8 Контроль и измерение резьбы

 

Резьбой называется поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура по цилиндрической (цилиндриче­ская резьба) или конической (коническая резьба) поверхности.

Резьба, образованная контуром, перемещающимся в направлении от наблюдателя с вращением по часо­вой стрелке, называет­ся правой резьбой, а с вращением против ча­совой стрелки назы­вается левой резьбой. Профиль резьбы – контур сечения резьбы плоскостью, проходя­щей через ее ось (рис. 8.1).

Приборы для измерения и контроля резьб позволяют производить поэле­ментный контроль резьбы. Измерение отдельных элементов резьбы в основном производится у резьбонарезного инструмента (метчиков), резьбовых калибров (пробок), ходовых и микрометрических винтов. Взаимозаменяемость резьбовых деталей может быть практически обеспечена только в случае применения ком­плексного метода контроля предельными резьбовыми калибрами (раздел 2.2).

 

     Основные элементы (параметры) резьбы

 

Наиболее распространенной из крепежных резьб, получившей широкое применение, является метрическая резьба с зазором для диапазона диаметров от 1 до 600 мм, система допусков и посадок которой представлена в ГОСТ 16093- 2004 (ИСО 965 – 1:1998, ИСО 965 – 3:1998).

Единый номинальный профиль на все разновидности мет- – рической резьбы устанавливает ГОСТ 9150 – 2002 (ИСО 68 -1-98 )

( рис. 8.), который является общим для наружной и внутренней резьбы.

8.1Рис. 8.1  Профиль и основные параметры метрической резьбы

Основными параметрами профиля и резьбы в целом, непосредственно влияющими на прочность и свинчиваемость резьбового соединения и, таким образом, определяющими взаимозаменяемость деталей резьбового соединения, являются: (рис.1):

     -наружный диаметр болта d и гайки D; Этот диаметр является номинальным диаметром резьбового соединения;

    – внутренний диаметр болта d1 и гайки D1;

    – средний диаметр болта d2 и гайки D2;

     – шаг резьбы P (для многозаходной резьбы ход резьбы Ph= P·n, где n – число заходов);

   – угол профиля резьбы α, равный 60о.

Номинальные размеры по наружному, внутреннему и среднему диаметрам, шаг и угол профиля одинаковы для наружной резьбы (болта) и внутренней резьбы  гайки), т. е.

d = D, d2 = D2, d1= D1, Рб = Рг, αб = αг = 60о .

ГОСТ 24705 – 2004 (ИСО724:1993) устанавливает номинальные размеры диаметров резьбы. Кроме номинальных значений Р, d(D), d1(D1), d2(D2) в стандарте указан внутренний диаметр d3 болта по дну впадины (рис. 8.1). Размер d3 у резьбовых деталей не контролируется, так как определяется точностью режущего инструмента.

ГОСТ 8724-81 (ИСО 261-98) устанавливает три ряда диаметров в диапазоне от 0,25 до 600 мм и шаги от 0,075 до 6 мм. При выборе диаметров резьбы следует предпочитать первый ряд второму, а второй – третьему.

Метрическая резьба разделяется на резьбу с крупным

шагом диаметром 168 мм и резьбу с мелким шагомдиаметром 1600 мм.

У резьбы с крупным шагом каждому наружному диаметру соответствует шаг, связанный с наружным диаметром зависимостью d(D)≈6P1,3. У резьбы с мелким шагом одному наружному диаметру соответствует несколько различных шагов.

 

 Влияние погрешностей параметров резьбы на

свинчивание

 

При изготовлении резьбовых деталей неизбежны погрешности профиля резьбы и ее основных параметров, которые могут нарушить свинчиваемость и ухудшить качество резьбового соединения.

Погрешности всех трех диаметров для наружной резьбы, направленные в минус (в тело болта), и для внутренней резьбы, направленные в плюс, не будут влиять на свинчиваемость, в то время как любая погрешность шага (рис. 8.2) и угла профиля помешают свинчиванию резьбовых деталей (рис. 8.3).

 

 Влияние погрешности шага резьбы на свинчивание

резьбовых деталей

 

Погрешностью (отклонением) шага ΔР называется разность между действительным и номинальным размерами шага.

Погрешность шага состоит из местных и прогрессивных погрешностей шага. Местные погрешности возникают на шаге, а прогрессивные погрешности в шаге нарезаемой резьбы возникают пропорционально числу витков на длине свинчивания, которая в зависимости от эксплуатационных требований может быть меньше, равна или больше диаметра резьбы d.

