5 ВИДЫ СОЕДИНЕНИЙ, ИХ ИЗОБРАЖЕНИЕ
И ОБОЗНАЧЕНИЕ НА ЧЕРТЕЖАХ

5.1 Разъемные соединения

Все соединения деталей машин делят на разъемные и неразъемные. Разъемные можно разобрать, не разрушая формы, чего нельзя сделать при неразъемном соединении. К числу разъемных соединений относят соединение с помощью резьбы, шпоночное, шлицевое и др., а к числу неразъемных – клепаное, сварное и др.

Соединение с помощью резьбы является наиболее распространенным. В этом случае для неподвижного соединения между деталями или частями машин применяют болты, шпильки, винты и др., снабженные резьбой.

Резьба представляет собой поверхность, образованную при винтовом перемещении плоского контура по цилиндрической или конической поверхности.

По назначению резьбы делятся на крепежные и передаточные. Все виды резьб изготовляются как с правым, так и с левым направлением. Левая резьба на чертеже отмечается надписью «LH».

Крепежная резьба бывает метрическая и дюймовая. (В настоящее время дюймовая крепежная резьба не применяется. Однако такой же профиль имеет трубная резьба.) Она применяется главным образом в крепежных деталях и преимущественно бывает правой.

Крепежная резьба всегда изготовляется однозаходной и с треугольным профилем. Резьбы треугольного профиля обладают свойством самоторможения и сравнительно повышенной прочностью.

К крепежной резьбе предъявляют следующие требования: взаимозаменяемость, надежное самоторможение, легкость изготовления резьбы и контролирование ее размеров. Этим условиям лучше всего удовлетворяет метрическая резьба. Различают резьбы с крупным и мелким шагом в зависимости от назначения и диаметра. Резьба с мелким шагом применяется, например, на деталях с тонкими стенками.

Резьбу изображают по ГОСТ 2.311-68 упрощенно. На стержне (рис. 5.1) ее проводят сплошными основными линиями по наружному диаметру резьбы (d) и сплошными тонкими – по внутреннему (d_t). Сплошная тонкая пересекает линию границы фаски.

Границы резьбы (начало и конец) должны быть показаны сплошными основными линиями. На виде с торца фаску не вычерчивают, а дугу резьбы проводят приблизительно равной 3/4 окружности, разомкнутую в любом месте. Внутренний диаметр резьбы берут приближенно: , где Р – шаг резьбы. [2-7]

Рисунок 5.1 – Изображение резьбы

На разрезе (рис. 5.2) в отверстии резьбу показывают сплошными основными линиями по внутреннему диаметру и сплошными тонкими по наружному.

Рисунок 5.2 – Изображение резьбы в отверстии

Штриховку в разрезе следует доводить до основных линий. Если отверстие для резьбы не сквозное, то оно заканчивается внизу конусом с углом при вершине в 120°, приблизительно соответствующим коническому острию сверла.

Если стержень показывают ввернутым, то соединение изображают, как на рис. 5.2. Если отверстие резьбы показано как невидимое, резьбу следует изображать штриховыми линиями (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 – Изображение невидимого резьбового отверстия

Метрическая резьба обозначается буквой М, поставленной всегда перед размером наружного диаметра. Например, на рис. 5.3 условной надписью М16 обозначена метрическая резьба, имеющая наружный диаметр 16 мм. Если на стержне нарезана метрическая резьба с мелким шагом, то надпись дополняют величиной шага резьбы, например М16 × 1,5, что означает метрическая резьба диаметра 16 мм имеет шаг 1,5 мм.

Профиль метрической резьбы – равносторонний треугольник, основание которого равно шагу Р резьбы; угол профиля равен 60° (рис. 5.4). Как видим из чертежа, рабочими поверхностями резьбы являются боковые стороны треугольника. Для достижения правильной взаимной связи болта и гайки необходимо, чтобы боковые поверхности их резьб прилегали одна к другой плотно, С этой целью вершины и впадины профиля немного срезают, а впадины еще и закругляют. [2-7]

Рисунок 5.4 – Профиль метрической резьбы

Резьба трубная цилиндрическая. Для соединения газо-, водопроводных труб при помощи муфт, тройников, угольников и другой арматуры, а также для навертывания различных мелких крышек, пробок и пр. применяется трубная резьба. Трубная резьба, как и метрическая, бывает двух видов: цилиндрическая и коническая. Здесь рассмотрена цилиндрическая.

