ĆWICZENIE NR5

Temat: Pomiary wielkości charakteryzujących gwinty

1. Wprowadzenie

Połączenia gwintowe służą do stałych lub ruchowych, rozłącznych połączeń elementów. Skojarzenie odbywa się za pomocą gwintów zewnętrznego, wewnętrznego zwanych śrubą i nakrętką. W zależności od wypełnianej funkcji w konstrukcji, gwintom nadaje się różne kształty takie jak trójkąt, trapez, prostokąt itd., które ustalają ich zarys podstawowy. Rozwój konstrukcji gwintów oraz brak pełnej międzynarodowej unifikacji doprowadził do stosowania gwintów o odmiennych parametrach określanych w różnych jednostkach miar. Te czynniki spowodowały przyjęcie do stosowania podstawowych (zalecanych) oraz dopełniających rodzajów gwintów co zapewnia możliwość wykonania każdej śruby i nakrętki w procesie naprawy bez względu na miejsce produkcji wyrobu. W połączeniach stałych podstawowym kształtem gwintów jest zarys trójkątny, utworzony na powierzchniach walcowej lub stożkowej. Przy skojarzeniach ruchowych stosuje się gwinty o zarysie trapezowym lub prostokątnym. Parametry gwintów są przedstawione w normie

PN-85/M-02001.

Do najważniejszych są zaliczane:

• Kąt gwintu , stanowiący kąt zarysu między różnoimiennymi bokami zarysu;

• Podziałka gwintu P, która wyznacza odległość między dwoma odpowiadającymi sobie punktami najbliższych jednoimiennych boków gwintu. Dla gwintów wielokrotnych zależność między skokiem Ph a podziałką P wyraża wzór:

( C5.1)

• gdzie n- krotność gwintu

• Średnica podziałowa
  ,
  , stanowiąca średnicę wyobrażalnego walca, którego powierzchnia boczna przecina gwint w ten sposób, że szerokość występu i bruzdy wzdłuż tworzącej tego walca są sobie równe;

• średnica zewnętrzna d dla śruby i D dla nakrętki, którą jest średnica walca wpisanego w dna bruzd gwintu wewnętrznego;

• średnica wewnętrzna
  ,
  ;

• Średnica rdzenia gwintu zewnętrznego
  przy zaokrąglonym dnie bruzdy;

• kąt tworzącej stożka  na którym utworzono gwint (dla gwintów stożkowych ).

Podstawowe parametry zarysu gwintu trójkątnego pokazano na rysunku C5.1.

Gwinty o zarysie trójkątnym różnią się między sobą kątem gwintu α oraz kształtem ścięcia zarysu wierzchołka występu śruby i nakrętki.

Stosowane kąty gwintów wynoszą odpowiednio:

• 60° dla gwintów metrycznych;

• 55° dla gwintów calowych i rurowych.

	d, D - średnica zewnętrzna zarysu śruby oraz zarysu nakrętki; , - średnica podziałowa gwintu nakrętki i śruby; , - średnica wewnętrzna zarysu gwintu nakrętki i rdzenia śruby; α = 60 ° kąt gwintu; P - podziałka gwintu ; Wysokość zarysu ostrego - H Wysokość zarysu nominalnego - 5/8 H Ścięcie zarysu gwintu śruby - 1/8 H Ścięcie zarysu gwintu nakrętki - 1 /4 H
Rys. C5.1. Zarys podstawowy (nominalny ) gwintu metrycznego i jego parametry

Gwinty metryczne mają proste ścięcie zarysu występu a ich wielkości wyznaczane są w jednostkach układu SI. Parametry gwintów calowych i rurowych są podawane w calowym systemie miar. Różnica między calowym i rurowym gwintami zawarta jest w ukształtowaniu wierzchołka zarysu występu tj. gwint calowy ma proste ścięcie a rurowy zaokrąglone. Gwinty w połączeniach, które muszą zachować szczelność wykonuje się na stożku o małej zbieżności. Zapewnia to wybranie luzów między nakrętką i śrubą w skojarzeniu. Stosuje się połączenia w których tylko jeden element posiada gwint stożkowy, najczęściej gwint zewnętrzny co zapewnia wystarczającą szczelność. Dla ograniczenia nomenklatury narzędzi mających zastosowanie przy wykonaniu gwintów, są ustalone szeregi średnic oraz podziałki zalecane do stosowania. Gwinty dzieli się na zwykłe i drobnozwojne. Gwint zwykły ma największą podziałkę jaką można wykonać na gwincie o określonej średnicy nominalnej (zgodnie z normą).

Pełna informacja o rodzajach i wielkościach charakteryzujących gwinty zawarta jest w oznaczeniach gwintów. Oznaczenia zawierają następujące informacje:

• oznaczenie rodzaju gwintu;

• wartość średnicy nominalnej w odpowiednim systemie miar;

• wartość podziałki P dla gwintów drobnozwojnych;

• szereg i położenie pola tolerancji dla średnic podziałowych
  ,
  średnicy zewnętrznej śruby d oraz średnicy wewnętrznej nakrętki
  w przypadku gwintów tolerowanych;

• długość skręcania.

Oznaczenie metrycznego gwintu zewnętrznego, drobnozwojowego z tolerowanymi średnicami podziałową i zewnętrzną oraz dużą długością skręcania przedstawia

rysunek C5.2.

Rys. C5.2. Przykład oznaczenia gwintu metrycznego

Przykłady oznaczeń gwintów przedstawiono w tablicy C5.1.

Pomiary parametrów charakteryzujących gwinty wykonuje się metodami stykowymi, optycznymi lub optyczno-stykowymi na mikroskopach warsztatowym lub uniwersalnym z wykorzystaniem oprzyrządowania dostarczanego w komplecie z urządzeniem. Pomiar na mikroskopie warsztatowym polega na zgraniu wybranej kresy okularowej głowicy goniometrycznej z zarysem boku gwintu widocznym na ekranie lub w okularze głowicy.

1. Mikroskop pomiarowy warsztatowy

Mikroskop warsztatowy duży (rys.C5.3) zbudowany jest z podstawy 1 z wbudowanym układem podświetlającym oraz obrotowej kolumny 10 utrzymującej tubus 14 z układem optycznym. Na podstawie umiejscowiony jest obrotowy stół pomiarowy 2, na którym ustawia się płaskie detale lub przystawkę kłową dla mocowania detali o kształcie walca. Stół pomiarowy może przemieszczać się w kierunkach wzdłużnym i poprzecznym. Obrót stołu zadaje się pokrętłem 7. Przemieszczenia stołu wykonuje się za pomocą wmontowanych głowic mikrometrycznych o zakresach pomiarowych 0÷25mm. Dla zwiększenia zakresu pomiarowego mikroskopu przy pomiarach liniowych na wysokości wrzecion głowic mikrometrycznych umiejscowiono małe stoliki dla wstawienia płytki wzorcowej. Obraz przedmiotu widoczny jest w okularze głowicy goniometrycznej 19 lub na ekranie projekcyjnym. Regulację ostrości obrazu przedmiotu w okularze 19 głowicy goniometrycznej 18 lub na ekranie projekcyjnym, uzyskuje się przemieszczeniem tubusu 14 na ramieniu 12 za pomocą pokrętła 13. Aby wykonać przemieszczenie należy poluzować śrubę blokującą, dokonać regulacji oraz zablokować ustawienie tą samą śrubą umieszczoną poniżej pokrętła przemieszczenia 13. Kolumnę wraz z układem optycznym można pochylać pokrętłem 11, co gwarantuje optymalną ostrość obrazu przy złożonych kształtach detali.

Rys. C5.3. Mikroskop warsztatowy duży

W okularowej głowicy goniometrycznej (rys.C5.4) wraz z obrazem widoczne są linie 8, które służą za bazowe linie odniesienia (kresy) przy pomiarach liniowych i kątowych. Współrzędne kątowego położenia linii bazowych można odczytać w okularze głowicy 2.

	1-okular głowicy goniometrycznej; 2-okular podziałki kątowej; 3-kresy podziałki kątowej; 4-kresy noniusza; 5-zwierciadło; 6 -linie odniesienia; 7-pokrętło zmiany położenia linii odniesienia.
Rys. C5.4. Okularowa głowica goniometryczna

Zmiany kątowego położenia linii bazowych wykonuje się pokrętłem 7 z boku głowicy. Do prawidłowego podświetlenia podziałki kątowej służy zwierciadło 5. Dokładność odczytu wartości kąta wynosi 1′. Dokładność przemieszczeń liniowych stołu pomiarowego mikroskopu wyznaczają głowice mikrometryczne o wartości działki elementarnej 0,01mm. Graniczne błędy dopuszczalne są przedstawione w tablicy C5.1.

