GWINTY.DOC

3

Zakład Metrologii i Systemów Pomiarowych

              Politechnika Poznańska

              Pl. Skłodowskiej-Curie 5

              61-542 POZNAŃ

              tel./fax (0-61) 83-13-270

TEMAT:

SPRAWDZANIE I POMIARY

GWINTÓW

Materiały pomocnicze do zajęć laboratoryjnych z metrologii

Zeszyt 2

3. Przebieg ćwiczenia

a) Pomiary metodami stykowymi

n    sprawdzenie skoku mierzonego gwintu

n    pomiar gwintu metodą trójwałeczkową

n    pomiar gwintu za pomocą dwóch wałeczków

n    pomiar gwintu mikrometrem do gwintów

b) Pomiary metodami optycznymi i optyczno-stykowymi (z użyciem nożyków pomiarowych lub bez)

n    wyznaczenie zużycia nożyków pomiarowych w pomiarach optyczno-stykowych

n    pomiar skoku gwintu na mikroskopie warsztatowym

n    pomiar kąta boku zarysu gwintu na mikroskopie warsztatowym

n    pomiar średnicy podziałowej gwintu na mikroskopie warsztatowym

SPRAWDZANIE I POMIARY GWINTÓW

1. Budowa zarysu gwintu

W budowie gwintu, który jest istotnym elementem śruby i nakrętki, wyróżnia się następujące podstawowe pojęcia i oznaczenia.

Linia śrubowa jest to linia będąca torem punktu należącego do ciała, które porusza się ruchem śrubowym. Linia śrubowa w zakresie gwintów może być linią śrubową walcową lub stożkową. Linia śrubowa walcowa jest linią nawiniętą na walec kołowy. Styczne jej tworzą stały kąt z płaszczyzną prostopadłą do osi walca jak na rys. 1a. Linia śrubowa stożkowa jest linią nawiniętą na stożek kołowy. Punkty jej rzutowane prostopadle na powierzchnię walca kołowego współosiowego ze stożkiem tworzą linię śrubową walcową (rys. 1b).

Oś linii śrubowej jest to oś stożka lub walca, do którego należy linia śrubowa. Linia śrubowa stożkowa lub walcowa może być prawa (prawoskrętna) lub lewa (lewoskrętna). Prawoskrętną nazywa się linię śrubową, której rzuty stycznych, leżące w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny rysunku i będące po stronie obserwatora skierowane są w prawo ku górze. Lewoskrętną nazywa się linią śrubową, której podobne rzuty skierowane są w lewo ku górze. Praktycznie oznacza to, że zagłębianie śruby w nakrętce w przypadku linii śrubowej prawej uzyskuje się przy obrocie śruby zgodnym z ruchem wskazówek zegara. W przypadku linii śrubowej lewej przy ruchu obrotowym przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Skok linii śrubowej (P) (rys. 1) jest to odległość dwóch sąsiednich punktów linii śrubowej leżących w półpłaszczyznach osiowych, mierzona równolegle do osi linii śrubowej.

Powierzchnia gwintowa jest to powierzchnia zamknięta utworzona przez odcinek linii poruszającej się ruchem śrubowym. Powierzchnia gwintowa tworzy śrubowe występy i bruzdy (rys. 2). Przecięcie powierzchni gwintowej półpłaszczyzną osiową tworzy linię, zwaną tworzącą powierzchni gwintowej. Gwint jest to bryła ograniczona powierzchnią gwintową. Przez określenie gwintu śruby rozumie się wszystkie gwinty zewnętrzne, czyli gwinty ograniczone z zewnątrz przez powierzchnię gwintową. Przez określenie gwintu nakrętki rozumie się wszystkie gwinty wewnętrzne, czyli gwinty ograniczone z wewnątrz przez powierzchnię gwintową. Gwint może być walcowy lub stożkowy, a także prawy lub lewy w zależności od linii śrubowych tworzących jego powierzchnię gwintową.

Skok gwintu (P) (rys. 2) jest to skok linii śrubowych tworzących powierzchnię gwintową.

Podziałka gwintu (Pz) (rys. 2) jest to odległość dwóch sąsiednich punktów położonych na tworzącej powierzchni gwintowej, mierzona równolegle do osi gwintu. Gwint może być pojedynczy, jeżeli jego skok równy jest podziałce, lub wielokrotny, jeżeli skok równy jest kilku podziałkom.

Zarys gwintu jest to odcinek tworzącej powierzchni gwintowej, którego rzut na oś gwintu jest równy podziałce. Bok zarysu jest to prosty odcinek zarysu.

Kąt boku zarysu jest to kąt zawarty między bokiem zarysu a płaszczyzną prostopadłą do osi gwintu. Jeżeli kąty sąsiednich boków są równe, to oznacza się je a1=a2. Gwint o takim zarysie jest gwintem symetrycznym. Jeżeli kąty sąsiednich boków nie są równe, mniejszy oznacza się ar większy ap. Gwint o takim zarysie jest gwintem niesymetrycznym.

Kąt g wzniosu linii śrubowej jest to kąt, jaki tworzy styczna do linii śrubowej z płaszczyzną prostopadłą do osi linii śrubowej (rys. 1). Kąt ten można obliczyć ze wzoru

Linia podziałowa gwintu jest to linia, na której tworząca powierzchni gwintowej odcina równe odcinki. Charakterystyczne wymiary połączenia gwintowego walcowego przedstawia tab. 1. Jest to przykład najszerzej stosowanego gwintu metrycznego. Są one następujące:

d - średnica gwintu śruby,

D - średnica gwintu nakrętki,

d1 - średnica rdzenia śruby w przypadku gwintu ściętego,

D1 - średnica otworu nakrętki,

d2 - średnica podziałowa śruby,

D2 - średnica podziałowa nakrętki,

d3 - średnica rdzenia śruby w przypadku gwintu zaokrąglonego,

Tabela 1. Gwinty metryczne ISO (wg PN-70/M-02013)

ds - średnia średnica robocza, odpowiadająca środkowi pracującej części zarysów gwintu śruby i gwintu nakrętki

ds = 0,5 (d+D1),

dn -średnica nominalna gwintów rurowych równa najczęściej wewnętrznej średnicy rury,

a - kąt zarysu gwintu symetrycznego (dla gwintu metrycznego a = 60o),

a r+a p - kąt zarysu gwintu niesymetrycznego,

H - teoretyczna głębokość gwintu,

H1 - głębokość nośna gwintu,

P - skok gwintu

Normy określają kształt zarysu oraz wartości wymiarów nominalnych gwintu. Wymiarami nominalnymi są średnice gwintu. Stosuje się różne rodzaje gwintów. Oznaczenia gwintów o zarysach znormalizowanych podane są w tab. 2.

Tabela 2. Oznaczenia skrótowe najważniejszych rodzajów gwintów

Do łączników gwintowych stosowane są zwykle gwinty metryczne o zarysie trójkątnym (kąt rozwarcia 60°) (tab. 1). Gwinty calowe (Whitwortha) o zarysie trójkątnym (kąt rozwarcia 55°) są stosowane tylko w specjalnych przypadkach. Gwinty Whitwortha rurowe są stosowane zwykle do połączeń rurowych. Gwinty trapezowe symetryczne (tab. 3) i niesymetryczne stosuje się w śrubach napędowych. Gwinty okrągłe stosowane są w łącznikach narażonych na zmienne obciążenia o charakterze udarowym (łączniki wagonów). Gwinty stożkowe, stosowane w rurociągach wiertniczych, zapewniają wysoką szczelność i usunięcie luzów. Gwinty prostokątne stosuje się do śrub roboczych (napędowych) przenoszących duże obciążenia.

Zasadniczo do każdej średnicy gwintu przewidziany jest normalny skok i odpowiadające mu wymiary zarysu. W ten sposób powstaje zasadniczy rodzaj gwintu, zwany gwintem zwykłym. Jeżeli skok gwintu jest mniejszy od skoku gwintu zwykłego o tej samej średnicy, to gwint taki nazywa się gwintem drobnozwojnym (drobnozwojowym). Gwinty drobnozwojne stosuje się szczególnie przy dużych średnicach, gdy głębokość gwintu oraz wysokość nakrętki wskutek dużego skoku byłaby zbyt duża, np. gwinty rurowe są zawsze drobnozwojne.

Gwinty grubozwojne, w których skok jest większy od zwykłego, stosuje się rzadko. Podane w tab. 2. oznaczenia gwintów określają gwinty prawe pojedyncze. W przypadku gwintu lewego dopisuje się przed oznaczeniami gwintu wyraz „lewy”. Podobnie dopisuje się wyraz „n-krotny” przed gwintami wielokrotnymi. Takie gwinty stosuje się w celu zwiększenia skoku i sprawności gwintu.

2. Tolerancje i sprawdzanie gwintów

Podstawowymi parametrami metrologicznymi gwintu walcowego (rys.3) są:

P – skok gwintu,

a – kąt gwintu,

d – średnica zewnętrzna gwintu zewnętrznego (śruby),

d2 – średnica podziałowa gwintu zewnętrznego (śruby),

D2 – średnica podziałowa gwintu wewnętrznego (nakrętki),

D1 – średnica wewnętrzna gwintu wewnętrznego (nakrętki).

Rys.3. Podstawowe wymiary gwintu

Polska Norma PN-70/M-02113 ustala następujące symbole tolerancji parametrów gwintu (rys.4):

TD1 – tolerancja średnicy wewnętrznej gwintu wewnętrznego,

Td – tolerancja średnicy zewnętrznej gwintu zewnętrznego,

TD2 – tolerancja średnicy podziałowej gwintu wewnętrznego,

EI – dolna odchyłka średnic gwintu wewnętrznego,

ei – dolna odchyłka średnic gwintu zewnętrznego,

ES – górna odchyłka średnic gwintu wewnętrznego,

es – górna odchyłka średnic gwintu zewnętrznego.

Tolerancje średnic gwintów są uporządkowane wg siedmiu szeregów tolerancji (tab. 3) oraz wg położenia pól tolerancji określonych względem nominalnych wymiarów średnic odchyłkami podstawowymi:

- dolną EI dla gwintów wewnętrznych,

- górną es dla gwintów zewnętrznych.

Rys.4. Tolerancje gwintu: a) gwinty wewnętrzne, b) gwinty zewnętrzne

Tabela 3. Szeregi tolerancji