Какой бывает резьба: виды и параметры

Какой бывает резьба: виды и параметры

Любая конструкция просто не может обойтись без резьбового соединения. Резьбы, виды которых применяются в самых разных отраслях промышленности, являются сегодня одним из лучших крепёжных соединений. Своим внешним видом она напоминает витки спирали, нанесённые на ось цилиндрической или конической формы. Такое соединение используется в винтовых передачах, оно считается важнейшим элементом крепежа.

  • Функциональное назначение резьбы
  • Положительные и отрицательные свойства
    • Классификация резьбовых соединений

Метрическая резьба

Метрическая резьба (рис. 2) — основная треугольная крепежная резьба. Метрические резьбы бывают с крупными и мелкими шагами. Наиболее распространена метрическая резьба с крупным шагом, так как по сравнению с резьбами с мелкими шагами она оказывает меньшее влияние на износ и ошибки изготовления. Метрические резьбы с мелкими шагами по сравнению с резьбой с крупным шагом при одном и том же наружном диаметре обеспечивают детали большие прочность (глубина канавок резьбы меньше и внутренний диаметр резьбы больше) и надежность от самоотвинчивания (шаг резьбы, а следовательно, и угол подъема резьбы меньшие). Поэтому метрические резьбы с мелкими шагами применяют при изготовлении тонкостенных резьбовых деталей, служащих для регулирования и подверженных действию динамических нагрузок.

Рис. 2 — Метрическая резьба

Дюймовая резьба

Этот класса применяется по большей части при создании разъемных стыков трубопроводной арматуры (труб, кранов, клапанов и пр.). Ее наносят на изделия выполненные из металла, пластика. Ключевые параметры определены в ГОСТ 6111-52. В нем приведены таблицы, в которых определены размеры, шаги и допуски. Все размеры и условное обозначение приводят в дюймах.

В основании этого вида лежит треугольник с углом при вершине в 55 градусов. Как и у метрической вершины и впадины удалены.

Производители выпускают детали с трубным профилем от 3/16 (4,8 мм) до 4 (101 мм) дюймов.

Дюймовая резьба

Дюймовая резьба имеет профиль в форме равнобедренного треугольника со значением угла 55°, что отличает ее от формы профиля метрической нарезки. Диаметры резьбы измеряются в дюймах. Шаг определяется в количестве витков на 1 дюйм длины резьбовой части изделия. В промышленности применяются резьбовые соединения с наружным диаметром от 3/16 до 4 дюймов с числом витков на один дюйм от 3 до 28. Этот тип нарезки широко применяется на деталях трубопроводов, а также на крепеже производства США, Великобритании и ряда других стран.

Также выпускаются изделия с конической дюймовой резьбой. Благодаря конической форме достигается улучшенная герметичность соединения, что позволяет не использовать уплотнительные элементы. Коническая дюймовая нарезка широко применяется при прокладке напорных трубопроводов малого диаметра в гидравлических системах.

Назначение и сфера применения

Резьба, согласно положениям ГОСТ №2.331-68, определяется как поверхность сформированная совокупностью чередующихся впадин и выступов определенного профиля, размещенная на внутренних либо наружных стенках тела вращения.

Функциональным назначением резьбы является:

  • удержание деталей на требуемом расстоянии по отношению друг к другу;
  • фиксация деталей и ограничение возможности их смещения;
  • обеспечение плотности соединения стыкующихся конструкций.

Основой любой резьбы является винтовая линия, в зависимости от конфигурации которой выделяют следующие виды резьбы:

  • цилиндрическая – резьба, сформированная на цилиндрической поверхности;
  • коническая – на поверхности конической формы;
  • правая – резьба, винтовая линия которой направлена по часовой стрелке;
  • левая – с винтовой линией против часовой стрелки.

Резьбовое соединение – стыковка двух деталей посредством резьбы, обеспечивающая их неподвижность либо заданное пространственное перемещение относительно друг друга. Такие соединения классифицируются на две основные категории:

  • соединения, полученные с применением специальных соединительных элементов – винтов, шпилек, гаек и шайб (сюда относится все разновидности фланцевого монтажа);
  • соединения, образованные свинчиванием двух стыкующихся конструкций без сторонних крепежей (в сантехнике – муфтовое соединение труб).

Схема муфтового соединения труб

Действующие ГОСТ определяют следующие основные параметры резьбы:

  • d – номинальный наружный диаметр винта либо болта, указывается в миллиметрах;
  • d1 – внутренний диаметр гаек, размер которого должен совпадать с величиной d ответного крепежного элемента;
  • p – шаг резьбы, указывающий на расстояние между двумя соседними гребнями винтовой линии;
  • a- угол профиля, указывает на угол между смежными выступами винтовой линии в осевой плоскости.

