Види різьби: класифікація, стандарти, технічна інформація

           Різьба - це поверхня, утворена при гвинтовому русі довільного плоского контуру по боковій поверхні циліндра або конуса.
 

        До найбільш ефективних конструктивних рішень, які підвищують опір втоми різьби, слід віднести розробку варіантів асиметричної різьби, різьби з перемінним кроком на довжині згвинчування різьбової пари і збільшення радіуса скруглення западини різьби. За умовами взаємозамінності і через технологічні труднощі практичну реалізацію у високоміцних болтах отримало тільки збільшення радіуса скруглення западини різьби.

 

       ГОСТ 9150-81 на різьби метричні передбачає виготовлення різьби болта з закругленою западиною радіусом R = (0,1 0,144) Р, де Р — крок різьби. За кордоном і в деяких галузях вітчизняної промисловості для виготовлення кріпильних виробів із високоміцних і титанових сплавів використовують різьбу по стандарту ІСО 5855, основний профіль якої для болтів представлений на рис. 1. Радіус скруглення западини різьби болта R по ІСО 5855 дорівнює (0,180 0,150) Р Подальше збільшення радіуса скруглення западини різьби не є можливим, так як призводить до зниження статичної міцності різьбового з'єднання. Розрахунки показують, що при зміні відносного радіуса западини різьби від 0, 1Р до 0,2 Р коефіцієнт концентрації напружень у робочій частині різьблення змінюється від 7,75 до 5,35.

 

       Різьба по стандарту ІСО 5855 тільки за рахунок збільшеного радіусу западини дає порівняно з метричною різьбою по ГОСТ 9150-81 фактичне збільшення малоциклової втоми на 30 і 43%, багато-циклової втоми в 1,5-5,2 і 1,3-2,7 рази відповідно для болтів з титанового сплаву ВТ16 і легованої конструкційної сталі 16ХСН. Слід мати на увазі, що збільшення радіуса скруглення западини різьби на болтах вимагало збільшення внутрішнього діаметра гайки з 0,25 М до 0,312 Н, де Н — теоретична висота профілю різьби (рис. 2).

Рис. 1. Базовий (1), максимальний (2) і мінімальний (5) профілі різьби високоміцних болтів

Рис. 2. Базовий профіль різьби високоміцних з'єднань

     Це необхідно для виключення пошкодження западини різьби болта класу точності 4h6h гайкою при нагвинчуванні, що, безумовно, неприпустимо у високоміцному різьбовому з'єднанні. Повніше використовувати конструктивні можливості збільшення опору втомі високоміцних болтів M l2 і вище дозволяє застосування гайок з різьбою неповного профілю від опорного торця (рис. 3). При цьому малоциклова втома болтів збільшується не менш ніж на 20%, межа втоми на 65-70%. Істотний вплив на опір втоми різьбових деталей надає технологія виготовлення різьби. Отримання різьби по оптимальним технічним процесам може до десятків разів збільшити циклічну довговічність, граничну амплітуду змінних напруг циклу, підвищити термічну стабільність і корозійну стійкість.

     

      Більшість дослідників відзначають збільшення опору втомі накатаній різьби по порівнянні зі шліфованої і нарізаної. Цьому сприяє безперервна розташування волокон металу паралельно профілю різьби, зміцнюючі її (рис. 4). Наприклад, при переході від нарізування до накачуванню різьби на болтах Мб з титанового сплаву ВТ16 зростає мінімальне значення малоциклової втоми з 2600 до 6800 циклів, а межа втоми збільшується в 2 рази. Вплив технології виготовлення проявляється через ряд факторів якості поверхневого шару різьби, серед яких стискаючі залишкові напруги, їх розподіл у поверхневому шарі западини різьби відіграють першорядну роль. Їх роль особливо велика при накочувані різьби, зміцнення поверхневим пластичним деформуванням і хіміко-термічними методами.