Погреш. проф.

Рис 8.2. Диаметральная компенсация погрешности шага fp

Для определения влияния погрешности шага на свинчивание резьбовых деталей наложим на осевое сечение резьбы гайки, имеющей номинальные профиль и размеры, осевое сечение резьбы болта, у которого на длине свинчивания ℓ шаг уменьшен на ΔРn (рис. 8.2). При равенстве средних диаметров резьбы болта и гайки ( d2 = D2 ) свинчивание не будет происходить по причине перекрытия сторон профилей болта и гайки. Свинчивание резьбовых деталей, имеющих погрешность шага резьбы ΔРn , окажется возможным при наличии диаметральной компенсации погрешности шага fp по среднему диаметру, полученной в результате уменьшения среднего диаметра резьбы болта или увеличения среднего диаметра резьбы гайки. При уменьшении среднего диаметра резьбы болта на fp профиль его резьбы сместится к оси в верхней части резьбы на 0,5fp и в нижней части резьбы также на 0,5fp (на рис. 8.2 не показано). Наложение профилей болта и гайки будет устранено, т.е. свинчивание станет возможным. Новое положение профиля резьбы болта показано штриховой линией.

Для метрической резьбы с симметричным профилем диаметральная компенсация погрешности шага

fp = 1,732 ΔРn, мкм,

где ΔPn – абсолютное значение погрешности шага на длине свинчивания, мкм.

 

.   Влияние погрешности угла профиля резьбы на

свинчивание резьбовых деталей

 

При анализе погрешностей угла профиля резьбы обычно измеряют не весь угол α, а половину угла профиля α/2, что позволяет оценивать не только угол α, но и перекос резьбы.

Погрешностью (отклонением) половины угла профиля резьбы Δ α/2 болта или гайки (для резьбы с симметричным профилем) называется разность между действительным и номинальным значениями α/2.

 

Погреш. профиля

Рис. 8.3. Диаметральная компенсация погрешности угла профиля

Погрешность Δ α/2 при симметричном профиле резьбы определяют как среднее арифметическое абсолютных значений погрешностей обеих половин угла профиля Δ α/2=(|Δ α/2|пр +|Δ α/2|лев) /2.

Для определения влияния погрешности угла профиля на свинчивание резьбовых деталей наложим на осевое сечение резьбы гайки, имеющей номинальные профиль и размеры, осевое сечение болта, имеющего погрешность половины угла профиля

Δ α/2 (рис. 8.3).

При равенстве средних диаметров резьбы болта и гайки (d2=D2) свинчивание этих деталей невозможно вследствие перекрытия профилей резьбы.

Свинчивание резьбовых деталей, имеющих погрешность Δ α/2,

так же как и имеющих погрешность шага, возможно только при наличии диаметральной компенсации fα этой погрешности по среднему диаметру резьбы, которая может быть осуществлена

или за счет уменьшения среднего диаметра резьбы болта,

fα /2 9 или увеличения среднего диаметра резьбы гайки.

Для метрической резьбы с симметричным профилем диаметральная компенсация погрешности угла профиля резьбы

fα = 0,36·Р · Δ α/2 , мкм,

где Р – шаг резьбы, мм; Δ α/2 – среднее абсолютных значений погрешностей обеих половин угла профиля, мин.

 

Суммарный допуск среднего диаметра резьбы

 

Учитывая взаимосвязь между погрешностями шага и угла профиля резьбы со средним диаметром, нет необходимости устанавливать допуски на них в отдельности для рассматриваемых крепежных метрических резьб. Исключением могут быть лишь резьбы резьбонарезных инструментов и резьбовых калибров; резьбы, которые предназначены для посадок с натягом; резьбы для микрометрических винтов в измерительных приборах и в некоторых других обоснованных случаях.

В общем случае устанавливают суммарный допуск на средний диаметр, включающий допускаемую погрешность изготовления собственно среднего диаметра Δd2 (ΔD2) и

диаметральные компенсации шага fp и угла профиля fα   резьбы:

  • для наружной резьбы (болта) Td2 = Δd2 + fp+ fα ,
  • для внутренней резьбы (гайки) TD2 = ΔD2 + fp +fα .

Распределение отдельных составляющих внутри суммарного допуска при изготовлении резьбы может колебаться в широком диапазоне и ничем не ограничивается.