Шаг резьбы определяет, к какому классу она относится – основному либо мелкому. На практике отличия между ними заключаются в том, что мелкие резьбовые соединения (в такой конфигурации выполняются все крепежи диаметром от 20 мм), за счет минимального расстояния между гребнями винтовой линии, более устойчивы к самоотвинчиванию.

Преимущества и недостатки

Широкое распространение резьбовых соединений обуславливается наличием у данного метода крепежа множества эксплуатационных преимуществ, к числу которых относится:

  • надежность и долговечность;
  • возможность контроля над силой сжатия;
  • фиксация в заданном положении благодаря эффекту самоторможения;
  • возможность сборки и демонтажа с применением широко распространенных инструментов;
  • сравнительная простота конструкции;
  • обширный сортамент и типоразмеры крепежных элементов, их низкая стоимость;
  • минимальные размеры крепежей в сравнении с размерами соединяемых деталей.

К недостаткам данных соединений относится неравномерное распределение нагрузки по винтовой линии резьбы (около 50% давления приходиться на первый виток), ускоренный износ и ослабление стыка при частой разборке крепежа и его склонность к самоотвинчиванию под воздействием вибрационных нагрузок.

Отличия между метрической и дюймовой резьбой (видео)

Инструменты для нарезания резьбы

Внутренняя резьба выполняется метчиком — винтом с продольными режущими кромками. Состоит из хвостовика для закрепления в воротке и рабочей части, осуществляющей нарезание резьбы. Условно подразделяются на два типа: ручные (слесарные) и машинные.

Слесарный набор для выполнения метрической резьбы комплектуется в зависимости от размера резьбы:

  • одним метчиком (8–18 мм);
  • двумя (6–24 мм) — черновым и чистовым;
  • тремя метчиками (2–52 мм) — черновым, средним, чистовым.

Маркировка изделий наносится на хвостовике, где отображается размер резьбы (М10) и одна риска, если это черновой метчик, две — для углубления резьбы, три или без них — чистовой метчик. Иногда встречается обозначение цифрами 1, 2, 3.

Конструкция комбинированных метчиков представляет собой два участка с разной величиной режущих кромок, что позволяет экономить время. Режущая часть метчика может быть исполнена в форме конуса для сквозных или в виде цилиндра для глухих отверстий.

Перед нарезанием внутренней резьбы сверлится отверстие меньшего диаметра, значение которого находится в специальных таблицах. В процессе работы метчик держится строго перпендикулярно, в рабочую зону добавляется смазка. Через каждые 4–5 витков следует выкручивать метчик и удалять стружку, что удобно делать специальным ёршиком.

Наружная резьба выполняется в промышленных масштабах на токарных станках резцами или резьбонакатными устройствами, при разовых потребностях используют плашки:

  1. Цельные круглые — обеспечивают высокое качество, для работы закрепляются в держателе и фиксируются стопорными винтами.
  2. Разрезные — состоят из двух половинок, поэтому имеют меньшую жесткость, применяются для нетребовательных соединений.
  3. Раздвижные — используются в клуппах, позволяющих изготавливать трубную резьбу различного размера.

Внешне плашка напоминает гайку с расположенными внутри режущими гранями и отверстиями для отвода стружки. Существуют плашки для изготовления резьбовых соединений разных систем измерения: дюймовой или метрической, несовместимых друг с другом. Диаметр обрабатываемого стержня должен быть такой же, как и наружный размер плашки. Для большей точности используются парные инструменты, исполняемые ими размеры резьбы отличаются на полмиллиметра.

Читайте также  Фторопласт температура плавления

Для выполнения трубной резьбы выпускаются клуппы разных конструкций. В корпусе этих устройств размещаются подвижные режущие плашки, которые поворотом план-шайб устанавливаются на нужный диаметр резьбы. Инструменты комплектуются двумя наборами плашек для труб диаметром 15, 20 мм и 25, 32, 38, 50 мм. В стеснённых местах используется трещоточный клупп с храповым механизмом.

Цилиндрическая резьба по металлу классифицируется по размерам, положению на поверхности, числу заходов и области использования. В производстве выделяют несколько видов резьбы:

  • метрическую;
  • дюймовую (условные обозначения размеров в дюймах);
  • метрическую коническую;
  • круглую;
  • трапецеидальную;
  • упорную.

Данные виды используются в промышленности для соединения деталей различных видов.

Метрическая

Такой вид резьбового профиля применяется для крепежных соединений. В результате соблюдения технических условий ее можно использовать как ходовую. В разрезе резьба имеет вид треугольника с равными боковыми сторонами, угол вершины которого равен 55°. Изготавливается с одним или несколькими заходами для увеличения прочности соединения деталей.

В промышленности выделяют резьбы с размерами от 0,25 мм до 600 мм, при шаге 0,25 мм до 6мм, правого и левого исполнения. Мелкий шаг применяется для тонкостенных поверхностей. В маркировке изделия присутствует буквенное обозначение М, размер, шаг, а также добавляют число заходов и вид исполнения.

Метрическая резьба

Дюймовая

Применяется такой тип резьбы для соединения труб и запорной арматуры. Наносится на металлические поверхности и пластик. Размеры указываются в дюймах, в разрезе имеет вид треугольника с равными сторонами с углом вершины 55°. Впадины и вершины удаляются для предотвращения притирания металла. Размерный ряд начинается от 3/16 до 4 дюймов.

Метрическая коническая

Данный резьбовой профиль наносят на заготовку конического вида по внутренней или внешней поверхности. По техническим условиям угол конусности составляет значение 1:16. Применяется в трубных креплениях для создания повышенной герметичности. На чертежах метрическая коническая резьба маркируется МК, затем указывается значения размера и шага.

Круглая

Круглая резьба используется в трубных крепежах, при соединении кранов, стыков и ответвлений. В документации маркируется Кр, после указаны номинальные размерные значения. В основании и на вершинах производятся округлый профиль с углом 30°.

Трапецеидальная

Резьбу такого вида считают ходовым. Отличается от аналогов свойством самостоятельного торможения. Данная характеристика достигается при вращательном движении гайки по валу, в результате которого появляется повышенное трение. Не требует использования дополнительных элементов для закрепления деталей.

Применяется трапецеидальная резьба для преобразования вращения в поступательное трапецеидальное. Используется в автомобильной технике, промышленном оборудовании, станках, робототехнике. Движение детали на валу проходит плавно без рывков. Номинальные размеры от 8 мм до 640 мм, при шаге от 1,5 мм до 12 мм. На схемах маркируется Тр, а после указываются основные параметры.

Упорная

Используется такой тип резьбового профиля для оборудования, на валах которого наблюдается повышенная осевая нагрузка. В разрезе представляет собой трапецию с расположением рабочей стороны под углом 3°, а другой под углом 30°. Обозначается латинской буквой S.

Упорная резьба

Назначение и сфера применения

Резьба, согласно положениям ГОСТ №2.331-68, определяется как поверхность сформированная совокупностью чередующихся впадин и выступов определенного профиля, размещенная на внутренних либо наружных стенках тела вращения.

Функциональным назначением резьбы является:

  • удержание деталей на требуемом расстоянии по отношению друг к другу;
  • фиксация деталей и ограничение возможности их смещения;
  • обеспечение плотности соединения стыкующихся конструкций.

Основой любой резьбы является винтовая линия, в зависимости от конфигурации которой выделяют следующие виды резьбы:

  • цилиндрическая – резьба, сформированная на цилиндрической поверхности;
  • коническая – на поверхности конической формы;
  • правая – резьба, винтовая линия которой направлена по часовой стрелке;
  • левая – с винтовой линией против часовой стрелки.

Резьбовое соединение – стыковка двух деталей посредством резьбы, обеспечивающая их неподвижность либо заданное пространственное перемещение относительно друг друга. Такие соединения классифицируются на две основные категории:

  • соединения, полученные с применением специальных соединительных элементов – винтов, шпилек, гаек и шайб (сюда относится все разновидности фланцевого монтажа);
  • соединения, образованные свинчиванием двух стыкующихся конструкций без сторонних крепежей (в сантехнике – муфтовое соединение труб).

Схема муфтового соединения труб

Действующие ГОСТ определяют следующие основные параметры резьбы:

  • d – номинальный наружный диаметр винта либо болта, указывается в миллиметрах;
  • d1 – внутренний диаметр гаек, размер которого должен совпадать с величиной d ответного крепежного элемента;
  • p – шаг резьбы, указывающий на расстояние между двумя соседними гребнями винтовой линии;
  • a- угол профиля, указывает на угол между смежными выступами винтовой линии в осевой плоскости.

Шаг резьбы определяет, к какому классу она относится – основному либо мелкому. На практике отличия между ними заключаются в том, что мелкие резьбовые соединения (в такой конфигурации выполняются все крепежи диаметром от 20 мм), за счет минимального расстояния между гребнями винтовой линии, более устойчивы к самоотвинчиванию.

Преимущества и недостатки

Широкое распространение резьбовых соединений обуславливается наличием у данного метода крепежа множества эксплуатационных преимуществ, к числу которых относится:

  • надежность и долговечность;
  • возможность контроля над силой сжатия;
  • фиксация в заданном положении благодаря эффекту самоторможения;
  • возможность сборки и демонтажа с применением широко распространенных инструментов;
  • сравнительная простота конструкции;
  • обширный сортамент и типоразмеры крепежных элементов, их низкая стоимость;
  • минимальные размеры крепежей в сравнении с размерами соединяемых деталей.

К недостаткам данных соединений относится неравномерное распределение нагрузки по винтовой линии резьбы (около 50% давления приходиться на первый виток), ускоренный износ и ослабление стыка при частой разборке крепежа и его склонность к самоотвинчиванию под воздействием вибрационных нагрузок.

Отличия между метрической и дюймовой резьбой (видео)

Рис. 5.2. Геометрические параметры резьбы

Номинальные значения диаметров одинаковы для винта d и для гайки D, зазоры образуются за счет предельных отклонений размеров диаметров, поэтому:

Р – шаг резьбы, это расстояние между одноимёнными сторонами соседних витков, измеренное в направлении оси резьбы;

h – рабочая высота профиля;

α – угол профиля.

На развертке одного витка резьбы (рис. 5.2, б) показаны следующие параметры:

ψ – угол подъёма винтовой линии (по среднему диаметру).

(5.2)

где Ph – ход резьбы.

Ph = n, (5.3)

где n – число заходов.

Все геометрические параметры резьбы и допуски на их размеры стандартизированы.

5.3. Основные типы резьб

5.3.1. Выбор профиля резьбы

Профиль резьбы определяется многими показателями, важнейшими из которых являются: а) прочность;

б) момент трения в резьбе;

Крёпежная резьба должна обладать высокой прочностью и высоким моментом трения в резьбе. Прочность является основным критерием работоспособности и расчёта. Высокий момент трения в резьбе предотвращает резьбовые детали от самоотвинчивания.

Момент трения зависит от коэффициента трения, который в свою очередь связан с углом профиля α (рис. 5.3) в соответствии с формулой:

, (5.4)

где – приведенный коэффициент трения.

Рис. 5.3. Схема к определению Рис. 5.4. Прямоугольная резьба силы и коэффициента трения

Анализ выражения (5.4) показывает, что для увеличения момента трения в резьбе необходимо принимать максимальный угол профиля. Это реализовано в наиболее распространённой крепёжной резьбе – метрической с треугольным профилем и углом α = 60 о (рис. 5.2). При этом f ‘ ≈ 1,15f.

Читайте также  Обозначение метрической резьбы

NB 5.1. Крепёжные резьбы имеют максимальный угол профиля α = 55…60 о . Это обеспечивает максимальную прочность и максимальный момент трения в резьбе.

Требования к ходовой резьбе по коэффициенту трения противоположны, так как эта резьба является элементом передачи «винт-гайка» и должна иметь максимальный КПД, то есть наименьший момент трения. Прямоугольный профиль с α = 0 (рис. 5.4) и близкий к нему трапецеидальный отвечают этим условиям. Так, в трапецеидальной резьбе с α/2 = 30 о f¢ =1,03f, а прямоугольная и упорная имеют f¢ = f.

Прочность резьбы на срез рассчитывают по сечению с-с (рис. 5.3). Для резьб отношение ширины впадины опасного сечения к шагу равно:

а) 0,85 – для треугольной резьбы;

б) 0,65 – для трапецеидальной;

в) 0,5 – для прямоугольной резьбы.

Следовательно, при одном и том же шаге Р треугольная резьба на 70% прочнее прямоугольной. Для ходовой резьбы основной критерий не прочность, а износостойкость, поэтому минимальный угол профиля полностью отвечает главному требованию. Ниже рассмотрены другие характеристики наиболее распространённых резьб.

NB 5.2. Минимальные углы профиля ходовых резьб обеспечивает минимальный момент трения и максимально возможный КПД.

5.3.2. Метрическая резьба

Метрическая резьба имеет треугольный профиль с углом α = 60 о (рис. 5.2). Вершины витков и впадин притуплены по прямой или окружности для: а) уменьшения концентрации напряжений; б) предохранения от повреждений; в) повышения стойкости инструмента.