Калибры для резьбовых сопряжений

Основным требованием, которое должно быть предъявлено к про­верке резьб, является обеспечение свинчиваемости болта и гайки. Условием обеспечения свинчиваемости служит ограничение контура резьбы определенным пределом, за который он не должен выходить.

Повышение требований к резьбовым соединениям определило применение предельных комплексных резьбовых калибров, которые на основе проверки приведенного среднего диаметра, включающего в себя составляющие отклонений по шагу и углу профиля, обеспе­чивают получение предельных контуров резьбы сопрягаемых деталей. Проходной калибр имеет полный профиль резьбы и осуществляет контроль по всему ее контуру.

Профиль резьбы непроходного калибра делают неполным, так как назначение этого калибра — отбраковы­вать детали с заниженным размером по среднему диаметру резьбы. Расчет рабочих размеров резьбовых калибров полностью регламен­тирован государственными стандартами и широко освещен в имею­щейся литературе.

Основное внимание в данной работе будет обращено на рассмотре­ние конструкций калибров, предназначенных для контроля резьбовых сопряжений.

Контроль резьбовых отверстий производят калибрами-пробками, конструкция и основные размеры которых определены ГОСТ 1774-42.

Для контроля резьб от 1 до 100 мм применяют пробки со вставками сконусным хвостом. Однако для проверки резьб, имеющих диаметр больше 50 мм, удобнее применять пробки с насадками.

Проходные пробки имеют резьбу полного профиля, непроход­ные укороченного профиля (с уменьшенной высотой профиля и числом витков от 2 до З¹/₂) с цилиндрической направляющей частью. По стандарту предусматривается не только передняя направляющая часть, но и задняя. Однако опыт работы показал отсутствие необхо­димости в задней направляющей.

Важным конструктивным дополнением является введение грязе­вых канавок на проходных резьбовых пробках. Рекомендуемые ведомственной нормалью автомобильной и тракторной промышлен­ности размеры грязевых канавок приведены в табл. 13.

Для измерения наружных резьб применяют резьбовые кольца, проходные и непроходные, или резьбовые скобы. Для проверки резьб до 6 мм, а также резьб 1-го класса, плотных и тугих, сле­дует рекомендовать применять только нерегулируемые кольца (ГОСТ 1774-42).

Для проверки наружных резьб 2-го и 3-го классов точности со средним диаметром свыше 6 мм следует применять регулируемые резьбовые кольца по ГОСТ 1985-43, преимуществом которых является значительно больший срок службы, обеспечиваемый возможностью повторного регулирования при износе. Конструкция узла регулиро­вания определяет надежное запирание замка и тем самым гаран­тирует неизменность установленных размеров инструмента. Однако конструкция узла регулирования резьбовых колец по ГОСТ 1985-43 не является единственной.

Заслуживает внимания конструкция, приведенная на фиг. 98. Размер в данном случае устанавливают при помощи двух регулиро­вочных винтов 1 и 2 через штифт 3. После регулирования кольцо стягивается винтом 4.

Наиболее правильным методом проверки наружных резьб яв­ляется проверка проходным резьбовым кольцом и непроходной одноштифтовой скобой (фиг. 99).

Одноштифтовая непроходная скоба проверяет только наименьший средний диаметр, исключая влияние ошибок других элементов, и тем самым позволяет более точно ограничить размеры проверяемой резьбы.

Конструкция регулирования положения измерительных наконечников у этих скоб и их закрепления подобны аналогичной конструкции регулируемых скоб для проверки валов.

Метод контроля резьбы на свинчивание с проходным калибром удовлетворяет основному требованию контроля — комплексной про­верке в условиях, приближающихся к эксплуатации.

Однако вместе с этим метод проверки резьб на свинчивание отличается большой трудоемкостью.

Навинчивание калибра на всю длину резьбы прерывистым дви­жением пальцев и последующее его свинчивание отнимают много времени и утомляют контролера.

Наряду с проверкой резьбы калибрами-кольцами на практике широко применяют проверку резьбовыми скобами.

Метод контроля резьбы при помощи резьбовых скоб отличается от проверки на свинчивание тем, что проверку резьбы производят только в одном сечении. В тех случаях, когда технологический процесс гарантирует. Цилиндричность резьбы, измерение в одном сечении вполне может заменить проверку на свинчивание.

В тех же случаях, когда технологический процесс не гарантирует правильной цилиндрической формы, как, например, при накатывании резьбы! плоскими плашками, при отливке ее под давлением и т. д. рекомендовать измерение в одном сечении нельзя, и единственно надежным методом контроля остается только проверка резьбовыми кольцами.

