Винт

Винт

ВИНТ, цилиндрическое тело, на поверхности которого имеется нарезка по винтовой линии. При угле подъема винтовой линии α и радиусе цилиндра а шаг винта S = 2πа∙tg α (фиг. 1). В зависимости от назначения винты бывают: а) скрепляющие, служащие для соединения отдельных частей; к этой группе относятся болты (см. Болтовое производство), шпильки, шурупы; б) передаточные, имеющие своим назначением преобразование и передачу движения, например, вращательного в поступательное; сюда же следует отнести грузовые винты, служащие для получения больших усилий, например в домкратах, прессах и пр.; в) установочные для установки в определенном положении машинных частей (золотников, суппортов и пр.); г) измерительные, т. н. точные винты для микрометров и прочих измерительных инструментов.

Нарезка по винтовой линии

Для скрепляющих винтов преимущественно применяется нарезка, имеющая сечением равносторонний треугольник, так как натяжение винта вызывает в ней большее трение, чем в других нарезках, и, следовательно, для гайки имеется меньше возможностей для самопроизвольного отвинчивания; в передаточных винтах, где, наоборот, трение между винтом и гайкой является вредным, употребляются нарезки прямоугольные, трапециевидные и полукруглые. Кроме того, поверхность срезывания резьбы при одной и той же высоте гайки у треугольной резьбы почти в два раза больше, чем у прямоугольной. Винтв, имеющие несколько винтовых нарезок, расположенных на равных расстояниях, или многоходовые винты, применяются в тех случаях, когда, по конструктивным расчетам, шаг получается очень большим по сравнению с наружным диаметром. В скрепляющих винтах соотношения между внешним диаметром d, внутренним диаметром d1, шагом нарезки S, глубиной ее, равно как и углы профиля, выполняются по утвержденным нормам.

Для достижения правильной взаимной связи винта и гайки необходимо, чтобы боковые поверхности нарезки винта и гайки прилегали одна к другой плотно, без зазоров, так как рабочими поверхностями нарезки являются боковые поверхности ее. Чтобы этого положения надежнее достигнуть, в большинстве систем нормальной резьбы допущен некоторый зазор между винтом и гайкой по их наружному и внутреннему диаметрам, т. е. введена так наз. притупленная резьба; наибольший диаметр нормальной резьбы у гайки несколько более наружного диаметра винта, а внутренний диаметр винта (стержня) меньше, чем наименьший диаметр резьбы у гайки; так. обр. винт держится в гайке не по наружному или внутреннему диаметру, а исключительно боковыми поверхностями резьбы. Чтобы установить, правильно ли нарезаны боковые поверхности и осуществляется ли взаимное прилегание их, необходимо производить измерение по так называемому среднему диаметру dm. В практике средним диаметром остроугольной резьбы считается расстояние от наружного острия выступа резьбы до противолежащего острия в углублении ее. Если через а обозначить величину притупления (зазора) резьбы, а через h теоретическую глубину ее, то dm = d+2а—h. Нарезку можно выполнить различными способами, как-то: частично фрезеровкой, накаткой, с помощью плашек и винтовальных досок, но основным способом является нарезка на токарно-винторезном станке, причем точность изготовления резьбы зависит прежде всего от точности станка и главным образом от точности изготовления его ходового винта; кроме того точность нарезки зависит от формы резца и его установки. Для изготовления резьбы, не требующей особой точности, а также для предварительной черновой нарезки применяются токарные резцы, концы которых затачиваются под углом профиля нарезки (фиг. 2).

Токарные резцы для нарезания резьбы

Задний угол установки резца α берется в 12—15°; боковой угол установки - не менее 5—6°. Для получения правильного профиля нарезки передний угол, вообще говоря, д. б. равен нулю; при нарезке винта из медных сплавов и стали это правило соблюсти возможно, но при нарезке винта из мягкого, вязкого железа приходится делать передний угол больше, так как иначе нарезка получается рваной. Для правильной установки и заточки резцов применяются шаблоны. При нарезке резьбы с большим углом подъема резец д. б. изготовлен так, чтобы передняя режущая грань его составляла прямой угол с направлением винтовой нарезки (фиг. 3, с); в этом случае резец будет резать относительно легко обеими сторонами. Если же резец изготовлен так, что верхняя его плоскость горизонтальна (фиг. 3, d), то правой своей стороной, в виду большего угла резания, резец будет не резать, а скоблить.