Рис. 3. Гайка для високоміцних болтів

Рис. 4. Розташування волокон металу накатаної різьби

     

       Відомо, що термічна обробка болтів з накочуваною різьбою знижує їх циклічну довговічність до рівня болтів з нарізаною різьбою. Зміцнений поверхневий шар втрачає свої переваги, так як при нагріванні відбувається зняття стискаючих залишкових напружень у ньому, а при загартуванні можливо поява в поверхневих шарах розтягуючих напружень через нерівномірність охолодження. При цьому відбуваються фазові перетворення, які розподіляються нерівномірно по перерізу, що різко знижує опір втоми. Таким чином, для отримання максимального опору втоми болтів по різьбі накочення різьби повинно здійснюватися після повної термообробки болтів. Для легованої сталі 16ХСН це дає збільшення циклічної довговічності в 5 разів, межі втоми в 1,6 рази; для корозійно-стійкої сталі 03Х11Н10М2Т-ІЛ збільшення циклічної довговічності в 1,76 рази, межі витривалості в 1,22 рази; для жароміцних сталей 13Х11Н2В2МФ-Ши 10X11H23T3MP збільшення циклічної довговічності в 4 і 2,5 рази, межі витривалості в 1,6 і 1,34 рази відповідно.

 

     Створення в западині різьбистискаючих залишкових напруг може бути реалізовано не тільки накочуванням або обкатуванням різьби, але і іншими методами ППД. Циклічна довговічність і межа витривалості підвищуються після зміцнення різьби мікрошариками. Цей вид зміцнення створює стабільні залишкові напруги стиску при малій мірі і невеликій глибині наклепанного шару. Обдування мікрошариками може стати незамінним способом зміцнення різьби при виготовленні болтів з високоміцних сталей σв = 1850 МПа і вище, таких як 03Н18К9М5Т-ЕЛ та інші, коли накочення різьби після зміцнюючої термічної обробки ускладнюється через малу стійкость різьбо-утворюючого інструменту.

    

      Суттєво впливає на опір втоми різьби хіміко-термічна обробка і стан покриття. Азотування, цементація, анодне оксидування призводять до появи в поверхневих шарах різьби стискаючих залишкових напруг, що підвищує опір втоми болтів. Причому цей ефект може досить широко змінюватися в залежності від режимів обробки, вихідного стану поверхні і т. д.

КЛАСИФІКАЦІЯ РІЗЬБ

Всі різьби можна поділити на наступні групи:

1) за формою – циліндричні, у яких вершини профілю лежать на циліндричній поверхні, і конічні, у яких вершини профілю лежать на конічній поверхні;

2) по розташуванню – зовнішня різьба, розташована на зовнішній поверхні деталі (гвинт, труба і т. д.) і внутрішня—розташована на внутрішній поверхні деталі (гайка, муфта);

3) за формою профілю – трикутна, трапецеїдальна, стійка, кругла;

4) за кількістю заходів – однозахідна і багатозахідна;

5) за напрямом нарізки – права і ліва;

6) по розмірності – метрична і дюймова;

7) за призначенням – загального та спеціального призначення.

ОСНОВНІ СТАНДАРТИ РІЗЬБИ

SAE - (Society of Automotive Engineers) – американський стандарт, дюймова різьба (60°);

JIC - (Joint Industrial Counsil) - американський стандарт, дюймова різьба (60°);

JIS - (Japanese Industrial Standard) - японський стандарт;

DIN - (Deutsche Institut fur Normung) - німецький стандарт, метрична різьба (60º);

BSP - (British Standard Pipe) - англійський стандарт;

BSPT - трубна конічна (Tapered) різьба (55°);

BSPP - трубна циліндрична (Parallel) різьба (55°);

BSW - ( British Standard Whitworth) - англійський стандарт, циліндрична різьба Витворта (55°);

UN - (Unified thread) - американський стандарт (60°);

UNF- дрібна (Fine) дюймова різьба;

UNC - велика (Coarse) дюймова різьба;

UNS - спеціальна (special) різьблення;

NPT - (National Pipe Tapered) - американський стандарт (60°);

NPTF - трубна конічна різьба для палива (fuel);

NPSM - трубна циліндрична ( Straight Mechanikal) різьблення;

SF - (Straight Flange) - пряме фланцеве з'єднання ORFS – фланцеве з'єднання з ущільнювальним Про-Ring;

ГОСТ 9150-81 - метрична різьба (60°) - аналог ISO;

ГОСТ 25229-82 - конічна різьба метрична (60°);

ГОСТ 6111-52 - конічна дюймова різьба (60°) - аналог NPTF;

ГОСТ 6357-81 - трубна циліндрична різьба (55°) - аналог BSPP;

ГОСТ 6211-81 - трубна конічна різьба (55°) – аналог BSPT;

ГОСТ 633-80 - труби гладкі, високогерметичні і з висадженими; назовні кінцями, та муфти до них (NKT).