Tablica C5.1. Granice błędów dopuszczalnych przy pomiarach długości

mikroskopem warsztatowym dużym zgodnie z DzUMi P Nr 22/96

Długość pomiarowa mm	Granice błędów dopuszczalnych μm
		Mikroskop nowy	Mikroskop w eksploatacji
Do 25	± 3	± 5
Powyżej 25 do 50	± 5	± 8
Powyżej 50 do 75	± 6	±10
Powyżej 75 do 100	± 6	±10
Powyżej 100 do 150	± 8	±12
Histereza pomiarowa nie powinna przekraczać 3 μ m.

• Pomiar podziałki gwintów

Dokładne pomiary podziałki gwintu można wykonać metodami: optyczną oraz stykowo-optyczną z zastosowaniem nożyków pomiarowych.

Rys.C5.5. Pomiar podziałki gwintu

Wartość wielkości podziałki P odczytujemy jako różnicę odczytów współrzędnych zgrania kres (rys. C5.5a) z jednoimiennymi bokami gwintów. W celu wyeliminowania wpływu błędów ustawienia osi gwintu względem osi wzdłużnego przesuwu stołu mikroskopu, należy wykonać dwa pomiary związane z różnoimiennymi bokami zarysu gwintu, którym odpowiadają położenia kres głowicy 1 i 2 oraz 3 i 4, przedstawione na rysunku C5.5b. Miarą podziałki gwintu P jest średnia arytmetyczna wyników dwóch pomiarów.

W praktyce warsztatowej sprawdzanie podziałki gwintu wykonuje się wzorcami zarysów gwintów. Zarys sprawdzanego gwintu zgrywa się z wzorcem zarysu metodą przyłożenia. Zgranie powinno zachodzić na całej długości wzorca bez prześwitów świetlnych (obserwacja pod światło).

• Pomiary średnicy podziałowej.

Pomiary średnicy podziałowej gwintu wykonywane są w kierunku prostopadłym do osi gwintu. W przypadku gwintu zewnętrznego
stosuje się pomiary optyczne, optyczno-stykowe wykonywane na mikroskopach pomiarowych oraz pomiary stykowe. Pomiary optyczne średnicy podziałowej są, bardzo czułe na błąd równoległości ustawienia osi gwintu do osi przesuwu poprzecznego stołu mikroskopu.

Rys. C5.6. Pomiar średnicy podziałowej

W celu zmniejszenia wpływu błędu kątowego ustawienia osi gwintu, wykonuje się dwa pomiary średnicy podziałowej na dwóch przeciwległych bokach zarysu między punktami

I i II oraz III i IV ( rys. C5.6). Otrzymane wartości średnic
i
po uśrednieniu dają lepszą miarę średnicy podziałowej
.

• Pomiar kąta gwintu

Pomiary kąta zarysu gwintu α wykonuje się metodą zgrania kres okularowej głowicy goniometrycznej z różnoimiennymi bokami gwintu (rys.C5.3a). Położenie kres naniesionych na obrotowej płytce szklanej głowicy goniometrycznej odczytuje się w mikroskopie odczytowym głowicy. Kolejne zgrania wybranej kresy z bokami zarysu zachodzą przy współrzędnych kątowych
i
. Różnica między tymi współrzędnymi określa kąt zarysu gwintu α..

• Pomiar średnicy zewnętrznej

Pomiar średnicy zewnętrznej d otrzymujemy przez zgranie kres okularowej głowicy z zewnętrznym zarysem gwintu po dwóch stronach i odczytanie współrzędnych zgrania na głowicach mikrometrycznych, przemieszczających stół pomiarowy z detalem. Wyznaczona różnica między współrzędnymi stanowi miarę średnicy zewnętrznej gwintu zewnętrznego.

Tablica C5.2. Oznaczenia gwintów

Rodzaj gwintu	Wymiary, które należy podać w oznaczeniu	Znak określający rodzaj gwintu	Przykład
Metryczny zwykły	Średnica zewnętrzna śruby w mm	M	M 16
Metryczny drobnozwojny	Średnica zewnętrzna śruby × skok w mm	M	M 16 × 1
Calowy	Średnica zewnętrzna śruby w calach	W	W 1”
Calowy drobnozwojny	Średnica zewnętrzna śruby × skok w calach	W	W 1” × 1/16”
Rurowy walcowy	Średnica wewnętrzna rury w calach	G	G 1”
Rurowy stożkowy	Średnica wewnętrzna w calach: gwint zewnętrzny gwint wewnętrzny	R Rc	R 1” Rc1”
Trapezowy symetryczny	Średnica zewnętrzna śruby × skok w mm	Tr	Tr 20 × 5

