Классификация дюймовых резьб. Какие бывают резьбы

Классификация резьб

Определение

Резьбой называется поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура по цилиндрической или конической поверхности. При этом образуется винтовой выступ соответствующего профиля, ограниченный винтовыми и цилиндрическими или коническими поверхностями (см. рис. 1, а ).

рис. 1

Классификация

Резьбы классифицируются по форме поверхности, на которой она нарезана (цилиндрические , конические ), по расположению резьбы на поверхности стержня или отверстия (наружные , внутренние ), по форме профиля (треугольная , прямоугольная , трапецеидальная , круглая ), назначению (крепежные , крепежно-уплотнительные , ходовые , специальные и др.), направлению винтовой поверхности (левые и правые ) и по числу заходов (однозаходные и многозаходные ).

Все резьбы делятся на две группы: стандартные и нестандартные .
У стандартных резьб все их параметры определяются стандартами.

рис. 2

Основные параметры резьбы определены ГОСТ 8724-2002 (ИСО 261-98) .
Резьбу характеризуют три диаметра: наружный d (D) , внутренний d 1 (D 1) и средний d 2 (D 2).

Диаметры наружной резьбы обозначают d, d, d 2 , а внутренней резьбы в отверстии – D, D 1 и D 2 .

Наружный диаметр резьбы d (D) – диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин наружной или впадин внутренней резьбы. Этот диаметр для большинства резьб является определяющим и входит в условное обозначение резьбы.

Профиль резьбы – контур сечения резьбы плоскостью, проходящей через ее ось (см. рис. 3).

Угол профиля резьбы – угол между боковыми сторонами профиля.

Шаг резьбы Р – расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля в направлении параллельной оси резьбы (рис. 1).

Ход резьбы t – расстояние между ближайшими одноименными боковыми сторонами профиля, принадлежащего одной и той же винтовой поверхности, в направлении, параллельном оси резьбы (рис. 1). В однозаходной резьбе (рис. 1, а) ход равен шагу, а в многозаходной (рис. 1, б) – произведению шага Р на число заходов n(t = лР) .

На рис. 3 а – длина резьбы L длина резьбы с полным профилем l 1 .

Сбег резьбы – участок неполного профиля в зоне перехода резьбы в главную часть предмета lз.

Недовод резьбы l 4 – величина ненарезанной части поверхности между концами сбега и опорной поверхностью детали.

Недорез резьбы l 2 включает в себя сбег и недовод резьбы. Чтобы устранить сбег или недорез резьбы, выполняют проточку b (рис. 3, б).

Чтобы облегчить ввинчивание резьбового стержня, на конце резьбы выполняют коническую фаску с под углом 45° (рис. 3, б).

рис. 3

Стандартные резьбы общего назначения

Резьба метрическая является основной крепежной резьбой. Это резьба однозаходная, преимущественно правая, с крупным или мелким шагом. Профилем метрической резьбы служит равносторонний треугольник. Выступы и выпадины резьбы притуплены (рис. 4) ГОСТ 9150-81 .

Рис. 4

Резьба трубная цилиндрическая (дюймовая ) имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 55° (рис. 5), вершины и впадины скруглены. Эту резьбу применяют в трубопроводах и трубных соединениях ГОСТ 6357-81 .

Рис. 5

служит для передачи движения и усилий. Профиль трапецеидальной резьбы – равнобокая трапеция с углом между боковыми сторонами 30° (рис. 6). Для каждого диаметра резьба может быть однозаходной и многозаходной, правой и левой ГОСТ 9484-81 .

Рис. 6

Резьба упорная имеет профиль неравнобокой трапеции (рис. 7). Впадины профиля закруглены, для каждого диаметра имеется три различных шага. Служит для передачи движения с большими осевыми нагрузками ГОСТ 10177-82 .

Рис. 7

Резьба круглая для цоколей и патронов, для предохранительных стекол и светильников, для санитарно-технической арматуры ГОСТ 13536-68 имеет профиль, полученный сопряжением двух дуг одного радиуса (рис. 8) ГОСТ 13536-68 .

Рис. 8

Резьба коническая дюймовая с углом профиля 60° ГОСТ 6111-52 применяется для герметических соединений в трубопроводах машин и станков; нарезается на конической поверхности с конусностью 1: 16 (рис. 9).

Рис. 9

Резьба трубная коническая имеет профиль, аналогичный профилю резьбы трубной цилиндрической; применяется в вентилях и газовых баллонах. Возможно соединение труб, имеющих коническую резьбу (конусность 1: 16 ), с изделиями, имеющими трубную цилиндрическую резьбу ГОСТ 6211-81 .

Специальные резьбы – это резьбы со стандартным профилем, но отличающиеся от стандартных размеров диаметра или шага резьбы, и резьбы с нестандартным профилем.

Квадратная и прямоугольная (рис. 10) – изготовляются по индивидуальным чертежам, на которых заданы все параметры резьбы.

Соединение деталей с помощью резьбы является одним из старейших и наиболее распространенных видов разъемного соединения. Легко и просто обеспечивает сборку и разборку. Резьбовое соединение образуют две детали. У одной из них на наружной, а у другой на внутренней поверхности выполнены расположенные по винтовой поверхности выступы – соответственно наружная и внутренняя резьбы.
Резьбы формируют на цилиндрических или конических поверхностях. Наибольшее распространение имеют цилиндрические резьбы.

Резьбы классифицируют по различным признакам:

По направлению винтовой линии : правая, левая .
По форме профиля : треугольная, трапецеидальная, прямоугольная, круглая, упорная, метрическая, дюймовая .
По расположению на детали : внешняя, внутренняя .
По характеру поверхности : цилиндрическая, коническая .
По назначению : крепежная, крепежно-уплотняющая, ходовая (для передачи движения) , специальная (в т. ч.: часовая, на пластмассовых деталях, окулярная, круглая для объективов микроскопов, круглая для светотехники).
По числу заходов : однозаходная, многозаходная .

Характеристика основных видов резьбы

Метрическая резьба

Метрическая резьба (рис. 1, а) является основным типом крепежной резьбы.
Профиль резьбы установлен ГОСТ 9150–81 и представляет собой равносторонний треугольник с углом профиля α = 60° .
Профиль резьбы на стержне отличается от профиля резьбы в отверстии величиной притупления его вершин и впадин.
Основными параметрами метрической резьбы являются : номинальный диаметр – d (D) и шаг резьбы – Р , устанавливаемые ГОСТ 8724–81 в миллиметрах.

Метрические резьбы бывают с крупным и мелким шагом.
Для каждого размера (диаметра) резьбы стандартом установлен номинальный шаг. Если резьба на изделии имеет шаг меньше номинального, то такая резьба считается мелкой, если шаг больше номинального – резьба крупная.
По ГОСТ 8724–81 каждому номинальному размеру резьбы с крупным шагом соответствует несколько мелких шагов.
Резьбы с мелким шагом применяются в тонкостенных соединениях для увеличения их герметичности, для осуществления регулировки в приборах точной механики и оптики, с целью увеличения сопротивляемости деталей самоотвинчиванию.

В случае, если диаметры и шаги резьб не могут удовлетворить функциональным и конструктивным требованиям, введен СТ СЭВ 183–75 «Резьба метрическая для приборостроения» .
Если одному диаметру соответствует несколько значений шагов, то в первую очередь применяются большие шаги. Диаметры и шаги резьб, указанные в скобках, по возможности не применяются.

В случае применения конической метрической резьбы (рис. 1, ж) с конусностью 1:16 профиль резьбы, диаметры, шаги и основные размеры установлены ГОСТ 25229–82 .
При соединении наружной конической резьбы с внутренней цилиндрической по ГОСТ 9150–81 должно обеспечиваться ввинчивание наружной конической резьбы на глубину не менее 0,8d .

Дюймовая резьба

Дюймовая резьба (рис. 1, б) относится к крепежной резьбе.
В настоящее время не существует стандарт, регламентирующий основные размеры дюймовой резьбы. Ранее существовавший ОСТ НКТП 1260 отменен, и применение дюймовой резьбы в новых разработках не допускается.
В СНГ ее применяют только для резьбовых деталей старых, а также импортных машин (Китай, США и др.) .

Дюймовая резьба характеризуется тем, что имеет треугольный профиль с углом α = 55° , а диаметр измеряется в дюймах, шаг – числом ниток резьбы на длине в 1” . Эта резьба была стандартизована для наружных диаметров d= 3/16” – 4” и числом ниток на 1” от 28 до 3 .
При обозначении дюймовой резьбы наружной резьбы указывают в дюймах.