Токарные резцы для нарезания резьбы

Условия работы резца при нарезке резьбы очень неблагоприятны в виду того, что стружки образуются на обеих его сторонах, сталкиваются одна с другой и скатываются в ком; резец при этом заедает, и поверхность резьбы получается рваной. Этого можно избежать, если резать одной стороной резца, давая ему при каждом новом проходе небольшое смещение вбок (фиг. 4), и лишь при окончательных чистовых проходах резать полным профилем.

Фасонные плоские резцы

При нарезке нормальной остроугольной резьбы лучший результат получается при применении фасонных плоских (фиг. 5) и круглых (фиг. 6) резцов, изготовляемых инструментальными заводами.

Фасонные круглые резцы

Эти резцы имеют точный профиль; заточка их производится только по верхней плоскости, и, следовательно, токарь не может исказить профиль. Фасонные резцы вставляются в особые державки, сконструированные так, что они автоматически дают надлежащий угол установки; следует только позаботиться, чтобы ось державки была перпендикулярна к оси винта. Плоские фасонные резцы делаются с одним, двумя и с несколькими режущими зубьями. Наиболее точную нарезку дают резцы с одним зубом, так как профиль их не так искажается при закалке. Резец с двумя зубьями обеспечивает хороший отвод стружки и благоприятный угол резания без искажения профиля, но его трудно правильно изготовить, так как в процессе закалки его больше поводит. При массовом изготовлении винтов и там, где не требуется особая точность, с успехом применяют резцы с многими зубцами (гребенки). С помощью этих резцов нарезка выполняется за один проход; чтобы облегчить работу первых зубьев и распределить ее равномерно на все остальные, вершины первых зубьев несколько стачиваются. При изготовлении круглых фасонных резцов необходимо соблюдать, чтобы режущая поверхность А была ниже центра резца на величину h = r∙sin α (фиг. 6), так как если этого не сделать, то угол α установки резца будет равен нулю, и, следовательно, резание будет затруднено; при установке резца центр его будет лежать на величину h выше центра нарезаемого винта. Однако следует учесть, что в результате этого положения профиль нарезки получается несколько искаженным, если заранее профиль самого резца не подобрать так, чтобы при заточке его ниже центра получился правильный профиль нарезки. Глубину х приведенной нарезки на самом резце можно вычислить по следующей формуле:

Глубину приведенной нарезки на резце можно вычислить по формуле

где r - радиус резца, t - требуемая глубина нарезки на винте, h - величина заточки резца ниже центра; угол β профиля резца получится из формулы tg β = S/2x, где S - шаг нарезки, х - глубина приведенной нарезки на резце. Практически при нарезке резьбы плоским фасонным резцом на круглом резце режущую верхнюю плоскость устанавливают ниже центра нарезываемого круглого резца на величину h; т. о. в том месте круглого резца, где потом будет произведена его заточка, получится надлежащий профиль режущей грани. Так как при таком пониженном по отношению к центру положении резца выполнять работу трудно, то сначала его устанавливают в нормальном положении и только при окончательной отделке снижают на величину h. Если круглый резец должен служить для нарезки резьбы с небольшим подъемом (нормальные остроугольные резьбы), то резец может изготовляться в форме шайбы (фиг. 7,а), при условии, однако, чтобы угол установки α был <15°.

Нарезание резьбы

При резьбах с большим углом подъема такой резец стал бы своими боками давить на боковую поверхность резьбы, поэтому канавки резца делаются в форме нарезки с тем же самым шагом, какой и у нарезаемого винта (фиг. 7, b); угол подъема нарезки на резце должен быть примерно равным углу подъема на винте, следовательно, и диаметр резца д. б. примерно равен диаметру винта; но если на винте нарезается правая резьба, то на резце резьба д. б. левая, и наоборот. Если диаметр нарезаемого винта мал, то резец получается такого малого диаметра, что его трудно закрепить в державке; в этом случае берут резец диаметром вдвое больше диаметра винта, но нарезку на резце делают двухходовую с шагом вдвое больше шага нарезаемого винта; при этом форма нарезки, шаг ее и угол подъема получаются точно такие, как и у резца с одноходовой нарезкой, но с диаметром вдвое меньшим.

