Рубрика: Резьба и резьбонарезной инструмент
Метрическая резьба — самая распространённая крепёжная резьба в отечественном и европейском машиностроении. Ею соединяют болты, винты, шпильки и гайки, она встречается на корпусах, валах, приборах и инструменте. Чтобы правильно назначить резьбу на чертеже, подобрать инструмент и проверить готовую деталь, нужно понимать её профиль, ряды диаметров и шагов, систему допусков и правила обозначения. Всё это мы разберём в данной статье.
Метрическая резьба имеет треугольный профиль с углом при вершине 60 градусов. Основные параметры профиля задаются ГОСТ 9150, а значения диаметров и шагов — ГОСТ 8724 и ГОСТ 24705.
Профиль строится на основе равностороннего исходного треугольника высотой H = 0,866P, где P — шаг резьбы. Вершины треугольника срезаны: у наружной резьбы впадина срезана на H/4, у внутренней — на H/8. Это делает профиль прочнее и защищает витки от смятия.
Рабочая высота профиля, то есть высота контакта витков болта и гайки, составляет 5/8 H, или примерно 0,541P. Именно эта величина определяет несущую способность соединения на смятие. Полная высота профиля наружной резьбы — около 0,613P.
Для повышения усталостной прочности впадины наружной резьбы могут выполняться с закруглением. Это особенно важно для болтов и шпилек, работающих при переменных нагрузках, где острые впадины становятся концентраторами напряжений и источником трещин.
У каждой резьбы различают три диаметра, и путаница между ними — частая причина ошибок при изготовлении и контроле.
Средний диаметр вычисляется как d2 = d − 0,6495P, внутренний — d1 = d − 1,0825P. Например, для M12 с шагом 1,75 средний диаметр равен примерно 10,863 мм, внутренний — 10,106 мм. Эти значения необходимы при расчётах на прочность, при выборе калибров и при наладке резьбообрабатывающего инструмента.
Для каждого номинального диаметра стандарт предусматривает один крупный шаг и несколько мелких.
Это основной шаг для крепёжных деталей общего назначения. Крупная резьба быстрее заворачивается, менее чувствительна к загрязнению и забоинам, проще в изготовлении и контроле. В обозначении крупный шаг не указывают: запись M12 означает резьбу диаметром 12 мм с крупным шагом 1,75 мм.
Мелкая резьба применяется там, где важно:
Мелкий шаг указывают в обозначении обязательно: M12×1,25 или M12×1,5.
Номинальные диаметры разделены на три ряда предпочтительности. Первый ряд — M3, M4, M5, M6, M8, M10, M12, M16, M20, M24 и далее — следует применять в первую очередь. Второй ряд — M14, M18, M22 и т.д. — используют при необходимости, третий ряд — только в обоснованных случаях. Это упрощает унификацию крепежа и инструмента.
Ниже — наиболее ходовые размеры метрической резьбы с крупным шагом и рекомендуемыми диаметрами сверл под внутреннюю резьбу.
| Резьба | Крупный шаг, мм | Распространённые мелкие шаги, мм | Средний диаметр, мм | Сверло под резьбу, мм |
|---|---|---|---|---|
| M4 | 0,7 | 0,5 | 3,545 | 3,3 |
| M5 | 0,8 | 0,5 | 4,480 | 4,2 |
| M6 | 1,0 | 0,75 | 5,350 | 5,0 |
| M8 | 1,25 | 1,0 | 7,188 | 6,8 |
| M10 | 1,5 | 1,25; 1,0 | 9,026 | 8,5 |
| M12 | 1,75 | 1,5; 1,25 | 10,863 | 10,2 |
| M16 | 2,0 | 1,5 | 14,701 | 14,0 |
| M20 | 2,5 | 2,0; 1,5 | 18,376 | 17,5 |
| M24 | 3,0 | 2,0 | 22,051 | 21,0 |
Для мелкой резьбы диаметр сверла под режущий метчик ориентировочно равен номинальному диаметру минус шаг: под M12×1,5 сверлят 10,5 мм.
Допуски метрической резьбы установлены ГОСТ 16093. Поле допуска обозначается цифрой степени точности и буквой основного отклонения.
Для среднего диаметра болтов используют степени от 3 до 9, для гаек — от 4 до 8. Чем меньше цифра, тем точнее резьба. Степень 6 считается нормальной и применяется в большинстве крепёжных соединений.