Трубная цилиндрическая резьба

Трубную цилиндрическую резьбу (рис. 1, в) используют как крепежно-уплотняющую. В соответствии с ГОСТ 6367–81 трубная цилиндрическая резьба имеет профиль дюймовой резьбы, т.е. равнобедренный треугольник с углом α при вершине, равным 55° .
Для лучшего уплотнения резьбу выполняют с закругленным треугольным профилем без зазоров по выступам и впадинам. Условное обозначение резьбы дается по внутреннему диаметру (в дюймах) трубы, на которой она нарезана.

1/16” до 6” при числе шагов z от 28 до 11 .
Номинальный размер резьбы условно отнесен к внутреннему диаметру трубы (к величине условного прохода) . Так, резьба с номинальным диаметром 1 мм имеет диаметр условного прохода 25 мм , а наружный диаметр 33,249 мм .

Трубную резьбу применяют для соединения труб, а также тонкостенных деталей цилиндрической формы. Такого рода профиль (α = 55°) рекомендуют при повышенных требованиях к плотности (непроницаемости) трубных соединений.
Применяют трубную резьбу при соединении цилиндрической резьбы муфты с конической резьбой труб, так как в этом случае отпадает необходимость в различных уплотнениях.

Трубная коническая резьба

Трубную коническую резьбу (рис. 1, з) используют как крепежно-уплотняющую.
Параметры и размеры трубной конической резьбы определены ГОСТ 6211–81 , в соответствии с которым профиль резьбы соответствует профилю дюймовой резьбы.
Резьба стандартизована для диаметров от 1/16” до 6” (в основной плоскости размеры резьбы соответствуют размерам трубной цилиндрической резьбы) .

Нарезаются резьбы на конусе с углом конусности φ/2 = 1°47″24” (как и для метрической конической резьбы) , что соответствует конусности 1:16 .

Конические резьбы обеспечивают герметичность соединения резьбовых деталей без специальных уплотнений.
Применение конической резьбы позволяет резко уменьшить время (угол относительного поворота винта и гайки) завинчивания и отвинчивания, что часто имеет решающее значение для быстроразборных соединений.
Применяется резьба для резьбовых соединений топливных, масляных, водяных и воздушных трубопроводов машин и станков. Для возможности свертывания конических резьб с цилиндрическими, биссектриса угла профиля конусной резьбы по ГОСТ должна быть перпендикулярна оси.

Прямоугольная резьба

Прямоугольная резьба (рис. 1, д) относится к резьбам для передачи движений под нагрузкой. Она имеет прямоугольный или квадратный профиль, диаметр и шаг прямоугольной резьбы измеряют в миллиметрах.

Прямоугольная резьба не стандартизована и применяется сравнительно редко, так как наряду с преимуществами, заключающимися в более высоком коэффициенте полезного действия, чем у трапецеидальной резьбы, она менее прочна и сложнее в производстве. Ее заменяют трапецеидальной – более удобной в изготовлении.
Применяется при изготовлении винтов, домкратов и ходовых винтов.

Трапецеидальная резьба

Трапецеидальную резьбу (рис. 1, е) широко применяют в передачах винт-гайка. Она имеет симметричный трапецеидальный профиль с углом профиля α = 30° .
Для червяков червячных передач угол профиля α = 40° .

Основные размеры диаметров и шагов трапецеидальной однозаходной резьбы для диаметров от 10 до 640 мм устанавливают ГОСТ 9481–81 . По сравнению с прямоугольной трапецеидальная резьба при одних и тех же габаритах имеет большую прочность, более технологична в изготовлении.
Трапецеидальная резьба применяется для преобразования вращательного движения в поступательное при значительных нагрузках и может быть одно- и многозаходной (ГОСТ 24738–81 и 24739–81) , а также правой и левой.

Трапецеидальная резьба при использовании гайки, разъемной по осевой плоскости (например, у ходовых винтов станков) , позволяет выбирать зазоры путем радиального сближения половин гайки при ее изнашивании.

Упорная резьба

Упорную резьбу (рис. 1, и) применяют в нажимных винтах с большой односторонней осевой нагрузкой.
Упорная резьба, стандартизованная ГОСТ 24737–81 , имеет профиль неравнобокой трапеции, одна из сторон которой наклонена к вертикали под углом 3° , т.е. рабочая сторона профиля, а другая – под углом 30° .

Форма профиля и значение диаметров шагов для упорной однозаходной резьбы устанавливает ГОСТ 10177–82 . Резьба стандартизована для диаметров от 10 до 600 мм с шагом от 2 до 24 мм и применяется при больших односторонних усилиях, действующих в осевом направлении.

Закругление (см. размер е, рис. 1, и) повышает прочность винта.
Условное обозначение упорной резьбы для наружного диаметра 80 мм и шага 16 мм – S 80×16 , т. е. аналогично обозначению трапецеидальной резьбы.

Круглая резьба

Круглая резьба (рис. 1, г) стандартизована. Профиль круглой резьбы образован дугами, связанными между собой участками прямой линии. Угол между сторонами профиля α = 30° .

Резьба применяется ограниченно: для водопроводной арматуры, в отдельных случаях для крюков подъемных кранов, а также в условиях воздействия агрессивной среды.

Многозаходная резьба

У однозаходной резьбы (рис. 3, а) шаг и ход резьбы одинаковые, при этом за один оборот винта гайка перемещается на величину шага. Если перемещение гайки за один оборот должно быть большим, то ход, а следовательно, и шаг однозаходного винта должны быть большими.
Чем больше шаг, тем глубже получается резьба (высота резьбы зависит от шага) и тем меньше будет внутренний диаметр винта. Винт с малым внутренним диаметром недостаточно прочен и не может передавать больших усилий.

Для усиления прочности винта, одновременно с увеличением хода, применяют многозаходную резьбу. В этом случае шаг, высота резьбы и ее внутренний диаметр соответствуют однозаходной, а ход резьбы во столько раз больше шага, сколько имеется заходов, например, у двухзаходной резьбы (рис. 3, б) ход вдвое больше ее шага, у трехзаходной (рис. 2, в) – втрое больше и т. д.

Пример удобства многозаходной резьбы – крышки на банках с консервированными овощами или соками. Легкий поворот руки на небольшой угол – и банка открыта. Следует, также, отметить, что на цилиндрах большого диаметра попасть в заход однозаходной резьбы очень сложно, и в этом случае проблему можно уменьшить при помощи многозаходной резьбы.

Чтобы проще было понять, что такое многозаходная резьба и для чего она нужна, следует вспомнить о таких параметрах резьбы, как ее шаг и ход .
Шаг резьбы (P) – это расстояние между соседними одноименными точками профиля в направлении, параллельном оси резьбы той же винтовой поверхности.
Ход резьбы (P h) – расстояние, на которое переместится вдоль оси винт при одном полном его обороте в неподвижной гайке, т. е. шаг одной и той же винтовой линии резьбы.

Очевидно, что если резьба однозаходная, то ее шаг и ход равны между собой, поскольку за один оборот винта его стержень переместится вдоль оси на величину шага.

При конструировании каких-либо узлов или механизмов иногда возникает необходимость в увеличении хода винта. При однозаходной резьбе этого можно достичь увеличением ее шага, но здесь предел творчеству ограничивается внутренним диаметром резьбы, поскольку приходится увеличивать глубину нарезания. А с уменьшением диаметра уменьшается и прочность стержня винта (болта, шпильки).

Можно увеличить угол подъема резьбы, но при этом теряются многие ценные качества резьбового соединения. К тому же угол подъема резьбы увеличивать можно лишь в определенных пределах, иначе завернуть винт в гайку будет невозможно.

В таких случаях лучшее решение проблемы – многозаходная резьба, ход которой (по сравнению с однозаходной резьбой) кратен числу заходов, т. е. ход многозаходной резьбы равен произведению числа заходов на шаг резьбы. При этом диаметр резьбы и стержня болта не уменьшается.

Чтобы нагляднее понять принцип изготовления многозаходной резьбы, представьте, что на стержне винта резьба нарезается одновременно несколькими резцами, закрепленными в суппорте в один ряд вдоль оси винта. Каждый резец прорезает отдельную канавку, не соединяющуюся с соседними. Очевидно, что шаг винтовой линии, нарезаемой каждым резцом должен быть таким, чтобы он не пересек винтовую линию соседнего резца, т. е. увеличенным.
В результате получим многозаходную резьбу, количество ходов которой зависит от количества резцов.