В трубной резьбе размеры указывают в дюймах ("). Один дюйм принят равным приблизительно 25,4 мм. Шаг Р резьбы и число n ниток, приходящихся на 1″, связаны соотношением

 мм, откуда  мм.

Переход с дюймов на метрические меры неудобен, что является недостатком этой системы.

Трубная резьба изготовляется с мелким шагом, так как глубина ее ограничена толщиной стенок трубы. Благодаря увеличенному числу ниток на один дюйм резьбы плотность ее значительно больше, чем резьбы с крупным шагом.

Профиль трубной резьбы – равнобедренный треугольник, основание которого равно шагу резьбы Р; угол профиля 55°. Вершины и впадины закруглены (рис. 5.5).

Рисунок 5.5 – Профиль трубной резьбы

Допускается вершину профиля выполнять с плоским срезом. Для трубной цилиндрической резьбы установлены два класса точности: А и В.

При обозначении трубной резьбы ее наружный диаметр относят не к резьбе непосредственно, а к внутреннему стандартному диаметру трубы (условному проходу), поэтому фактический размер наружного диаметра резьбы будет больше обозначенного на чертеже.

На рис. 5.6 обозначение «G1» указывает на дюймовую резьбу, предназначенную для трубы с внутренним диаметром в один дюйм. Эта труба по ГОСТ 6357–81 имеет наружный диаметр 33,25 мм. Чтобы подчеркнуть условность обозначения резьбы, на чертеже нанесены три размера. [2-7]

Рисунок 5.6 – Обозначение трубной цилиндрической резьбы

Передаточная резьба применяется в ходовых и грузовых винтах – в деталях, предназначенных для преобразования и передачи движения, как, например, в металлорежущих станках, фрикционных прессах, тисках, домкратах и пр. По форме профиля эта резьба делится на прямоугольную трапецеидальную и круглую. В каждом отдельном случае требуемый профиль зависит от назначения винта.

В передаточной резьбе трение между витками винта и гайки, которое возникает в процессе работы, – явление нежелательное, поэтому у нее увеличивают шаг Р и уменьшают угол наклона стороны резьбы. Передаточная резьба в отличие от крепежной может быть как однозаходной, так и многозаходной. На чертежах эту резьбу изображают также упрощенно. [2-7]

Требования, предъявляемые к передаточной резьбе: взаимозаменяемость, легкость изготовления резьбы, ее прочность и возможность передачи усилий в обе стороны. Передаточные резьбы должны в работе хорошо смазываться, а поэтому в них предусмотрены зазоры, служащие для проникновения смазки.

Прямоугольная резьба в большинстве случаев выполняется с квадратным профилем, причем глубина резьбы и ширина нитки равна 1/2 шага (рис. 5.7). Она считается лучшей при больших давлениях и при передаче силы переменного направления, например на ходовых винтах токарных станков. Но у прямоугольных резьб имеется весьма существенный недостаток – люфт, который возникает между витками гайки и винта с появлением зазора. В процессе работы этот люфт все увеличивается и создается так называемый мертвый ход винта. [2-7]

Рисунок 5.7 – Профиль прямоугольной резьбы

Прямоугольная резьба не стандартизована. Для резьбы с нестандартизованным профилем следует показывать профиль на местном разрезе или на выносном элементе. Кроме размеров на чертеже, указывают дополнительные данные о числе заходов, о левом направлении резьбы и т. п. с добавлением слова «резьба».

Из числа резьб, передающих движение, наиболее широкое распространение имеет трапецеидальная резьба, в основу профиля которой положена равнобочная трапеция с наклоном непараллельных сторон на  (рис. 5.8).

Рисунок 5.8 – Профиль трапецеидальной резьбы

На чертеже трапецеидальная резьба отмечается надписью «Tr». Для многозаходных резьб указывается число заходов. Условное обозначение, например: «Tr 90 X 36(P12) ГОСТ 9484–81», т. е. резьба трапецеидальная с номинальным диаметром 90 мм, ход 36 мм, шаг 12 мм, трехзаходная (количество заходов определяется как , где S – ход: в данном примере число заходов – ). Эта резьба применяется, например, в автомобильных и станочных домкратах.

Упорная резьба отличается тем, что одна из непараллельных сторон трапеции наклонена под , а другая под  (рис. 5,9). Такая резьба хорошо выдерживает большие усилия и притом имеет точную установку гайки относительно винта. Она применяется преимущественно в тех случаях, когда винт передает усилия в одном направлении, например в тяжелых прессах, больших домкратах и проч. Условное обозначение, например: S 80 X 16 LH ГОСТ 10177–82, т. е. резьба упорная левая с номинальным диаметром 80 мм, с шагом 16 мм.

Рисунок 5.9 – Профиль упорной резьбы

Круглая резьба может изготовляться либо отливкой, как, например, на горлышках парфюмерной посуды, либо выдавливанием на тонком листовом металле, как, например, на цоколях и патронах электрических ламп (рис. 5.10). [2-7]

Рисунок 5.10 – Профиль круглой резьбы

5.1.1 Болтовое соединение

Крепежные детали: болт, гайка и шайба, взятые вместе, называют болтовым комплектом. В этот комплект может входить еще шплинт.

В большинстве случаев (когда не требуется соблюдать точных размеров, при малых габаритах) болтовой комплект вычерчивают упрощенно по относительным размерам (рис. 5.11). Обратите внимание, что гайку и шайбу условно показывают нерассеченными.

Рисунок 5.11 – Болтовое соединение

Приведенные ниже относительные размеры выражены через наружный диаметр резьбы болта d:

d₀ = 1,1d– отверстие, через которое проходит болт. Это отверстие не имеет резьбы, оно сверлится с таким расчетом, чтобы между болтом и стенками отверстия оставался небольшой зазор;

D_ш = 2,2d – диаметр шайбы;

S₁= 0,15d – толщина шайбы;

с =0,15d–высота фаски;

ℓ₀ = 2d + 6 мм – длина резьбы болта;

R 0,5...1 мм (радиус закругления стержня болта при переходе его в головку).

Рассмотрим каждую деталь из болтового комплекта в отдельности.

Болт – цилиндрический стержень с головкой. На конце болта имеется резьба. Формы головок болтов в зависимости от их назначения весьма разнообразны: шестигранные (нормальные), квадратные, полукруглые и др. (рис. 5.12, а). [2-7]

Стандарт устанавливает размеры головки, длину ℓ₀ резьбы болта и др. в зависимости от наружного его диаметра. Длина (ℓ) болта не зависит от его диаметра, а только от толщины скрепляемых деталей, высоты гайки и толщины шайбы (рис. 5.12, б).

Рисунок 5.12 – Виды и изображение болта

Условное обозначение, например:

Болт М20 X 120.58 ГОСТ 7798–70, т. е. болт диаметра резьбы (d) 20 мм, длиной (ℓ) 120 мм, класса прочности 5.8, исполнение 1 с крупным шагом, без покрытия.

Исполнение 1, крупный шаг и отсутствие покрытия (00) принято записью не указывать.

Гайки (рис. 5.13), так же как и болты, по форме подразделяются на несколько видов: квадратные, шестигранные (нормальные и корончатые, с одной фаской и двумя фасками), гайки-барашки и др.

Условное обозначение, например:

Гайка М18.5 ГОСТ 5915–70, т. е. гайка диаметром резьбы (d) 18 мм, класса прочности 5, исполнения 1 с крупным шагом, без покрытия. Тоже, исполнения 2: гайка 2М18.5 ГОСТ 5915–70.

Шестигранные гайки и головки болтов упрощенно вычерчивают по следующим относительным размерам:

d – наружный диаметр резьбы болта;

Н = 0,8d – нормальная высота гайки;

H = 0,7d – нормальная высота головки болта;

D₁= 0,95S – диаметр усеченного конуса;

D = 2d; R₁=d, R и г – из построения.

Рисунок 5.13 – Виды и изображение гайки

Условное обозначение, например:

Гайка М18.5 ГОСТ 5915–70, т. е. гайка диаметром резьбы (d) 18 мм, класса прочности 5, исполнения 1 с крупным шагом, без покрытия. Тоже, исполнения 2: гайка 2М18.5 ГОСТ 5915–70.

Шестигранные гайки и головки болтов упрощенно вычерчивают по следующим относительным размерам:

d – наружный диаметр резьбы болта;

Н = 0,8d – нормальная высота гайки;

H = 0,7d – нормальная высота головки болта;

D₁= 0,95S – диаметр усеченного конуса;

D = 2d; R₁=d, R и г – из построения.