Для наружной резьбы — буквы h, g, f, e, d: h даёт нулевое верхнее отклонение, остальные — гарантированный зазор, увеличивающийся от g к d. Для внутренней резьбы — буквы H и G. Зазор нужен для свободного свинчивания, нанесения покрытий и компенсации температурных деформаций.
Сочетания полей допусков объединены в три класса: точный, средний и грубый. Средний класс с полями 6H/6g — стандартный выбор для крепежа. Точный класс применяют для ответственных соединений с жёсткими требованиями к центрированию, грубый — для деталей из горячекатаного проката и резьб в глубоких отверстиях.
Правила обозначения закреплены стандартами ЕСКД. Полное обозначение включает несколько элементов, которые записываются в определённом порядке.
Для многозаходной метрической резьбы указывают ход и шаг: M16×Ph3P1,5 — ход 3 мм, шаг 1,5 мм, резьба двухзаходная. Такая резьба встречается редко, но применяется в механизмах, где нужно быстрое осевое перемещение при одном обороте.
нарезание плашками и метчиками, точение резцом, резьбофрезерование, накатка, вихревое нарезание, шлифование резьбы
Для крепежа массового производства наиболее эффективна накатка — она даёт прочную резьбу с непрерывным волокном и высокую производительность. В серийной механообработке внутреннюю резьбу нарезают машинными метчиками, наружную — резцами на токарных станках или плашками. На станках с ЧПУ всё чаще применяют резьбофрезерование, особенно для крупных диаметров и дорогих деталей. Шлифование резьбы используют для калибров, ходовых винтов и инструмента высокой точности.
При проектировании необходимо предусмотреть сбег или проточку для выхода инструмента, а также фаски на входе резьбы. Их размеры зависят от шага и установлены ГОСТ 10549. Отсутствие проточки у резьбы, доходящей до буртика, — частая конструкторская ошибка, которая не позволяет получить полный профиль у упора.
Качество резьбы проверяют комплексно и поэлементно.
Наружную резьбу проверяют резьбовыми кольцами, внутреннюю — резьбовыми пробками. Проходной калибр должен навинчиваться на всю длину свинчивания, непроходной — не более чем на два оборота. Это самый быстрый и надёжный способ контроля в производстве.
Поэлементный контроль нужен при изготовлении инструмента и калибров, при отладке технологии и при разборе причин брака.
Параметры резьбы определяют не только собираемость, но и несущую способность соединения. Конструктору важно правильно выбрать длину свинчивания и глубину резьбового отверстия.
Стандарт выделяет три группы длин свинчивания: короткие S, нормальные N и длинные L. Поля допусков в таблицах приводятся для нормальной длины. При длинном свинчивании накопленная погрешность шага сильнее влияет на собираемость, поэтому допуск среднего диаметра назначают грубее, при коротком — точнее. Если длина свинчивания отличается от нормальной, её указывают в обозначении.
Чтобы резьба в корпусной детали не сорвалась раньше разрушения болта, глубину ввинчивания выбирают в зависимости от материала:
Глубина сверления глухого отверстия должна превышать глубину резьбы на длину заборной части метчика и запас под стружку — обычно на три-пять шагов.
В стандартной гайке нагрузка распределяется по виткам неравномерно: первый рабочий виток воспринимает до трети всей осевой силы. Поэтому бесконечное увеличение высоты гайки не даёт пропорционального роста прочности. Для выравнивания нагрузки применяют гайки из менее жёсткого материала, специальные формы гаек и резьбу с закруглёнными впадинами.
Можно измерить штангенциркулем длину, на которой укладывается десять витков, и разделить её на десять. Метод грубый, но позволяет отличить крупный шаг от мелкого. Для точного определения нужен резьбомер.
Нет. При одинаковом диаметре шаги разные, и детали не свинтятся. Это разные резьбы, и в обозначении мелкого шага его нужно указывать всегда.
Это посадка резьбового соединения: внутренняя резьба гайки выполнена в поле допуска 6H, наружная резьба болта — в поле 6g. Сочетание даёт небольшой гарантированный зазор и считается стандартным для крепежа.
Метрическая резьба — хорошо стандартизированная система с ясными правилами: профиль 60 градусов, три характерных диаметра, крупный и мелкий шаги, поля допусков с цифрой степени точности и буквой отклонения. Грамотное обозначение на чертеже, учёт покрытий, правильный выбор отверстия под резьбу и метода её получения позволяют избежать большинства проблем при изготовлении и сборке. Если требуется изготовить детали с метрической резьбой или специальный резьбонарезной инструмент, можно ознакомиться с разделом плашек или направить чертёж на расчёт.