Визуально многозаходную резьбу можно определить, если посмотреть на торец винта (болта, шпильки, гайки). В этом случае хорошо видно, сколько ниток резьбы берет свое начало с торца. У однозаходной резьбы (рис. 3, д) на торце винта или гайки виден только один конец витка, а у многозаходной (рис. 3, г) – два, три и больше.
Если продвигаться по спирали вдоль какого-нибудь витка многозаходной резьбы острым кончиком иглы или другого предмета, то вы никогда не попадете в канавку соседнего витка.
Технологически многозаходные резьбы существенно сложнее и, соответственно, дороже.

Достоинства и недостатки резьбовых соединений

Достоинства резьбовых соединений

Резьбовые соединения имеют ряд существенных достоинств, благодаря которым они занимают ведущее место среди всех других соединений деталей в современном машиностроении. К таким достоинствам можно отнести:

• возможность многократной сборки-разборки;
• удобство сборки-разборки;
• высокая надёжность;
• простота конструкции;
• дешевизна (вследствие стандартизации);
• технологичность;
• возможность регулировки силы сжатия;
• при небольшой силе на ключе создают значительные силы затяжки вследствие клинового действия резьбы и большого отношения длины L гаечного ключа к радиусу r резьбы (L/r ≈ 28) . Так, сила затяжки винта М12 может составлять 20000 Н (около 2 тонн) ;
• позволяют производить сборку деталей при различном взаимном их расположении.

Недостатки резьбовых соединений:

• концентрация напряжений во впадинах резьбы;
• низкая вибрационная стойкость (самоотвинчивание при вибрации) .

Область применения резьбовых соединений

Резьбовые детали в виде винтов, болтов и шпилек с гайками применяют для крепежа – соединения нескольких деталей в одно целое. Роль гайки может выполнять корпусная деталь.

Примеры соединений с помощью резьбовых деталей:

• соединение в одно целое отдельных секций мостов, подъемных кранов;
• соединение нескольких сборочных единиц (редуктора и фланцевого электродвигателя; картера, блока цилиндров и головки блока в двигателе внутреннего сгорания; колеса с полуосью автомобиля) ;
• соединение деталей (крышки и основания корпуса редуктора; крышек подшипников с корпусом коробки передач) ; крепление узлов и деталей на основании (редуктора на плите; плиты к полу цеха; резца в суппорте токарного станка) .

Конические резьбы (рис. 1, ж, з) обеспечивают требуемую плотность (непроницаемость) соединения без каких-либо уплотнений – за счет радиального натяга. Их применяют для соединительной трубной арматуры, пробок, заглушек, штуцеров гидравлических систем, пресс-масленок.

Наряду с соединениями резьбовые детали применяют:

• в передачах винт-гайка, служащих для преобразования вращательного движения в поступательное;
• для регулирования осевых зазоров в подшипниках качения, регулирования конического зубчатого и червячного зацепления и др.

Основные геометрические параметры метрической резьбы

На рис.4 приведены основные геометрические параметры метрической резьбы – основной для крепежных изделий:

• d – наружный диаметр наружной резьбы (номинальный диаметр резьбы);
• d 1 – внутренний диаметр наружной резьбы;
• d 2 – средний диаметр (ширина впадины равна ширине выступа);
• d 3 – внутренний диаметр наружной резьбы по впадине;
• α – угол профиля;
• Р – шаг;
• Н – высота исходного треугольника: H = 0,5Р√3 ;
• Н 1 – рабочая высота профиля: Н 1 = 5Н/8 = 0,541 Р ;
• D, D 1 и D 2 – соответственно наружный, внутренний и средний диаметры внутренней резьбы.

Поскольку угол подъема винтовой линии зависит от диаметра цилиндра (причем угол подъема больше на меньшем диаметре), то принято угол ψ подъема резьбы определять на среднем диаметре d 2 :

tgψ = nP/(πd 2)

Резьба одного номинального диаметра может иметь разные шаги. Так, для резьбы М64 крупный шаг – 6мм, мелкие шаги – 4; 3; 2; 1,5; 1мм . Меньшему шагу соответствует больший внутренний диаметр d 3 . Для крепежных деталей желательно применять резьбы с крупным шагом.
Резьбы с мелким шагом меньше ослабляют деталь, их отличает повышенное самоторможение, так как при малом шаге угол подъема винтовой линии мал. Мелкие резьбы применяют в резьбовых соединениях, подверженных действию переменных нагрузок (крепление колеса автомобиля, свечи зажигания ДВС) , а также в тонкостенных и мелких деталях, регулировочных устройствах (точная механика, приборы) .

Обычно применяют предварительно затянутые резьбовые соединения. Первоначальной затяжкой создают давление на стыке соединяемых деталей, что обеспечивает необходимую жесткость соединения и плотность стыка.

Момент сопротивления в резьбе

Выявим соотношение между силой T зат затяжки и моментом T р сопротивления в резьбе:

T р = 0,5F зат d 2 tg(ψ + φ 1)

Из полученной зависимости следует, что момент сопротивления в резьбе тем больше, чем больше приведенный угол трения φ 1 = φ/cosγn т.е. Т р зависит от материала резьбовой пары и от угла γ наклона рабочей стороны профиля.
В метрической резьбе угол наклона профиля наибольший (γ = 30°) , поэтому и момент сопротивления в резьбе – наибольший. Для крепежных резьб это не является недостатком, поскольку момент сопротивления в резьбе препятствует самоотвинчиванию.

Момент Т р сопротивления в резьбе скручивает стержень винта (создает касательные напряжения) .

Момент трения на торце гайки

Контакт гайки с плоской опорной поверхностью корпуса ограничен кольцом с внутренним диаметром, равным диаметру d 0 отверстия в корпусе под стержень винта, и наружным диаметром D , соответствующим границе фаски на опорной поверхности гайки.
Приближенно момент T т трения на торце гайки определяют как произведение силы трения F тр = F зат f т на средний радиус R ср =(d 0 +D)/4 кольцевой поверхности:

T m = F тр R cр = F зат f m (d 0 + D)/4 ,

здесь f т – коэффициент трения на поверхности контакта.

В большинстве резьбовых соединений должна быть обеспечена стабильная работа без самоотвинчивания.

Условие самоторможения резьбы без учета трения на торце гайки по аналогии с наклонной плоскостью можно записать в виде: ψ < φ 1 ,
где: ψ – угол подъема резьбы (1,5…3°);
φ 1 – приведенный угол трения (при f = 0,1…0,3 φ 1 =6…16°).

Отсюда следует, что все крепежные резьбы – самотормозящие. Но это только при статическом действии нагрузок. При вибрациях φ 1 уменьшается вследствие микроперемещений поверхностей трения, сминания микронеровностей на рабочих поверхностях резьбы, и резьбовая пара отвинчивается.
Поэтому на практике широко применяют различные способы стопорения, в которых используют:

• дополнительное трение в резьбе или на торце гайки (пружинные шайбы, контргайки, фрикционные вставки в винты или гайки) ;
• фиксирующие детали (шплинты, проволоку, стопорные шайбы с лапками) ;
• приварку или пластическое деформирование (расклепывание, кернение) ;
• пасты, лаки, краски, герметики и клеи.

Способы изготовления резьбы

Резьбы могут быть изготовлены:

• нарезанием слесарным инструментом – метчиками, плашками (как вручную, так и на станках) . Для нарезания наружной резьбы используют различные резцы, плашки, резьбовые гребенки и фрезы, а для внутренней резьбы – метчики. Этот метод применяют в индивидуальном производстве и при ремонтных работах;
• нарезанием резцом на токарно-винторезном станке или на специальных болтонарезных станках;
• фрезерованием на специальных резьбофрезерных станках. Применяют для нарезки винтов больших диаметров с повышенными требованиями к точности резьбы (ходовые и грузовые винты, резьбы на валах и т. д.) ;
• накаткой на специальных резьбонакатных станках. Этим высокопроизводительным и дешевым способом изготовляют большинство резьб стандартных крепежных деталей (болты, винты и т. д.) . Накатка существенно упрочняет резьбовые детали;
• отливкой чугунных, пластмассовых, стеклянных деталей и деталей из цветных сплавов;
• выдавливанием для тонкостенных деталей (например, из латуни) .

Нарезание многозаходной резьбы любого профиля начинают так, как если бы требовалось нарезать однозаходную резьбу с шагом, равным длине хода. Нарезав первый виток на полный профиль, отводят резец поперечной подачей на себя и, давая ходовому винту обратный ход, возвращают суппорт в начальное положение.
Затем при неподвижном ходовом винте поворачивают деталь при двухзаходной резьбе – на половину оборота, при трехзаходной – на треть оборота и только после этого нарезают второй виток и т. д.

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Детали в машинах, механизмах, приборах, а также аппаратах и сооружениях каким-либо образом соединены друг с другом. Данные соединения выполняют различные функции, и разделяются, в первую очередь, на два типа: подвижные и неподвижные.

Соединение неподвижное — соединение деталей, обеспечивающее неизменность их взаимного положения при работе. Например, сварные, соединения с помощью крепежных изделий и др. Соединение подвижное — соединение, при котором детали имеют возможность относительного перемещения в рабочем состоянии. Например, зубчатое соединение.

Неподвижные и подвижные соединения, в свою очередь, подразделяются на разъемные и неразъемные в зависимости от возможности демонтажа соединения.

Соединение неразъемное — соединение, которое нельзя разъединить без нарушения формы деталей или их соединяющего элемента. Например, соединение сварное, паяное, заклепочное и др.

Соединение разъемное — соединение, которое можно многократно разъединять и соединять, не деформируя при этом ни соединяемые, ни крепежные детали. Например, резьбовое соединение болтом, винтом, клиновое, шпоночное, зубчатое, и др.

Данная статья посвящена обзору резьбовых соединений, с разнообразием которых приходится довольно часто сталкиваться в повседневной жизни.

Резьбовое соединение — соединение деталей при помощи резьбы. Все знают, что такое резьба, все ее видели. Многим так же известно, что резьбы отличаются между собой, так как они имеют разные размеры, шаг и так далее. Однако не многие представляют, чем это регламентировано, а также что существует не только привычная для нас метрическая резьба цилиндрической формы, но и многие другие ее виды.

1.Понятие резьбы

Резьбой называется поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура по цилиндрической или конической поверхности, другими словами, спираль с постоянным шагом, образованная на этой поверхности.

Рисунок 1 -Резьба

2.

По назначению резьбы делятся на крепежные(в неподвижном соединении) и ходовые или кинематические(в подвижном соединении). Часто крепежные резьбы несут в себе вторую функцию — уплотнения резьбового соединения, обеспечения его герметичности, такие резьбы называются крепежно-уплотнительными . Еще существуют специальные резьбы, которые имеют специальное назначение.

В зависимости от формы поверхности, по которой нарезается резьба, она может быть цилиндрической или конической.

В зависимости от расположения поверхности резьба может быть наружной(нарезанная на стержне) или внутренней(нарезанная в отверстии).

В зависимости от формы профиля различают резьбу треугольную, трапециевидную, прямоугольную, круглую, специальную.

Треугольная резьба подразделяется на метрическую, трубную, коническую дюймовую, трапециевидная резьба — на трапецеидальную, упорную, упорную усиленную.

По величине шага различают резьбу крупную, мелкую и специальную.

По числу заходов резьбы делятся на однозаходные и многозаходные.

По направлению винтовой линии различают резьбу правую(нитка резьбы нарезается по часовой стрелке) и левую(нитка резьбы нарезается против часовой стрелки).

На Рисунке 2 вся классификация резьб представлена в виде диаграммы:

Рисунок 2 — Классификация резьб

Помимо вышеуказанной классификации все резьбы делятся на две группы: стандартные и нестандартные; у стандартных резьб все их параметры определяются ГОСТами. Основные параметры резьбы определены ГОСТ 11708-82. Это так называемые стандартные резьбы общего назначения. Помимо них, существует понятие специальной резьбы. Специальные резьбы — это резьбы со стандартным профилем, но отличающиеся от стандартных размеров диаметра или шага резьбы, и резьбы с нестандартным профилем. Нестандартные резьбы — квадратная и прямоугольная — изготовляются по индивидуальным чертежам, на которых заданы все параметры резьбы.(Подробнее в разделе 5. Эксплуатационное назначение резьбы и ее применение).

3.Профили и параметры резьбы

Профили резьбы характеризуются следующими особенностями:

. метрическая резьба имеет профиль в виде равностороннего треугольника с углом при вершине 60°. Выступы и впадины резьбы притуплены(ГОСТ 9150-2002).

Метрическая резьба бывает цилиндрической и конической.

Резьба метрическая(треугольная)

. трубная резьба имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 55°. Трубная резьба также может быть цилиндрической и конической.

.коническая дюймовая резьба имеет профиль в виде равностороннего треугольника.

Резьба дюймовая коническая

. круглая резьба имеет профиль в виде полуокружности.

. трапецеидальная резьба имеет профиль в виде равнобочной трапеции с углом 30° между боковыми сторонами.

. упорная резьба имеет профиль не равнобочной трапеции с углом наклона рабочей стороны 3° и нерабочей — 30°.

. прямоугольная резьба имеет профиль в виде прямоугольника. Резьба не стандартизована.

Резьба прямоугольная нестандартная

Параметры резьбы

Основными параметрами резьбы считаются:
Диаметр резьбы (d) — диаметр поверхности, на которой будет образована резьба.

Рисунок 3 — Наружный диаметр

Шаг резьбы (Р) — расстояние по линии, параллельной оси резьбы между средними точками ближайших одноименных боковых сторон профиля резьбы, лежащими в одной осевой плоскости по одну сторону от оси вращения(ГОСТ 11708-82).

Ход резьбы (Рh) — относительное осевое перемещение детали с резьбой за один оборот(360°), равное произведению nР, где n — число заходов резьбы. У однозаходной резьбы ход равен шагу. Резьбу, образованную движением одного профиля, называют однозаходной , образованную движением двух, трех и более одинаковых профилей, называют многозаходной (двух-, трехзаходной и т. д.). Иначе говоря, на болте и гайке одновременно нарезают не одну спираль, а две или три. Многозаходную резьбу часто применяют в высокоточном оборудовании, например, в фототехнике, чтобы однозначно позиционировать положение деталей при взаимном вращении. Такую резьбу можно отличить от обычной по двум или трем началам витков на торце.

Рисунок 4 — Шаг резьбы и ход резьбы

Резьбу характеризуют три диаметра: наружный d (D), внутренний d1(D1) и средний d2(D2). Диаметры наружной резьбы обозначают d, d1 и d2, а внутренней резьбы в отверстии — D, D1 и D2.

Рисунок 5 — Диаметры резьбы

• наружный(номинальный) диаметр d(D) — диаметр воображаемого цилиндра, описанного вокруг вершин наружной(d) или впадин внутренней резьбы(D). Этот диаметр для большинства резьб является определяющим и входит в условное обозначение резьбы;
• средний диаметр d2(D2) — диаметр цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы таким образом, что её отрезки, образованные при пересечении с канавкой, равны половине номинального шага резьбы;
• внутренний диаметр d1(D1,), диаметр цилиндра, вписанного во впадины наружной(d1,) или вершины внутренней резьбы(D1).

Построение винтовой поверхности на чертеже — длительный и сложный процесс, поэтому на чертежах изделий резьба изображается условно, в соответствии с ГОСТ 2.311-68.На стержне резьбу изображают сплошными основными линиями по наружному диаметру и сплошными тонкими линиями — по внутреннему диаметру.

Рисунок 6 — Пример изображения резьбы на стержне и в отверстии

4. Обозначение резьбы

Обозначение резьбы обычно включает в себя буквенное обозначение типа резьбы и номинальный диаметр. Дополнительно в обозначении могут быть приведены шаг резьбы(или TPI – threads per inch — число витков на дюйм), число заходов для многозаходной резьбы, диаметр отверстия под резьбу, направление(левое, правое).

Метрическая резьба – с шагом и основными параметрами резьбы в миллиметрах. Имеет широкое применение с номинальным диаметром от 1 до 600 мм и шагом 0,25 до 6 мм. Резьба метрическая является основной крепежной резьбой. Это резьба однозаходная, преимущественно правая, с крупным или мелким шагом. В обозначение метрической резьбы входят буква М и номинальный диаметр резьбы, причем крупный шаг не указывают: М5; М56. Для резьбы с мелким шагом дополнительно указывают шаг резьбы М5×0,5; М56×2. В конце условного обозначения левой резьбы ставят буквы LH, например: М5LH; М56×2 LH. В обозначении резьбы также указывают класс точности: М5-6g.