Для предохранения опорных поверхностей от повреждений и для удобства сборки на основаниях гайки и головки болта срезают фаску с наклоном образующей приближенно в 30°. В пересечении фаски с плоскостями граней призмы получаются дуги гипербол, которые при вычерчивании заменяют дугами окружностей (рис. 5.14).

Размеры гаек и головок болтов обусловливают размеры гаечных ключей.

Для построения гайки сначала чертят вид сверху – шестиугольник со стороной, равной диаметру (d) болта. S – размер зева (отверстия) ключа определяют построением, но он имеет для каждого значения установленную величину, поэтому следует принять для него ближайший стандартный размер. Затем на виде спереди чертят прямоугольники (проекции граней) с высотой Н=0,8d, пересекают крайние прямоугольники диагоналями и продолжают одну из них до встречи с осевой линией. О – центр дуги радиуса R и О_х – центр дуги радиуса r.

Рисунок 5.14 – Построение гайки

Некоторые гайки и головки винтов имеют цилиндрическую форму. Для того чтобы при завертывании пальцы не скользили, на их поверхности делают накатку (наносят рифли). Прямую накатку изображают тонкими линиями, параллельными образующим поверхности, а сетчатую – под  к образующим. Накатку на чертеже показывают не на всей поверхности, а лишь на небольшом ее участке (рис. 5.15). На виде с торца на деталь зубья накатки не показывают. Расстояние между двумя соседними выступами накатки называют шагом (t).

Рисунок 5.15 – Обозначение накатки на чертеже

Условное обозначение, например:

Накатка прямая 0,8 ОСТ 26016, где шаг t – 0,8 мм.

Шайба служит для более равномерной передачи давления от гайки на соединяемые детали. Кроме того, она предохраняет гайку и деталь от повреждений при завертывании (рис. 5.16).

Условное обозначение, например: Шайба12 01 05 ГОСТ 11371–78, т. е. шайба исполнения 1 для болта диаметром резьбы (d) 12 мм, установленной толщины, из материала подгруппы 01 с покрытием 05.

Для предохранения резьбовых соединений от самоотвинчивания при толчках работающих машин применяют пружинные шайбы, шплинты и другие способы стопорения.

Пружинная шайба (рис. 5.17) представляет собой один разрезанный виток пружины квадратного сечения левой навивки. Острые края шайбы упираются в торец детали и гайки, задерживая, таким образом, обратное вращение гайки. [2-7]

Условное обозначение, например: Шайба 12 65Г029 ГОСТ 6402–70, т. е. шайба пружинная нормальная для болта, винта, шпильки с диаметром резьбы (d) 12 мм, из стали марки 65 Г с кадмиевым покрытием толщиной 9 мкм.

Шплинт изготовляют из мягкой стальной проволоки полукруглого сечения (рис. 5.18). Он вставляется в отверстие на конце болта, винта или шпильки. Условное обозначение, например: Шплинт 5 × 8000 1 ГОСТ 397–79, т. е. шплинт с условным диаметром отверстия 5 мм, длиной (ℓ) 80 мм, из материала подгруппы 00, с покрытием 1.

Рисунок 5.18 – Шплинт

5.1.2. Шпилечное соединение

Оно имеет место, главным образом, в тех случаях, когда конструкция детали не дает возможности образовать на ней опорные площадки для головок болтов.

Шпилька отличается от болта тем, что имеет резьбу на обоих концах. Одним концом она плотно завинчивается, например, в станину, в которой имеется специальное гнездо с резьбой, а на другой конец навертывается гайка, стягивающая скрепляемые детали (рис. 5.19, а). Гнездо для завертывания шпильки сначала высверливают (диаметр сверла равен примерно внутреннему диаметру резьбы на шпильке), а затем при помощи метчика нарезают резьбу (рис. 5.19, б). Глубина гнезда  больше длины нижнего конца шпильки (рис. 5.19, в) примерно на 0,5 d, т. е.. Это объясняется тем, что метчиком нельзя на всю глубину гнезда нарезать резьбу полного профиля (нижняя часть метчика имеет конусность). Для обеспечения надежности соединения, резьбу в гнезде нарезают на глубину .[2-7]

Рисунок 5.19 – Соединение шпилькой

Глубина завертывания шпильки зависит от материала, в котором сверлится гнездо. Если шпилька ввертывается в твердый материал (сталь, бронзу), то длина нижнего конца  равна d – диаметру шпильки. Если шпилька ввертывается в более мягкий материал (чугун, алюминиевые сплавы и т. п.), то . Для резьбовых отверстий в деталях из легких сплавов . Шпилька ввертывается чаще всего с помощью двух гаек – гайки и контргайки, поэтому длина нарезки  на верхнем конце должна быть такой, чтобы на ней поместились обе гайки, т. е. мм. Однако, следует помнить, что длина нарезки  на верхнем конце шпильки гостирована и, прежде всего, зависит от диаметра шпильки d и длины шпильки ℓ и ее следует уточнять по ГОСТ 22032 – 76 – ГОСТ 22041 – 76.