Стандарт ГОСТ 3841-47 предусматривает применение двух типов резьбовых скоб — закрытых типа А (фиг. 100, а) и открытых типа Б (фиг. 100, б).

Скобы типа Б имеют меньшую жесткость и предназначаются, преимущественно для проверки резьб, нарезанных до упора.

Крепление роликов в корпусе производится на эксцентриковых осях.

Поворачивая эксцентрик, можно сблизить или раздвинуть ролики и установить их по соответствующим контрольным калибрам на требуемый размер. Первую пару роликов устанавливают на проход­ной размер, вторую — на непроходной. Установку производят по обычным резьбовым контркалибрам У-ПР и У-НЕ. После уста­новки при помощи болта и гайки фиксируют отрегулированное положение роликов. Нарезку на роликах выполняют в виде кольце­вых витков. У непроходных роликов профиль витка выполняют укороченным, подобно профилю у непроходной резьбовой пробки, а число витков равняется на одном ролике двум, на противополож­ном— одному.

Из технологических соображений витки на проходных роликах иногда делают через шаг.

Свободным вращением роликов на оси достигают соприкосновения их с' резьбой проверяемой детали в разных сечениях, что намного уменьшает износ профиля ролика.

Кроме роликовых резьбовых скоб, иногда применяют скобы с резьбовыми гребенками, положение которых регу­лируют также по контрольному ка­либру.

Гребенчатая резьбовая скоба, при­веденная на фиг. 101, интересна тем, что выполнена как одноштифтовая; это, непроходная ее часть разумеется, не является обязательным, хотя и имеет, как уже указывалось, свои до­стоинства. Гребенчатые резьбовые скобы применяют сравнительно мало, поскольку они значительно сложнее в изготовлении, чем роликовые, и обладают меньшей износоустойчивостью.

Резьбовые скобы имеют перед кольцами два больших преиму­щества. Первое заключается в быстром замере; процесс измерения приблизительно в десять раз быстрее, чем при проверке кольцами. Второе — возможность применения резьбовых скоб для контроля деталей непосредственно на станках, что исключено при резьбовых кольцах. Это особенно важно при фрезеровании резьбы на резьбо-фрезерных станках.

Для установки и проверки в эксплуатации регулируемых резьбовых колец и скоб служат контркалибры: У-ПР, К-И, ВН-ПР, У-НЕ, ВН-НЕ.

Для проверки нерегулируемых резьбовых колец следует еще предусматривать контркалибры К-ПР и К-НЕ.

Метод измерения резьбы роликами начинает находить приме­нение и при проверке внутренних резьб.

На фиг. 102 изображен роликовый резьбовой калибр, приме­няемый на заводах Siemens Schuckertwerken А. G. для измерения внутренних резьб диаметром от 160 до 500 мм и с шагом 2 мм и больше.

На одном конце корпуса калибра 1 укреплен ролик 2, имеющий полный профиль резьбы. На втором конце смонтирована качающаяся державка 3 с двумя роликами — проходным 4 и непроходным 5. Непроходной ролик имеет неполный профиль резьбы.

При проверке калибр благодаря упору 6 устанавливается по диаметру отверстия, после чего последовательно производится проверка наибольшего и наименьшего размеров резьбы.

При. установке роликов на требуемый размер положение державки фиксируется при помощи шпильки 7.

Особой областью проверки наружных резьб является контроль резьб с антикоррозионным металлопокрытием. Для покрытия резьбы чаще всего применяют хром и цинк; толщина хромового слоя-покрытия 0,025 мм, цинкового — 0,013 мм. Практика работы по­казала, что важнейшим условием получения полноценных резьб при изготовлении их накат­кой с последующим по­крытием является стро­гий контроль опера­ционных размеров, т. е. размеров под металлопокрытие.

В первую очередь следует контролировать размер по диаметру, стержня, на котором затем накатывают резьбу. Размер этого диа­метра меньше размера наружного диаметра резьбы, так как при нака­тывании происходит выдавливание металла.

Исходя из практических данных, установлены диаметры заготовок, соответствующие каждому размеру резьбы (табл. 14), для проверки которых цех должен иметь предельные скобы обычной конструкции.

Поскольку металлопокрытие влечет за собой изменение размеров резьб, накатку резьбы под покрытие следует производить тоже с предварительным, уменьшенным размером по среднему диаметру. Величину необходимого занижения по среднему диаметру резьбы можно легко подсчитать. Слой покрытия а (фиг. 103) вызывает смещение по среднему диаметру на размер А.

При метрической резьбе угол резьбы равен 60°, следовательно, А = 2а. При пересчете на диаметр резьбы эта величина должна быть еще удвоена, и, таким образом, величина занижения по сред­нему диаметру равняется учетверенной величине слоя покрытия.

Поэтому предварительные резьбовые кольца как проходные, так и непроходные, делают со средним диаметром, уменьшенным против номинального на учетверенную величину слоя покрытия.

Контроль величины наращения слоя металла при установлен­ном технологическом режиме производят по времени процесса металлопокрытия.

Окончательно резьбу проверяют вновь резьбовыми калибрами, имеющими окончательные чертежные размеры.

Введение операционного контроля резьбы, разумеется, услож­няет производство и значительно увеличивает номенклатуру измери­тельного инструмента. Поэтому в настоящее время ведутся работы, имеющие целью изыскание такого технологического процесса, при котором изменение резьбы будет наименьшим и не потребуется изготовления специальных предварительных калибров.

Но пока этот процесс еще не разработан, применение операцион­ных резьбовых калибров является обязательным.

Схема расположения полей допусков среднего диаметра калибров .для крепежных резьб определена ГОСТ 1623-46. Тем же стандартом определены допуски калибров на резьбы наиболее часто встречаю­щихся размеров (до 200 мм).

Измерительные детали резьбовых калибров рекомендуется изго­товлять из стали марок У10А, X и ХГ, термически обработанных до твердости R_с = 56…64.

Качество отделки измерительных поверхностей резьбовых калиб­ров должно соответствовать 10-му классу, а контрольных калибров-пробок — 11-му классу.

Как было сказано выше, операция проверки резьбы путем ее свинчивания с проходным резьбовым калибром отличается значительной трудоемкостью.

Для того чтобы проверить резьбу, необходимо сделать калибром столько оборотов для его завинчивания, сколько ниток имеет проверяемая резьба по всей ее длине, и столько же оборотов нужно сделать для вывинчивания калибра.

При современных высокопроизводительных методах изготовления (как, например, накатка) ручной контроль может потребовать большей затраты времени, чем это требуется для изго­товления. Кроме того, навертывание проходного калибра вручную является тяжелой и утомительной операцией.

Для механизации процесса навертывания проходного калибра предложен ряд приспособлений и механизмов. Примером простей­шего ручного приспособления, применяемого для этой цели, может
служить редуктор, состоящий из зубчатых колес (фиг. 104). Вращая рукоятку, можно получить число оборотов калибра увеличенным в несколько раз. Несмотря на свою простоту, такое приспособление дает известное увеличение производительности труда и облегчает работу контролеров.

Недостатком подобных приспособлений является малое число оборотов шпинделя и утомительность работы, вызванная необхо­димостью вращать шпиндель вручную.

Более удобны приспособления, в которых ручной привод заменен механическим. Основной конструктивной сложностью здесь яв­ляется обеспечение быстрого изменения направления вращения шпин­деля после окончания навинчивания калибра.

Существует конструкция приспособления, в котором изменение направления вращения производится путем осевого перемещения шпинделя. Такое приспособление (фиг. 105) представляет собой большой фрикционный диск 1, закрепленный на шпинделе 2. Диск расположен между двумя фрикционными роликами 3 и 4. Вращение шпинделя в требуемом направлении ввинчивания или вывинчивания калибра 5 зависит от направления усилия, прилагаемого к детали и сцепляющего диск с тем или другим роликом.

Фрикционные ролики соединены между собой ременной переда­чей и получают вращение от электродвигателя через редуктор.

Недостаток такой конструкции приспособления заключается в зна­чительном износе калибров, вызванном сравнительно большими осевыми усилиями, прикладываемыми к калибру для переключения направления вращения.

Этого недостатка не имеет электромагнитный реверсивный при­бор для контроля резьб. При легком осевом нажиме на шпиндель (200—300 г) последний несколько пере­мещается, включая электрическую цепь фрикционной муфты, и получает вращение нужного направления. При обратном осевом перемещении шпинделя включается другой контакт и калибр получает вращение противоположного направления.

Удачная конструкция фрикционного приспособления для уско­рения процесса свинчивания калибра с деталью показана на фиг. 106. В данном случае имеются два резиновых фрикционных диска, вра­щающихся в разных направлениях.

Проверяемую гайку от руки навертывают на один – два витка на проходной калибр и затем контролер прижимает ее торцом к вра­щающемуся диску. Диск увлекает гайку за собой и навертывает ее на калибр. Для того чтобы затем снять проверенную гайку с ка­либра, ее надо прижать ко второму диску, имеющему противополож­ное направление вращения. Так же поступают и для проверки наруж­ных резьб. При этом к фрикционному диску прижимается уже не деталь, а проходное резьбовое кольцо.

В последнее время внедрение статистического контроля потребо­вало применения таких методов проверки, при которых можно определить величины действительных отклонений размеров про­веряемых резьб. Для этой цели на Московском автозаводе имени Сталина были разработаны специальные контрольные приспособле­ния, в которых положе­ние подвижных резьбо­вых калибров (гребенок) фиксируется индикатором, предварительно устана­вливаемым по контроль­ному калибру У-ПР (при измерении наружной резь­бы) или по кольцу ПР (при измерении внутренней резьбы).

Раздвижные резьбовые калибры в этом приспо­соблении имеют профиль и размеры соответствую­щего проходного калибра.

Наряду с цилиндри­ческими резьбами в ма­шиностроении часто при­меняют конические резь­бы, особенно в тех слу­чаях, когда необходимо иметь плотное, непрони­цаемое для жидкостей со­единение.

Способность кониче­ской резьбы обеспечивать плотность — герметичность соединения — основана на том, что свинчивание про­исходит без зазоров как по сторонам резьбы, так и по вершинам ее.

Следовательно, основ­ным условием высокого качества соединения яв­ляется точность выполне­ния всех элементов резьбы, в противном случае не достигается герметичность, что ведет к появлению течи в соединении.

Основным средством контроля конических резьб по ГОСТ 6111-52 служат калибры: пробки для внутренней резьбы и кольца для наруж­ной. Конструкции и размеры этих калибров оговорены ГОСТ 6485-53. Условием годности резьбы является совпадение контрольного торца калибра с торцом детали. Резьба считается годной, если величина несовпадения не превышает одного витка (в обе стороны).

Определение несовпадения основной плоскости и торца в пре­делах одного витка на глаз затруднительно и нередко является при­чиной недоразумений. Поэтому представляют практический интерес резьбовые калибры для проверки конической резьбы по трем сту­пенькам.

Средняя ступенька на пробке соответствует основной плоскости, верхняя и нижняя — предельным допустимым отклонениям. Раз­меры Δl₂ (фиг. 107) между основной плоскостью и предельными ступеньками равняются шагу резьбы.

У кольца средней ступеньки основной плоскости соответствует торец с большего конца резьбы (фиг. 108). Предельные ступеньки сделаны на противоположном торце на расстоянии l₂ — Δl₂ и l₂ + Δl₂ от основной плоскости (l₂ — номинальная толщина кольца).

При изготовлении пробки и кольца их припассовывают одно к другому по основной плоскости.

Проверку детали производят только по предельным ступенькам калибров.

Правильной считают деталь, торец которой лежит между ступень­ками калибра.

Особое влияние на герметичность соединения имеет длина свинчивания. Отсюда вытекает необходимость введения специальных ка­либров для проверки наружных резьб, подлежащих затем анти­коррозионному покрытию так, как при малом угле конуса резьбы (φ = 1°47'24") небольшое увеличение диаметра ведет к значитель­ным осевым смещениям, к заметному уменьшению длины свинчи­вания.

Для того чтобы после металлопокрытия резьба по размерам могла удовлетворять требованиям стандарта, нарезание следует производить с занижением по среднему диаметру. Это особенно важно при нарезании конической резьбы. Тонкий слой металлопокрытий на боковой поверхности нитки вызывает увеличение среднего диа­метра резьбы на величину, в четыре раза большую, чем толщина покрытия. Для конических резьб это, в свою очередь, вызывает уменьшение длины свинчивания приблизительно на 20%. Уменьше­ние же длины свинчивания влечет за собой ухудшение герметичности соединения и появление течи.

Специальные калибры-кольца под резьбу, подлежащую покры­тию, имеют все размеры, совпадающие с размерами окончательных калибров, за исключением толщины L, подлежащей расчету па формуле

, (17)

где L— толщина кольца;

а — толщина слоя металлопокрытия;

l₂ — толщина окончательного калибра.

Проверку калибров-колец под металлопокрытие производят теми же контрольными калибрами, какими производят проверку оконча­тельных колец.

Когда приходится проверять коническую внутреннюю резьбу, торец которой располо­жен неудобно для осмотра, следует применять специальные калибры.

Примером такого инструмента может слу­жить калибр, приведенный на фиг. 109.

Калибр представляет собой обычную резь­бовую коническую пробку, но с удлиненной ручкой 1 и втулкой 2.

При проверке калибр ввинчивают в про­веряемое отверстие, а втулка своим торцом упирается в поверхность детали. Если резьба выполнена правильно, то торец цилиндриче­ской части калибра должен находиться между ступеньками втулки. Размер ступени равняется удвоенной величине шага резьбы 2S.