Пример обозначения:

М 30 — метрическая резьба с наружным диаметром 30 мм и крупным шагом резьбы;

М 30×1,5 — метрическая резьба с наружным диаметром 30 мм, мелким шагом 1,5 мм.

Хоть метрические резьбы и не нашли широкого применения в уплотняемых соединениях, однако такая возможность заложена в стандарты. Это резьбы метрические коническая и цилиндрическая.

Метрическая коническая резьба выполняется с конусностью 1:16 и номинальным диаметром от 6 до 60 мм по ГОСТ 25229-82(СТ СЭВ 304-76). Она предназначается для самоуплотняемых конических резьбовых соединений, а также для соединений наружной конической резьбы с внутренней цилиндрической резьбой, имеющей номинальный профиль по ГОСТ 9150-2002. В обозначение метрической конической резьбы входят вид резьбы(буквы МК), номинальный диаметр резьбы, шаг резьбы. В конце условного обозначения левой резьбы ставят буквы LH.

Пример обозначения:

МК 30×2 LН – левая метрическая коническая резьба с наружным диаметром 30 мм, шагом резьбы 2 мм.

Метрическая цилиндрическая резьба(с профилем) основана на метрической резьбе(М) с номинальным диаметром от 1,6 до 200 мм и углом профиля при вершине 60°. Главное ее отличие в винте, который имеет увеличенный радиус впадины на резьбе(от 0,15011P до 0,180424P), что придает резьбовому соединению на основе цилиндрической метрической резьбы более высокие жаростойкие и усталостные качества. Обозначается метрическая цилиндрическая резьба буквами MJ, далее идет числовое значение номинального диаметра резьбы в миллиметрах, числовое значение шага, поле допуска среднего диаметра и поле допуска диаметра выступов.

Внутренняя резьба MJ совместима с внешней резьбой M при совпадении номинального диаметра и шага, т. е. в гайку с такой резьбой можно закрутить обычный метрический винт.

Пример обозначения:

MJ6×1-4h6h — наружная резьба на поверхности вала с номинальным диаметром 6 мм, шагом 1 мм, полем допуска среднего диаметра 4h и полем допуска диаметра выступов 6h.

Отличия дюймовой резьбы от метрической в том, что угол при вершине резьбы у них составляет 55 градусов для стандартов британцев BSW(Ww) и BSF или 60 градусам(как и в метрической) в американской системе(UNC и UNF), а шаг резьбы вычисляется как соотношение числа витков резьбы на дюйм длины резьбы. Совместить метрические и дюймовые резьбы не представляется возможным, поэтому в странах с метрической системой применение находят только трубные дюймовые резьбы.

У дюймовой резьбы все параметры резьбы выражены в дюймах(чаще всего обозначается двойным штрихом, ставящимся сразу за числовым значением, например, 3» = 3 дюйма), шаг резьбы в долях дюйма(дюйм=2,54 см). Для трубной дюймовой резьбы размер в дюймах обозначает не величину резьбы, а условный просвет в трубе, тогда как наружный диаметр на самом деле существенно больше. Особенностью трубной резьбы является как раз тот факт, что она учитывает толщину стенок трубы, которые могут быть толще или тоньше в зависимости от материала изготовления и рабочего давления, на которое рассчитаны трубы. Поэтому дюймовый стандарт трубных резьб понятен и принят во всем мире как исключение из метрических правил.

Диаметры дюймовых резьб — это не единственный параметр, который важен при выборе труб. Необходимо учитывать: глубину резьбы, шаг резьбы, наружный и внутренний диаметр, угол профиля резьбы. Стоит обратить внимание, что шаг резьбы в этом случае рассчитывается не в дюймах и даже не в миллиметрах, а в нитках. Под ниткой понимается нарезанная канавка. Поэтому расчет ведется исходя из того, сколько канавок нарезано на одном дюймовом мерном отрезке трубы. Скажем, обычные водопроводы имеют только две разновидности шага резьбы: на 14 ниток, что соответствует метрическому шагу на 1,8 мм, и на 11 ниток — метрический шагу в 2,31 мм.

В Таблице 2 приведены основные отличия« дюймовой» и «трубной» цилиндрических резьб по отношению к «метрической» резьбе для наиболее распространенных размеров вышеобозначенных резьб.

Резьбы, обозначенные *по возможности не применять.

Естественно, такие своеобразные стандарты расчета диаметра и шага только лишь вносят сумятицу в определение нужных величин. Поэтому были разработаны таблицы для определения числа ниток и диаметра труб при наличии дюймовой резьбы. Кроме того, на любой упаковке всегда указано ее значение и стандарт. Но все равно данные носят приблизительный характер, и никогда не стоит исключать возможную погрешность.

*При определении размера предпочтение необходимо давать значениям ряда 1.

Имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом при вершине 55°, вершины и впадины скруглены(ГОСТ 6357-81).

Условное обозначение резьбы состоит из буквы G, обозначения номинального диаметра резьбы в дюймах, и класса точности среднего диаметра. Для левой резьбы обозначение дополняется буквами LH.

Пример обозначения:

G 1 1/2-A – трубная цилиндрическая резьба с размером 1 1/2», класс точности А;

1/4-20 BSP – трубная цилиндрическая резьба Витворта по стандарту B. S.93(Англия).
имеет профиль, аналогичный профилю резьбы трубной цилиндрической. Возможно соединение труб, имеющих коническую резьбу(конусность 1:16), с изделиями, имеющими трубную цилиндрическую резьбу ГОСТ 6211-81.

Условное обозначение резьбы состоит из букв R, размера номинального диаметра в дюймах. Обозначение Rc используют для трубной конической внутренней резьбы. Условное обозначение левой резьбы дополняется буквами LH.

Пример обозначения:
R 1 1/2 — резьба трубная коническая наружная с размером 1 1/2»;
R 1 1/2 LH – резьба трубная коническая наружная левая;

Rс 1/2 — резьба трубная коническая внутренняя;

BSPT 1 1/2 -резьба коническая трубная внутренняя по стандарту B. S.93(Англия).

С углом профиля 60° ГОСТ 6111-52 нарезается на конической поверхности с конусностью 1:16.

Обозначение состоит из буквы К и размера резьбы в дюймах с указанием размерности, наносится на полке линии-выноски , как и у трубных резьб. Пример обозначения:
К 3/4″ по ГОСТ 6111-52. 3/8-18 NPT обозначение по ANSI/ASME B 1.20.1(США).

Служит для передачи движения и усилий. Профиль трапецеидальной резьбы — равнобокая трапеция с углом между боковыми сторонами 30°. Для каждого диаметра резьба может быть однозаходной и многозаходной, правой и левой ГОСТ 9484-81.

Основные размеры, диаметры, шаги, допуски однозаходной резьбы стандартизованы соответственно ГОСТ 24737-81, 24738-81, 9562-81. Для многозаходной резьбы эти параметры находятся в ГОСТ 24739-81.

Условное обозначение однозаходной резьбы состоит из букв Тr, значения номинального диаметра резьбы, шага, поля допуска.

Упорные резьбы обозначаются буквами S, затем указывают номинальный диаметр резьбы в миллиметрах, шаг резьбы(ход и шаг, если эта резьба многозаходная), направление резьбы(для правой резьбы не указывают, для левой буквами LH), и класс точности резьбы.

Пример обозначения:

S 80×10 — упорная резьба однозаходная с наружным диаметром 80 мм и шагом 10 мм;

S 80×20(Р10) — упорная резьба двухзаходная с наружным диаметром 80 мм, ходом 20 мм и шагом 10 мм. 68 определяет профиль, а также в условиях воздействия агрессивной среды.

Пример обозначения:

Rd 16 — резьба круглая с наружным диаметром 16 мм; Rd 16LH – резьба круглая с диаметром 16 мм, левая.

5.Эксплуатационное назначение резьбы и ее применение

Резьбовые соединения широко распространены в машиностроении(в большинстве современных машин свыше 60% всех деталей имеют резьбы). По эксплуатационному назначению различают резьбы общего применения и специальные , предназначенные для соединения одного типа деталей определѐнного механизма. К первой группе относятся резьбы:

1.) Крепѐжные – метрическая , дюймовая , применяемые для разъѐмного соединения деталей машин. Основное их назначение — обеспечение полное и надежное соединение деталей при различных нагрузках и при различном температурном режиме в процессе длительной эксплуатации.