При нарезке резьбы в вязком материале полезно применять пружинящие державки для резцов; резец, вставленный в пружинящую державку, имеет возможность при чрезмерном давлении на него несколько отодвинуться от нарезаемого винта, и таким обр. нарезка не будет задрана. Чем мельче нарезка, тем больше должна пружинить державка, и наоборот, при крупной резьбе пружинение д. б. меньше. В виду этого сконструированы державки, у которых степень пружинения может регулироваться в зависимости от размера профиля нарезки. При изготовлении особо точных и ответственных нарезок, например, на ходовых винтах, винтовых калибрах, делительных винтах и пр., пружинящих державок применять не следует. Движение суппорту токарно-винторезного станка и укрепленному на нем резцу передается от ходового винта станка с помощью открывающейся гайки, прикрепленной к суппортной доске. По окончании рабочего хода суппорт с резцом д. б. отведен в свое начальное положение к началу резьбы. При коротких винтах и небольшом диаметре их можно отвести суппорт, дав обратное вращение ходовому винту станка. При большой длине нарезаемых винтов этот способ повлек бы за собой значительную потерю времени, в виду чего целесообразнее разомкнуть гайку и отвести суппорт в начальное положение от руки. При этом надо принять во внимание, что замыкание гайки во время нарезки в любом положении суппорта возможно лишь в тех случаях, когда шаг исполняемой нарезки является кратным шагу ходового винта. Если, например, шаг ходового винта равен 6 мм, то нарезки с шагом 0,75, 1, 2, 3, 6, 12, 18, 24 мм и т. д. можно нарезать, замыкая и размыкая гайку в любом месте. Для всех нарезок, для которых шаг ходового винта не является кратным шагу нарезки, необходимо при каждом замыкании гайки привести шпиндель станка, ходовой винт и суппорт в одно и то же взаимное положение. Этого можно достигнуть, если начальное положение суппорта установить перед началом нарезки с помощью установа и отметить положение шпинделя и ходового винта, нанеся черту мелом на них и на подшипниках, в которых они вращаются. После окончания каждого рабочего хода суппорт отводят от руки в начальное положение, а шпиндель вращают до тех пор, пока метки мелом на нем и на ходовом винте не совпадут с метками на подшипниках, после чего гайка может быть замкнута. Этот прием применяется лишь тогда, когда отношение шага ходового винта к шагу нарезки (или обратно) дает остаток 1/2, 1/4 или 1/8. В противном случае, например, когда на станке с дюймовым шагом на ходовом винте нарезается метрическая резьба, указанный способ не дает точных результатов, и тогда следует, установив начальное положение суппорта и сделав метку мелом на шпинделе, нанести метку мелом не на ходовом винте, а на сменных шестернях станка, передающих движение винту. При нарезке очень точной резьбы приходится перегонять суппорт с помощью обратного хода винта, не размыкая гайки. При выполнении резьбы с точным шагом необходимо учитывать влияние на конечный результат работы возможной разницы в температуре ходового и нарезаемого предмета; последний может нагреться не только от процесса резания, но и от трения в люнете и центрах, если они туго закреплены; поэтому винт следует нарезать предварительно вчерне, применяя обильное охлаждение; к окончательной же нарезке и отделке надо приступать лишь после того, как винт приобретет температуру помещения, соответствующую температуру, при которой нарезался ходовой винт станка.

Для получения чистой и гладкой резьбы необходимо применять смазывающие средства; только для чугунных, бронзовых и латунных винтов нарезка может производиться без смазки. В качестве смазки применяется мыльная вода, но для стали (в особенности вязкой) лучше употреблять растительные или животные масла, а также смеси этих масел с керосином или скипидаром. В особенно тяжелых случаях применяют рыбий жир или ворвань. Следует помнить, что применение смазывающих средств сохраняет также и резец, что очень важно именно при изготовлении резьбы, так как всякая лишняя заточка резца грозит искажением его формы. Для нарезки скрепляющих винтов (болтов и шпилек), для которых особая точность не имеет значения, широко применяют всякого рода плашки и головки.

При массовом производстве болтов применяется способ накатки особыми плитками (см. Болт). Трапециевидная и остроугольная, но отнюдь не прямоугольная, резьба может получаться и путем фрезерования на специальных станках, очень похожих по конструкции на обычные токарно-винторезные станки, но только у них резец заменен вращающимся профильным фрезером. В этих фрезерах зубцы располагаются так, что зубу на одной боковой поверхности соответствует впадина на другой; благодаря такому устройству фрезер режет легче и спокойнее. Чтобы иметь возможность измерять профиль зуба, оставляют в одном месте полный зуб. Ось фрезера д. б. наклонена под углом подъема резьбы к оси изделия. Преимущество нарезки резьбы фрезером заключается в большой ее производительности, т. к. резьба получается с одного или, в крайнем случае, с двух проходов. Однако фрезерованная резьба никогда не получается точной, даже если ее выполнять фрезерами с исправленным профилем. Для достижения точности резьбу после фрезерования проходят начисто резцом, передняя грань которого расположена параллельно оси изделия; сам резец должен иметь теоретически верный профиль. Для фрезерования резьбы одного и того же шага на винтах различных диаметров на практике применяют один и тот же фрезер, что неправильно, но допускается ради экономии инструмента, так как проистекающая отсюда ошибка не имеет значения.