 

 Приведенный средний диаметр резьбы

 

Приведенный средний диаметр резьбы (d2пр, D2пр) – это средний диаметр условной идеальной резьбы, которая смогла бы свернуться с реальной резьбовой поверхностью при всех погрешностях ее параметров.

Приведенный средний диаметр является виртуальным, его

невозможно измерить непосредственно, его можно проконтроли- ровать, т.е. узнать находится ли он в допускаемых пределах, которые устанавливаются стандартом.

В основу приведенного среднего диаметра берется действи- тельный размер собственно среднего диаметра (d2изм, D2изм), увеличенный для наружной резьбы (болта) и уменьшенный для внутренней резьбы (гайки) на диаметральные компенсации погреш- ностей шага и угла профиля:

  • d2пр =d2изм+(fp+fα);
  • D2пр =D2изм –(fp +fα).

Для наружной резьбы к d2изм добавляется сумма (fp+fα), поскольку погрешности шага и угла профиля в резьбе мешают свинчиванию и фактически увеличивают средний диаметр наружной резьбы (болта).

Для внутренней резьбы из D2изм вычитается сумма ( fp+fα), поскольку погрешности шага и угла профиля в резьбе также мешают свинчиванию и фактически уменьшают средний диаметр внутренней резьбы (гайки).

Резьбовые детали считаются годными по среднему диаметру, если обеспечиваются следующие соотношения :

  • для наружной резьбы (болта) ─

 d2min d2изм , d2пр d2max;

  • для внутренней резьбы (гайки) ─

 D2max D2изм , D2пр D2min.

 

Для контроля точности цилиндрических резьб при­меняют комплексный и дифференцированный (поэлементный) методы.

Комплексный метол контроля  основан на одновременном контроле среднего диаметра, шага, половины угла профиля, а также внутреннего и наружного диаметров резьбы путем сравнения

действительного контура резьбовой детали с пре- дельными размерами, согласно чертежу. Для контроля большинства резьб используют предельные калибры (раздел 2.2), а для контроля резьб малых размеров — проекторы.

При дифференцированном методе контроля отдельно проверяют средний диаметр, шаг и половину угла профиля. Годность резьбового изделия в этом случае определяют по приведенному среднему диаметру резьбы, который подсчитывают по результатам измерений отдельных его составляющих. При дифференцированном методе  можно измерить любой элемент резьбы. Приборы для измерения всех элементов резьбы называют универсальными. Сущест­вуют и специальные приборы для измерения только одного элемента резьбы. Обычно это очень простые индикаторные ручные приборы не высокой точности.

В производственных условиях  применяют  комплексный метод контроля резьбовыми калибрами как самый производительный и точный.

Контроль резьбы калибрами.

В комплект для контроля цилиндрических резьб входят рабочие проходные (ПР) и непроходные (НЕ) предельные калибры, а также  контрольные калибры (контркалибры), которые  применяют для проверки  и регулировки (установки) размеров рабочих калибров- колец или скоб.

Проходные резьбовы;; калибры должны свинчиваться с проверяемой резьбой.

Свинчиваемость калибра с гайкой означает, что приведенный средний и наружный диаметры резьбы гайки не выходят за установленные наименьшие

предельные размеры. Свинчиваемость калибра с болтом свидетельствует о том, что приведенный средний и внутренний диаметры резьбы болта не выходят за установленные наибольшие предельные размеры.

Непроходные резьбовые калибры проверяют только средний диаметр резьбы. Эти калибры не должны свинчиваться с проверяемой резьбой, а наворачиваться только на перьые два витка у болта и гайки.

Для проверки наружного диаметра болта используют предельные гладкие скобы, а для проверки внутреннего диаметра гаек — предельные гладкие пробки.

Наружную резьбу (болтов) проверяют резьбовыми скобами или резьбогымн кольцами; внутреннюю резьбу (гаек) — резьбовыми пробками.

На резьбовые пробки (ГОСТ 18107—72) установлены допуски на все параметры резьбы, поэтому контркалибров для них не изготовляют, а резьбу

калибров-пробок контролируют универсальными измерительными средствами.

Жесткие кольца (ПР и НЕ) проверяют соответственно проходной контрольной пробкой и непроходной пробкой: первые должны свинчиваться, вторые — нет.

 

 

1 Ковалев М.К.  Нарезание и контроль резьбы бурильных труб и замков.  М. Недра 1965 г. 172

 

2 Бурмистров Е.В. Измерение параметров резьбы. Самара, 2004