2.) Ходовые или кинематические – трапецеидальная и прямоугольная , применяемые для ходовых винтов, винтов суппортов станков и столов измерительных приборов и т. п. Основное их назначение — обеспечение точного перемещения при наименьшем трении, а для прямоугольной резьбы также исключение самоотвинчивания под действием приложенной силы; Упорная(в прессах и домкратах) и круглая, предназначенные для преобразования вращательного движения в прямолинейное перемещение. Они воспринимают большие усилия при сравнительно малых скоростях движения. Основное их назначение — обеспечение плавности вращения и высокой нагрузочной способности(для точных микрометрических приборов применяют метрическую резьбу повышенной точности). Круглая резьба широко применяется для водопроводных кранов по ГОСТ 20275-74 и в таких элементах как смесители, краны, вентили, шпиндели по ГОСТ 19681-94(Арматура санитарно- техническая водоразборная).

3.) Крепежно-уплотнительные (Трубные и арматурные) – трубная цилиндрическая и коническая , метрическая дюймовая и коническая , применяемые для трубопроводов и арматуры, основное их назначение — обеспечение герметичности соединений(без учета ударных нагрузок) при невысоких давлениях.

Трубную цилиндрическую резьбу по ГОСТ 6357-81 применяют на водогазопроводных трубах, частях для их соединения(муфтах, угольниках, крестовинах и т. д.), трубопроводной арматуре(задвижках, клапанах и т. д.).

Трубную коническую резьбу по ГОСТ 6211-81 применяют в соединениях труб при больших давлениях и температуре(в вентилях и газовых баллонах), когда требуется повышенная герметичность соединения.

Отнесенная ко второй группе , специальная резьба имеет специальное назначение и применяется в отдельных специализированных отраслях производства. К ним можно отнести следующие:

1.) метрическая тугая резьба – резьба, выполненная на стержне(на шпильке) и в отверстии(в гнезде) по наибольшим предельным размерам; предназначена для образования резьбовых соединений с натягом.

2.) метрическая резьба с зазорами – резьба, необходимая для обеспечения легкой свинчиваемости и развинчиваемости резьбовых соединений деталей, работающих при высоких температурах, когда создаются условия для схватывания(сращивания) окисных пленок, которыми покрыта поверхность резьбы.

3.) часовая резьба(метрическая) – резьба, применяемая в часовой промышленности , 1.Нарезание резьбы резцами. С помощью резьбовых резцов и гребенок на токарно-винторезных станках нарезают резьбу как наружную, так и внутреннюю(внутренняя резьба, начиная с диаметра 12 мм и выше). Способ нарезания резьбы резцами характеризуется относительно невысокой производительностью, поэтому в настоящее время он применяется в основном в мелкосерийном и индивидуальном производстве, а также при создании точных винтов, калибров, ходовых винтов и т. д. Достоинством этого способа является простота режущего инструмента и сравнительно высокая точность получаемой резьбы.

2.Нарезание резьбы плашками и метчиками. Плашки по своим конструктивным особенностям делятся на круглые и раздвижные. Круглые плашки, применяемые на монтажных, заготовительных и других работах, предназначены для нарезания наружной резьбы диаметром до 52 мм в один проход. Для более крупной резьбы применяют плашки особой конструкции, которые фактически служат лишь для зачистки резьбы после предварительной нарезки ее другими инструментами. Раздвижные плашки состоят из двух половин постепенно сближающихся в процессе резания. Метчик представляет собой стальной стержень с резьбой, разделенный продольными прямыми или винтовыми канавками, образующими режущие кромки. Эти же канавки служат для выхода стружки. По способу применения метчики разделяются на ручные и машинные

3.Накатывание резьбы. Основной промышленный метод изготовления резьбы в настоящее время — накатка на специальных резьбонакатных станках. Деталь зажимается в тисках. В этом случае при большой производительности обеспечивается получение высокого качества изделия(формы, размеров и шероховатости поверхности). Процесс накатывания резьбы заключается в создании резьбы на поверхности детали без снятия стружки за счет пластической деформации поверхности обрабатываемой детали. Схематически это выглядит так. Деталь прокатывают между двумя плоскими плашками или цилиндрическими роликами, имеющими резьбовой профиль, и на стержне выдавливается резьба такого же профиля. Наибольший диаметр накатываемой резьбы 25 мм, наименьший 1 мм; длина накатываемой резьбы 60…80 мм.

4.Фрезерование резьбы. Фрезерование наружной и внутренней резьбы производится на специальных резьбофрезерных станках. В этом случае вращающаяся гребенчатая фреза при радиальной подаче врезается в тело детали и фрезерует резьбу на ее поверхности. Периодически происходит осевое перемещение детали или фрезы от специального копира на величину, равную шагу резьбы за время одного оборота детали.

5. Шлифование точной резьбы. Шлифование как способ создания резьбы применяется главным образом для получения точной резьбы на сравнительно коротких резьбовых деталях, например резьбовых пробках — калибрах, резьбовых роликах и т. д. Суть процесса заключается в том, что шлифовальный круг, расположенный к детали под углом подъема резьбы, при быстром вращении и при одновременном медленном вращении детали с подачей вдоль оси на величину шага резьбы за один оборот вырезает(вышлифовывает) часть поверхности детали. В зависимости от конструкции станка и ряда других факторов резьба шлифуется за два-четыре и более прохода.

8.Типы иностранных резьб

В мире применяется несколько заслуженных, уважаемых стандартов таких стран, как Великобритания(BS), Германия(DIN), Франция(NF), Япония(JIS), США(UNC). Основными причинами их отличия между собой являются традиционно разные системы мер и способы задания размеров резьб в разных странах, а также особенные области применения резьб. Однако за прошедшее столетие сильно утвердил свои позиции в мире метрический стандарт ISO – International Organization for Standardization(Международная Организация по Стандартизации), что, в свою очередь документам,

по форме поверхности

по расположению на поверхности

по числу заходов

по направлению

по назначению

по профилю

по соответствию ГОСТ

цилиндрические

конические

наружные

внутренние

однозаходные

многозаходные

крепежные

треугольные

трапецеидальные

прямоугольные

стандартные

нестандартные

Цилиндрическая резьба – резьба, образованная на боковой поверхности прямого кругового цилиндра (рис.1).

Коническая резьба – резьба, образованная на боковой поверхности прямого кругового конуса (рис. 4).

Наружная резьба – резьба, образованная на стержне (рис. 1, 5).

Внутренняя резьба – резьба, образованная на отверстии (рис. 4).

Однозаходная резьба – резьба, образованная одним выступом резьбы (рис. 4,5).

Многозаходная резьба – резьба, образованная двумя или более выступами с равномерно расположенными заходами (рис. 1).

Правая резьба – резьба, у которой выступ, вращаясь по часовой стрелке, удаляется вдоль оси от наблюдателя (рис. 1, 4).

Левая резьба – резьба, у которой выступ, вращаясь против часовой стрелки, удаляется вдоль оси от наблюдателя (рис. 5).

Крепежные резьбы – резьбы, предназначенные для соединения деталей.

Ходовые резьбы – резьбы, с помощью которых вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное.

Стандартные резьбы – резьбы, все параметры которых определяются стандартами.

1.2. Виды резьб и их характеристика

Резьба метрическая цилиндрическая (ГОСТ 8724-81) – является основной крепежной резьбой, применяется также и в качестве ходовой резьбы. Профилем метрической резьбы является равносторонний треугольник (рис. 6а). Эта резьба может быть однозаходная и многозаходная, преимущественно правая, существует с крупным и мелким шагами, обозначается буквой . Все размеры измеряются в мм.

Резьба метрическая коническая (ГОСТ 25229-82) – имеет конусность 1:16, применяется в конических резьбовых соединениях, а также в соединениях наружной конической резьбы с внутренней цилиндрической резьбой, однозаходная, обозначается буквами

. Все размеры измеряются в мм.

Резьба трубная цилиндрическая (ГОСТ 6357-81) – имеет профиль в виде равнобедренного треугольника с углом профиля 55 0 , вершины и впадины скруглены (рис. 6б). Обозначается буквой G . Применяется в трубопроводах и трубных соединениях.

Резьба трубная коническая (ГОСТ 6211-81) – имеет конусность 1:16. Наружная резьба обозначается буквой

, внутренняя резьба – буквами.

Трубные резьбы имеют одну особенность: их номинальный диаметр не соответствует действительному. Его числовой значение равно приблизительно внутреннему диаметру трубы, на которой эта резьба нарезана, измеренному в дюймах. Один дюйм = 25,4 мм. Трубные резьбы характеризуются целым числом шагов на участке резьбы длиной один дюйм.

Резьба коническая дюймовая (ГОСТ 6111-52) – имеет профиль в виде равностороннего треугольника, нарезается на конической поверхности с конусностью 1/16. Обозначается буквой

, измеряется в дюймах. Применяется для герметичных соединений в трубопроводах машин и станков, изготовленных ранее. В настоящее время вместо конической дюймовой резьбы используется метрическая коническая.

Резьба трапецеидальная – служит для передачи движения и усилий, может быть однозаходной (ГОСТ 9562-81) и многозаходной (ГОСТ 24739-81), правой и левой. Профилем трапецеидальной резьбы является равнобокая трапеция с углом профиля 30 0 (рис. 6в). Для каждого диаметра резьбы стандарт предусматривает несколько шагов. Обозначается буквами , измеряется в мм.

Резьба круглая – применяется на цоколях, патронах, предохранительных стеклах и светильниках (ГОСТ 8587–71), а также в санитарно-технической арматуре (ГОСТ 13536–68), имеет профиль, полученный сопряжением двух дуг одного радиуса (рис. 6д), обозначается буквами

, измеряется в мм.

Резьбы специальные – это резьбы, которые имеют стандартный профиль, а диаметр или шаг, отличный от стандартного. Обозначение таких резьб на чертеже начинается буквами .

Резьбы нестандартные – квадратная и прямоугольная – изготавливают по индивидуальным чертежам, на которых должны быть заданы все параметры резьбы (рис. 6е).

Размеры наиболее употребляемых стандартных резьб приведены в приложении 1.

Во всех отраслях промышленности очень широкое применение нашли разъемные соединения технических деталей, осуществляемые при помощи резьбовых профилей (трапецеидального, треугольного, полукруглого, прямоугольного и др.). Основой образования резьбы является принцип винтовой линии. Если на поверхности конуса или цилиндра прорезать канавку, то режущий край резца создает винтовую поверхность, плоскость которой имеет зависимость от формы режущего края. Формирование винтового выступа можно вообразить как движение квадрата, трапеции, треугольника по поверхности конуса или цилиндра так, чтобы все точки передвигались по винтовой линии.

Виды резьбовых соединений и их назначение

Нарезным называется соединение резьбой двух деталей, одна из которых имеет внешнюю, а другая – внутреннюю резьбу. По эксплуатационному использованию соединения различают специальные и общего применения, применяемые для соединения одного типа элементов конкретного механизма. Резьба, полученная по наружной цилиндрической поверхности, называется внешней (условно – болт), а полученная по внутренней цилиндрической поверхности – внутренней (условно – гайка). Резьбовые соединения деталей широко используются в машиностроении (в большинстве современного транспорта более 60% всех элементов имеют резьбу). К первой группе относятся:

• крепежные (дюймовая, метрическая), которые используются для разъемного соединения деталей машин;
• кинематические (прямоугольная и трапецеидальная), которые используются для ходовых винтов, столов измерительных устройств и винтов суппортов станка и т. п., основное требование к которым – обеспечить точное передвижение при малейшем трении;
• арматурные и трубные (трубная коническая, коническая, цилиндрическая и метрическая), применяемые для арматуры и трубопроводов различного назначения, основная задача которых – создать герметичность соединений.

По профилю поперечного сечения резьбовые соединения делятся на упорные, треугольные, круглые трапецеидальные и прямоугольные. По направлению витков их разделяют на правые (закручивают по часовой стрелке) и левые (закручивают против часовой стрелки). По количеству мероприятий резьбовые соединения делятся на многозаходные и однозаходные. Характеристики распространяются на все резьбовые соединения. ГОСТ 9150-81 устанавливает единственный для них номинальный профиль.

Основные параметры резьбовых соединений

Главными параметрами являются:

• d (D) – внешний диаметр, резьба по которому обозначается условно;
• d1 (D1) – внутренний диаметр винта (гайки);
• d2 (D2) – средний диаметр, то есть диаметр представляемого соосного с резьбой цилиндра;
• P-шаг, соответствует расстоянию между соседними одинаковыми (левыми или правыми) боковыми гранями профиля в направленности, параллельной оси резьбы;
• t-ход, который соответствует относительному продольному передвижению за один оборот винта (гайки) и равен произведению шага на число мероприятий, t=P·n; для 2-х и 3-заходных винтов, когда происходит одновременная навивка соответственно 2-х и 3-х проволок указанного размера, величина хода равняется соответственно 2Р — для 2-заходного винта и 3P — для 3-заходного;
• α – угол профиля, пригодность резьбы определяет угол наклона боковых сторон, равный для симметричных резьбовых α/2.

Метрические резьбы

Метрические резьбовые соединения каждого диаметра в интервале 1-600 мм могут изготавливаться с шагами нескольких размеров. Однако они должны быть не более 6 мм. Большие шаги имеются только в резьбе диаметром 1-68 мм. Они используются, когда необходимо соединить большие детали. Кроме того, предусмотрен ряд мелких шагов, которые делают при тонкостенных деталях и ограниченной длине скручивания для повышения прочности и самотормозящих свойств при вибрационных нагрузках. А также в случаях, когда необходимо получить малые осевые передвижения при значительных углах поворота (например, микрометрические винты устройств). Длина скручивания с мелким шагом непостоянна и колеблется от 0,3 до 2d. ГОСТ 8724-81 содержит все указания о наличии и преимущества метрической резьбы (табл).

Таблица “Размеры и шаги метрических резьб” приведена ниже.

Обозначение резьбовых соединений на чертежах

При обозначении соединений на чертежах всех сфер строительства, промышленности и машиностроения, согласно ГОСТ 2311—68, за условность принято, когда линии в виде винта заменяют двумя линиями — сплошной тонкой и сплошной основной. При этом рисунок внутренней и внешней резьбы имеет такие особенности:

• Внутренние резьбовые соединения чертеж представляет главными сплошными тонкими линиями по внешнему диаметру и непрерывными линиями по внутреннему. Нарезка, отображаемая как невидимая, показывается штриховыми тонкими линиями одной и той же толщины по внутреннему и внешнему диаметрам.
• Наружные резьбовые соединения чертеж изображает основными непрерывными линиями по внешнему диаметру и непрерывными тонкими — по внутреннему. Обозначение резьбы показывает вид резьбы, номинальный диаметр, шаг (если она с мелким шагом), направление рези (если левая), поля допусков (табл).

Таблица резьбовых соединений приведена ниже.

Тип резьбы и номер стандарта (ГОСТ или СТ СЕВ)	Условное обозначение типа резьбы	Указанные на чертеже размеры	Примеры обозначения резьбы
Метрическая с большим шагом, ГОСТ 8724-81 (СТ СЕВ 181-75)	М	Внешний диаметр, мм	М10-6Н; М36-7М; М10LH-6H
Метрическая с малым шагом, ГОСТ 8724-81 (СТ СЕВ 181-75)	М	Внешний диаметр и шаг, мм	M64*2-7H
Метрическая для диаметров меньше 1 мм (часовая), ГОСТ 900-73	М	Внешний диаметр, мм	M0,6
Трапециевидная, ГОСТ 24738-81 (СТ СЕВ 1181-79)	Tr	Внешний диаметр и шаг, мм, и номер ГОСТа	Tr36*6-6H, ГОСТ 25738-81
Упорная, ГОСТ 10177-82 (СТ СЕВ 1181-79)	S	Внешний диаметр и шаг, мм	S80*16-4H
Трубная цилиндрическая, ГОСТ 6357-81 (СТ СЕВ 1157-78)	G	Условное обозначение диаметра резьбы в дюймах	G21/2-A
Трубная коническая, ГОСТ 6211-69 (СТ СЕВ 1115-78)	R	Условное обозначение диаметра резьбы в дюймах и номер ГОСТа	R3/4, ГОСТ 6211-81 (внешний) R3/4, ГОСТ 6211-81 (внутренний)
Конечная дюймовая с углом профиля 60″, ГОСТ 6111-52	K	Обозначение диаметра резьбы в дюймах и номер ГОСТа	K3/4″, ГОСТ 6111-52

Калибры для контроля резьбовых болтов и гаек

Калибры для контроля годности цилиндрических резьбовых соединений действуют как комплект жестких средств, осуществляющих контроль годности резьбы. Преимущество их состоит в том, что они обеспечивают полную взаимозаменяемость рези скручиваемых деталей. Все калибры делятся на две основные группы: для внешней и для внутренней резьбы. По принципу построения они делятся на непроходные и проходные, каждый из которых контролирует свою границу поля допуска, по форме поверхности – на нарезные и гладкие. Резьбовые соединения с полным профилем проходного калибра имеют контур номинального профиля и параметры, выполненные с высокой точностью.