Tablica C5.3. Zarys ostry gwintu metrycznego i jego parametry na podstawie normy

PN-83/02013

	Podziałka P	Wysokość zarysu ostrego gwintu H
		0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,75 0,8 1 1,25 1,5 1,75 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6	0,2598 0,3464 0,4320 0,5169 0,6062 0,6495 0,6928 0,8660 1,0825 1,2990 1,5156 1,7321 2,1651 2,5981 3,0311 3,4641 3,8971 4,3302 5,1962
H - wysokość zarysu ostrego; 1/8 H - ścięcie zarysu ostrego śruby; 1/4 H - ścięcie zarysu ostrego gwintu wewnętrznego; P - podziałka; D - średnica zewnętrzna śruby; , - średnica podziałowa nakrętki i śruby; - średnica gwintu nakrętki; R - promień zaokrąglenia bruzdy.

Tablica C5.4. Wartości wybranych parametrów gwintu metrycznego na

podstawie normy PN - 83 / M- 02013

Średnica nominalna * d	Średnica podziałowa D2 = d2	Średnica wewnętrzna śruby i nakrętki D1=d1	Średnica rdzenia śruby d3	Podziałka P
								Gwint zwykły	Gwint drobnozwojowy
3,5	3,11 3,27	2,85 3,12	2,76 3,07	0,6	0,35
4	3,54 3,67	3,44 3,46	3,14 3,39	0,7	0,5
5	4,48 4,67	4,14 4,46	4,02 4,39	0,8	0,5
6	5,35 5,51	4,92 5,19	4,77 5,08	1	0,75
8	7,19 7,51	6,65 7,19	6,47 7,08	1,25	1
10	9,03 9,19 9,35	8,38 8,65 8,92	8,16 8,47 8,77	1,5	1,25 1
12	10,86 11,03 11,19 11,35	10,11 10,38 10,65 10,92	9,85 10,16 10,47 10,77	1,75	1,5 1,25 1
16	14,70 15,03 15,35	13,83 14,38 14,92	13,55 14,16 14,77	2	1,5 1
18	16,38 17,03 17,35	15,83 16,38 16,92	15,55 16,16 16,77	2	1,5 1
20	18,38 18,70 19,03 19,35	17,29 17,83 18,38 18,98	16,93 17,55 18,16 18,77	2,5	2 1,5 1
24	22,05 22,70 23,03 23,35	20,75 21,83 22,38 22,98	20,32 21,55 22,16 22,77	3	2 1,5 1
27	25,05 25,70 36,03 26,35	23,75 24,83 25,38 25,92	23,32 24,55 25,16 25,77	3	2 1,5 1
30	27,73 28,05 28,70 29,03	26,21 26,75 27,83 28,38	25,71 26,32 27,55 28,16	3,5	3 2 1,5
36	33,40 34,05 34,70 35,03	31,67 32,75 33,83 34,38	31,09 32,32 33,55 34,16	4	3 2 1,5
42	39,08 39,40 40,05 40,70	37,13 37,67 38,75 39,83	36,48 37,09 38,32 39,55	4,5	4 3 2
48	44,75 45,40 46,05 46,70 47,03	42,59 43,67 44,75 45,83 46,38	41,87 43,09 44,32 45,55 46,16	5	4 3 2 1,5
56	52,43 53,40 54,05 54,70 55,03	50,05 51,67 52,75 53,83 54,38	49,25 51,09 52,32 53,55 54,16	5,5	4 3 2 1,5
64	60,10 61,40 62,05 62,70 63,03	57,50 59,67 60,75 61,83 62,38	56,64 59,09 60,32 61,55 62,16	6	4 3 2 1,5

* - średnica nominalna występuje w zapisie gwintu metrycznego

Tablica C5.5. Wymiary gwintów calowych ( nie są objęte polską normą)

Średnica nominalna	Liczba zwojów na 1 cal	Średnica mm
				podziałowa d2 = D2	śruba	nakrętka
		i			zewnętrzna d	wewnętrzna D1
3/16”	24	4,08	4.76	3,41
1/4”	20	5,53	6,35	4,72
5/16”	18	6,50	7,94	6,13
3/8”	16	7.94	9,52	7,49
7/16”	14	9,95	11,11	8,78
1 / 2”	12	11,34	12,70	9,99
9/16”	12	12,93	14,28	11,57
5/8”	11	14,93	15,87	12,92
3 /4”	10	17,42	19,05	15,80
7 /8”	9	20,41	22,22	18,61
1”	8	23,36	25,40	21,33
1 1/8”	7	26,25	28,57	23,93
1 1 /4”	7	29,42	31,75	27,10
1 3/8”	6	32,21	34,92	29,50
1 1 /2”	6	35,39	38,10	32,68
1 3 /4”	4 ½	44,01	44,45	37,94
2”	4 ½	47,18	50,80	43,57

Średnica nominalna występuje w oznaczeniu gwintu calowego

Tablica C5.6. Wymiary gwintów rurowych walcowych na podstawie normy

PN-ISO 7-1:1995

Średnica mm			Liczba zwojów na 1cal	Oznaczenie średnicy nominalnej gwintu dn
zewnętrzna D = d	wewnętrzna D1 = d1	podziałowa D2 = d2	i
7,72	6,56	7,14	28	1/16″
9,73	8,57	9,15	28	1 /8”
13,16	11,44	12,30	19	1 /4”
16,66	14,95	15,81	19	3 /8”
20,95	18,63	19,79	14	1 /2”
26,44	24,12	25,28	14	3 /4”
33,25	30,29	31,77	11	1”
41,91	38,95	40,43	11	1 1 /4”
47,80	44,84	46,32	11	1 1 /2”
59,61	56,66	57,13	11	2”
75,18	72,23	73,70	11	2 1 /2”
87,88	84,93	86,40	11	3”
113,03	110,07	111,55	11	4″
138,43	135,47	136,95	11	5″
163,83	160,87	162,35	11	6″

Cel ćwiczenia:

• nabycie umiejętności pomiarów gwintów metodami optycznymi;

• zapoznanie się z budową i zastosowaniem mikroskopu warsztatowego;

• wyznaczenie wielkości takich, jak: średnica zewnętrzna d, średnica wewnętrzna
  , średnica podziałowa
  , podziałka P i kąt gwintu α.

3. Przyrządy pomiarowe i pomoce:

• Mikroskop warsztatowy z przystawką kłową ;

• Sprawdziany trzpieniowe do gwintów.

4. Przebieg pomiaru

• Sprawdzić stan techniczny mikroskopu warsztatowego tj.:

• Poprawność przemieszczania stołu pomiarowego w dwóch prostopadłych kierunkach;

• Prawidłowość działania układu podświetlającego podziałkę kątową mikroskopu odczytowego głowicy goniometrycznej oraz układu tworzącego równoległą wiązkę światła dla odwzorowania zarysu detalu;

• Płynność przemieszczania tubusu z układem optycznym po kolumnie oraz obrotu kolumny.

• Pomiar mikroskopem

• Zamocować przyrząd kłowy na stoliku przedmiotowym mikroskopu;

• Zamocować trzpieniowy sprawdzian do gwintów w kłach koników tak, aby obraz gwintu był widoczny na ekranie;

• Ustawić obrotowy stół przedmiotowy z przyrządem kłowym i detalem tak, aby oś sprawdzianu była zorientowana zgodnie z przemieszczeniem wzdłużnym stołu.

• Ustawić kąt pochylenia kolumny δ odpowiednio do kąta pochylenia linii śrubowej gwintu zgodnie z zależnością:


( C5.2 )

lub według tabeli C5.7.

Tablica C5.7. Kąty wzniosu linii śrubowej gwintów metrycznych zwykłych

d	P	δ	d	P	δ
8 10 12 14 16 18	1,25 1,5 1,75 2,0 2,0 2,5	3° 12′ 3° 01′ 2 °56′ 2° 52′ 2 °29′ 2° 47′	20 22 24 27 30 36	2,5 2,5 3,0 3,0 3,5 4,0	2° 27′ 2° 13′ 2° 27′ 2° 10′ 2° 17′ 2° 10′

• Wyregulować ostrość obrazu na ekranie, przemieszczając tubus na ramieniu po kolumnie za pomocą pokrętła regulacji. Podczas regulacji należy poluzować śrubę blokującą przemieszczenie.

• Pokręcając pokrętłem z lewej strony okularowej głowicy goniometrycznej zgrać wybraną kresę lub środek krzyża z wybranymi punktami lub liniami zarysu zgodnie z mierzonym parametrem gwintu.

• Odczytać współrzędne. Wpisać odczytane wartości do karty pomiarowej oraz wyznaczyć poszukiwane parametry.

5. Treść sprawozdania:

Sprawozdaniem z wykonanego ćwiczenia jest wypełniona karta pomiarowa.

---