метрическая резьба имеет исходный профиль в виде равностороннего треугольника с высотой H, вершины профиля среза­ны, как показано на рисунке, а впадины притуплены, что необходимо для уменьшения концентрации напряжений и по технологическим соображениям (для увеличения стойкости резьбонарезного и резьбонакатного инструмента). Форма впадины резьбы болта может быть закругленной или плоскосрезанной. В резьбе предусмотрен радиальный зазор, который делает ее негерметичной.

По стандарту метрические резьбы делятся на резьбы с крупным и мелким шагом. При одном и том же номинальном диаметре метрическая резьба может иметь один крупный и пять мелких шагов, например, при номинальном диаметре 20 мм метрическая резьба имеет крупный шаг, равный 2,5 мм, и пять мелких шагов, равных 2; 1,5; 1; 0,75; 0,5 мм. Резьбы с мелким шагом имеют меньшую высоту профиля и меньше ос­лабляют сечение детали; кроме того, эти резьбы имеют меньшие углы подъема резьбы и обладают повышенным самоторможением. Поэтому резьбы с мелким шагом применяют для соединения мелких тонкостен­ных деталей и при действии динамических нагрузок.

В машиностроении основное применение находит метрическая резь­ба с крупным шагом как более прочная и менее чувствительная к ошибкам изготовления и износу. Крепежные резьбовые детали имеют обычно правую однозаходную резьбу; левая резьба при­меняется редко.

 Расчет крепежных резьбовых соединении

Основным критерием работоспособности крепежных резьбовых со­единений является прочность. Стандартные крепежные детали сконст­руированы равнопрочными по следующим параметрам: по напряжениям среза и смятия в резьбе, напряжениям растяжения в нарезанной ча­сти стержня и месте перехода стержня в головку. Поэтому для стан­дартных крепежных деталей в качестве главного критерия работоспо­собности принята прочность стержня на растяжение, и по ней ведут расчет болтов, винтов и шпилек. Расчет резьбы на прочность выполня­ют в качестве проверочного лишь для нестандартных деталей.

Расчет резьбы. Как показали исследования, проведенные Н.Е.Жуковским, силы взаимодействия между витками винта и гайки распре­делены в значительной степени неравномерно, однако действительный характер распределения нагрузки по виткам зависит от многих факто­ров, трудно поддающихся учету (неточности изготовления, степени износа резьбы, материала и конструкции гайки и болта и т.д.). Поэтому при расчете резьбы условно считают, что все витки нагружены одина­ково, а неточность в расчете компенсируют значением допускаемого напряжения.