Для проверки различных отверстий применяют проходные нарезные пробки (П-ПР и ПР), контролирующие внешний и средний диаметры, и непроходимые нарезные пробки (НЕ), контролирующие верхнюю границу среднего диаметра. В случае контроля калибрами нарезка считается пригодной, если проходной калибр скручивается с деталью по длине всей ее нарезки, а непроходной калибр – с деталью не более чем на две нити. Также применяются гладкие непроходные и проходные пробки для контролирования внутреннего размера нарезного отверстия.

Применение калибров

Пробки со вставками являются главным типом резьбовых пробок, имеют конусный хвостовик. Они изготавливаются диаметром от 1 до 50 мм. Уплотнение резьбовых соединений с внешним диаметром от 50 до 100 мм делают в виде насадок, фиксируемых на концах пластмассовой ручки винтами. Проверку внешней резьбы производят резьбовыми кольцами, изготовленными диаметром от 1 до 100 мм. Проходные кольца нарезаются по всей ширине кольца. Их внешняя поверхность накатывается. Непроходимые кольца обладают укороченной резьбой (оставляют только два три витка с укороченной резьбой). На них создают отличительную проточку посередине внешней накатанной цилиндрической поверхности кольца.

Средства измерения параметров резьбы

Микрометр со вставками является основным устройством для замера среднего диаметра нарезки в машиностроении (его часто называют “нарезной микрометр”). Чтобы провести расчет резьбовых соединений, пользуются определением, в котором средним диаметром резьбы считают длину между параллельными сторонами витков, расположенными на противоположных сторонах оси нарезки, и измеряя перпендикулярно оси нарезки.

Отличие микрометра от гладкого микрометра МК в том, что на торцах его пятки и микровинта сделаны отверстия, в которых размещаются вставки. Когда прибор охватывает вставками реальную резьбу, коническая вставка входит во впадины, а призматическая охватывает виток. В этом расположении отсчет по шкалам барабана и стебля дает размер среднего диаметра измеряемой детали.

Микрометр со вставками имеет цену деления с=0,01 мм. Диапазон измерения – 25 мм, а границы измерения: 0-25; 25-50 и т. д., до 325-350 мм.

Микрометр от 0 до 25 мм устанавливается на «0» гайками вместе со вставками, возведенными до упора, а микрометры для измерения размеров более 25 мм устанавливаются на нижнюю границу измерения с приложенной к каждому прибору установочной меры. Вставки для замера среднего диаметра приложены парами к каждому микрометру: призматическая и коническая. Размер измерительных поверхностей каждой пары зависит от шага резьбы. Погрешность измерения микрометром со вставками составляет от 0,025 до 0,20 мм.

Замер средней резьбы методом трех проволочек

Замер среднего диаметра с использованием проводов осуществляется значительно точнее, чем микрометром со вставками. Размер проволоки подбирается так, чтобы образующие провода касались винтовой поверхности в зоне собственно среднего диаметра d2. Наибольший диаметр проволоки для метрической резьбы равен dnp=0,577Р. Пересчет из размера М на размер среднего диаметра d2 для метрической резьбы вычисляют по формуле d2=M-1,438dnp (метод измерения является косвенным).

Провода для измерения среднего диаметра производит инструментальная промышленность, выпуская их комплектами из 3 шт. Номинальные размеры проводов зависят от шага и составляют от 0,101 до 3,464 мм. Допустимые отклонения диаметра проводов от номинального размера ±0,5 мкм. Отклонение формы находятся в пределах допуска размера проводов. Особенно строго контролируется огранки поверхности проволоки. Погрешность измерения среднего диаметра с использованием трех проводов невелика и составляет 1,5-2 мкм. Средний диаметр калибров-пробок рабочих и контрольных измеряется только с помощью трех проводов.

Инструментальный измерительный микроскоп

Применяются две модели инструментальных микроскопов: БМИ и ММИ. Обе они созданы согласно одной принципиальной схеме и имеют отличия друг от друга, прежде всего, в габаритных размерах, наборе принадлежностей и границах измерения. Приборы позволяют измерить все главные элементы профиля внешней резьбы, резьбовых калибров, метчиков, различных фрез и других инструментов. Путем измерения в полярных или прямоугольных координатах на микроскопах также проверяют усилие резьбового соединения, размеры и контур калибров и деталей сложной формы, фасонные резцы, фасонные фрезы, формовые детали штампов и пресс-форм, шаблоны и пр. Все измерения на микроскопе выполняются бесконтактным методом.

О методике изготовления самотормозящего резьбового соединения

Известно, что существующая резьба и резьбовые соединения изготавливаются при помощи специально разработанных и стандартизированных инструментов. Часто это требует соответствующего оборудования и осуществляется по существующей методике нарезания. Но известные методики и способы изготовления стандартизированной резьбы не могут быть использованы для специальной, разработанной и внедренной в производство самотормозящей резьбы. Проблема в том, что в этом случае она нарезается конической в конце болта со специальным профилем. Причем витки имеют переменную высоту, но диаметры болта остаются постоянными.

Сечение винтовой нарезки имеет три характерные части, то есть треугольник у вершины и две трапеции в ее середине и основе. Показатели прочности и момент трения в резьбе выгодно отличаются от подобных параметров стандартной резьбы. В мире также разработано специальное прочное резьбовое соединение труб, которое уже получило положительные отзывы. Основным результатом изобретения является удачное решение поставленной задачи изменением профиля.

Самотормозящий фиксатор резьбовых соединений подобного прототипа состоит из стержня и гайки с нарезками. Нарезной конец болта имеет также коническую поверхность, на которой сделана резьба так, что ее диаметры по всей длине нарезки также постоянны. Вершины профиля одной составляющей нарезного соединения выполнены в форме сегментов с одинаковым радиусом дуг. Закругления впадин второго элемента соединения выполнены тем же самым радиусом, что и вершины витков болта. Центры дуг сегментов стержня находятся на линии, которая является параллельной образующей конуса наружной поверхности стержня. Выполнение вершин профиля гайки или стержня болта в соответствии с приведенными параметрами с указанной геометрией впадин стержня или гайки позволяет получить прочный фиксатор резьбовых соединений, обеспечить надежное стопорение гайки без применения дополнительных стопорных деталей, повышать конструктивные и эксплуатационные характеристики соединения и уменьшать его металлоемкость.

Анализ основного механизированного инструмента

Резьбовые соединения составляют до 60-80% всех видов соединений, которые есть в конструкциях машин, тракторов, автомобилей, прицепов. Трудоемкость откручивания и закручивания винтов, болтов, гаек, шпилек и всех других деталей, имеющих нарезную поверхность, на специализированных ремонтных мастерских составляет 26-64% от общей трудоемкости разборочно-сборочных работ, а на СТО этот процент еще выше. Эта информация дает понять необходимость первоочередной механизации при работах с деталями, имеющими резьбу. При разборке механизированный инструмент способствует сохранению значительного количества крепежных деталей, пригодных для повторного использования, сокращает продолжительность выполнения операции в три-пять раз. Происходит увеличение производительности труда приблизительно на 15%. Механизированный инструмент целесообразно использовать при наличии на машине значительного количества крепежных деталей одинаковых размеров, а также, когда не требуется строго соблюдать установленное усилие. При выборе механизированного инструмента для осуществления разборочно-сборочных работ нужно заранее знать моменты затяжки резьбовых соединений. При повторном закручивании деталей эту величину необходимо увеличить на 10-15%. При откручивании заржавевших гаек и винтов крутящие моменты затяжки резьбовых соединений требуется увеличивать в 1,5-2 раза.

Механизированный инструмент (гайковерты, шпильковерты и т. д.) постоянно модернизируется. По типу двигателей он может быть электрическим, гидравлическим и пневматическим, а в зависимости от конструкции – ручным, подвесным, передвижным и стационарным.