Условное обозначение, например: Шпилька М16 ×120 ГОСТ 22032-76, т. е. шпилька А диаметра резьбы (d) 16 мм, длиной () 120 мм с крупным шагом, без покрытия (Тип А принято также не указывать записью).

5.2 Неразъемные соединения. Соединения сваркой

Сварка как способ соединения деталей занимает одно из ведущих мест в современной технологии. Она представляет собой процесс получения неразъемного соединения деталей нагреванием места соединения до плавления или пластического состояния. Различают несколько видов и методов сварки. Наиболее часто применяются: газовая сварка, при которой для нагрева и плавления металла используется теплота пламени, получаемого от сгорания ацетилена в кислороде, и электрическая дуговая сварка, при которой для тех же целей используется электрическая дуга.

При сварке плавлением происходит оплавление кромок соединяемых деталей и одновременно заполнение зазоров между ними расплавленным металлом. После охлаждения в этом месте образуется прочный шов. Плавлением сваривают стали всех марок, чугун, медь, латунь, бронзу, алюминиевые сплавы и др.

Сваркой можно соединять также термопластичные пластмассы: винипласт, капрон, полиэтилен, полистирол и др. Сварка пластмасс осуществляется горячим газом или разогретым инструментом.

Различают следующее виды соединений деталей (табл. 5.1): стыковое (1), угловое (2), тавровое (3) и внахлестку (4).

Шов сварного соединения независимо от способа сварки условно изображают: видимый – сплошной основной линией, невидимый – штриховой линией. [2-7]

Видимую одиночную точку, независимо от способа сварки условно изображают знаком «+», который выполняют сплошными основными линиями. Невидимые одиночные точки не изображают.

Таблица 5.1 – Виды сварных соединений и условное буквенно-цифровое обозначение шва на чертеже (для одностороннего шва без скоса кромок)

От изображения шва или одиночной точки проводят линию-выноску, заканчивающуюся односторонней стрелкой. Линию-выноску следует предпочтительно проводить от изображения видимого шва.

Для условного обозначения швов сварных соединений ГОСТ 2.312–72 устанавливает вспомогательные знаки (табл. 5.2). Их выполняют сплошными тонкими линиями. Вспомогательные знаки должны быть одинаковой высоты с цифрами, входящими в обозначение шва.

Таблица 5.2 – Вспомогательные знаки для условного обозначения швов сварных соединений (выдержки из ГОСТ 2.312—72)

Примечание. За лицевую сторону шва сварного соединения принимают сторону, с которой производят сварку.

Структура условного обозначения стандартного шва приведена на схеме (рис. 5.20).

Рисунок 5.20 – Структура условного обозначения сварного шва

Условное обозначение шва наносят:

1) на полке линии-выноски, проведенного от изображения шва с лицевой стороны,

2) под полкой линии-выноски, проведенного от изображения шва с оборотной стороны.

Сварочные материалы указывают на чертеже в технических требованиях или в таблице швов.

При наличии на чертеже швов, выполняемых по одному и тому же стандарту, обозначение стандарта указывают в технических требованиях чертежа (записью по типу: «Сварные швы...по...») или в таблице.

Рассмотрим пример изображения сварного изделия (рис. 5.21). Оно изготовлено из трех деталей: втулки 1, основания 2 и накладки 3. Соединение деталей выполнено односторонним швом без скоса кромок, катет шва равен 5 мм. Условное обозначение швов сварных соединений указывает, что детали 1 и 2 соединены угловым швом (У4), а детали 2 и 3– внахлестку (Н1).

Вспомогательные знаки указывают также, что верхний шов следует выполнить по периметру втулки и обработать с плавным переходом к основанию, а нижний – при монтажных работах по незамкнутой линии.

Обратите внимание, что на разрезах сечения соседних деталей, входящих в сварное соединение, штрихуют с наклоном в разные стороны. [2-7]

Рисунок 5.21 – Пример изображения сварного изделия