Вопрос об измерении резьбы каким-либо универсальным и в то же время достаточно надежным инструментом является очень сложным и до сего времени удовлетворительно не разрешен; при проверке резьбы приходится применять отдельные инструменты для каждого размера. Основными размерами винта являются шаг, средний диаметр (диаметр на сторонах) и угол профиля нарезки. Угол нарезки проверяется шаблоном, а в последнее время, в случаях точной резьбы, специальными микроскопами или проекционным способом. Для проверки среднего, диаметра лучше всего применять специальный микрометр (фиг. 8).

Микрометр для измерения резьбы

Измерительные упоры его представляют острия и подушки с двойным профилем нарезки. Подушки и острия меняются при измерении различных размеров и систем резьбы. При соприкосновении острия и подушки показание микрометра д. б. равно нулю. При измерении винта мера, показываемая микрометром, равняется среднему диаметру и д. б. равна соответствующей величине, имеющейся в таблицах для данной нарезки. Измерение среднего диаметра дает точную величину лишь при условии, что размеры наружного и внутреннего диаметров не дают значительных отклонений от нормальных размеров. Удобен способ применения обыкновенного микрометра и специальных мерительных шпилек, диаметр которых соответствует диаметру круга, вписанного в отверстие резьбы. Часть цилиндра шпильки срезается до глубины, соответствующей высоте вершины нарезки, взятой из таблиц данной резьбы. Наружный диаметр промеряется микрометром, после чего всовывают шпильку между упором его и боковыми сторонами канавки резьбы. Если винт имеет надлежащий наружный диаметр, а шпилька в канавку не входит, то профиль резьбы меньше, чем следует; если шпилька входит легко, то профиль слишком свободен; т. о. при этом способе одновременно проверяется наружный диаметр и толщина нарезки у среднего диаметра. Шаг нарезки, в ответственных случаях измеряется особым инструментом, изготовляемым по типу раздвижного штангенциркуля. На концах движков укреплены сменные ролики, соответствующие шагу нарезки. Измеренный шаг читается на шкале прибора. При менее точной резьбе широко применяются шаблоны-резьбомеры, служащие для установления величины, шага в мм или числа ниток на дюйм. Для проверки резьбы употребляются также винтовые калибры.

Стандартизация винтов. Секция по нормированию резьб при Бюро стандартизации ГУМП установила для винтов диаметрами 1—10 мм следующие основы стандартов.

Типы головок. Секцией утверждены пять типов головок (фиг. 9), причем для штампованных накатанных винтов с потайной головкой фаска не делается, так как ее выполнение требовало бы непроизводительной затраты инструмента и времени.

Типы головок винтов

Диаметр D головки (фиг. 10) установлен в зависимости от диаметра винта.

Диаметр головки в зависимости от диаметра винта

На диаметрах D до 8,5 мм включительно проведены округления до 0,5 мм, а далее - до 1 мм.

Диаметр головки в зависимости от диаметра винта

Высота головок. Для потайных головок высота h установлена в 0,5d при угле α = 90°; для полукруглых головок винта, диаметром в 1—2,5 мм, h≈1d≈0,5D; при диаметре винтов от 2,6 до 10 мм., h≈0,75d. Для цилиндрических головок h≈0,75d. Сферический подголовок для винтов с полупотайными головками образуется радиусом ≈2d. Ширина прорезей (шлицов) для всех типов головок установлена в пределах от 0,2d до 0,25d. Глубина прорезей: для потайных и цилиндрических головок t=0,5h; для полукруглых головок t=0,6h, для полупотайных головок t=0,5(h+m). Очертание полукруглой головки - сфера, очерченная одним радиусом. Длины винтов даны с постепенно возрастающими интервалами, равными 0,5; 1; 2; 3; 4 и 5 мм. Длина нарезанной части для винтов точеных; l=3d, при диаметре винтов до 5 мм, и l=2,5d, при диаметре 5 мм и выше. Для штампованных накатанных винтов всех диаметров длиной 30 мм и меньше нарезка накатывается по всей длине; винты длиннее 30 мм накатываются на 30 мм.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.

Еще по теме: