Виды резьбовых соединений и их классификация

Основные размеры дюймового крепежа UNC приведены в таблице дюймовых резьб

Виды трубной резьбы и размеры

Резьба оценивается по нескольким критериям:

• Направление и расположение.
• Профильные элементы, здесь речь идет о выступах и выемках, которые отлично видны на продольном разрезе.
• Величина, взятая в качестве единицы измерения профильных элементов. Измеряются размеры трубных резьб в мм или дюймах.
• Внутренний поперечник. Эта величина у разных деталей измеряется по-разному: на болтах – по рельефным выемкам, на гайках – по внешнему профилю.
• Шаг резьбы определяет расстояние между двумя соседними витками, расположенными параллельно.

Трубной дюймовой и метрической резьбе соответствуют разные размеры. Главным определяющим параметром является поперечное сечение. Причем определяется метрическая резьба по диаметру трубы и шагу. Дюймовая нарезка характеризуется количеством витков, которое приходится на один дюйм или долю дюйма. Однако стоит учитывать, что по сравнению со стандартным дюймом, величина которого 2,54 см, трубный дюйм имеет отличие и равен 3,324 см.

Насечки выполняются тремя способами:

• Накатом в процессе изготовления трубы.
• Нарезка на специальном токарном оборудовании.
• Ручное нарезание метчиком и плашкой.

Классификация резьбы

Виды резьбы, как конструктивный элемент детали, подлежат классификации. Т.е., всё многообразие видов резьбы можно сгруппировать по сходным классификационным признакам.

Такими признаками, например, являются:

• Размещение по поверхности детали – внешняя резьба или внутренняя резьба.
• Функциональное назначение – для соединения деталей, для передачи движения, для передачи усилий.
• Размеры – диаметр изделия, шаг резьбы.
• Система единиц измерения параметров резьбы – метрическая (измерения в миллиметрах), дюймовая (измерения ведутся в долях дюйма), питчевая (измерения параметров резьбы ведётся в питчах).
• Форма зуба – треугольная, прямоугольная, трапецеидальная и другие.
• Количество заходов резьбы – однозаходная резьба (это одна выступающая линия на поверхности цилиндра), многозаходная (это несколько параллельных линий с одинаковыми параметрами).
• Способ изготовления резьбы на изделии – резание лезвием, резание абразивом, накатка, прессование, литьё, электрохимические технологии.

В каждой из обозначенных классификационных групп существуют более конкретные признаки, описывающие особенности резьбы. По этим признакам осуществляется более подробная классификация резьбы.

Дюймовая резьба

Другие параметры

Резьба, кроме рассмотренных выше, определяется параметрами:

1. 1. Угол подъема резьбы.Это угол (ψ), который образуется между касательной к винтовой линии и плоскостью, проходящей перпендикулярно осевой линии резьбы. Его определение осуществляется по формуле:
      • для однозаходных
      • для многозаходных
   2. Длина свинчивания.Эта характеристика равна длине участка, на котором наружная и внутренняя резьбы перекрывают друг друга в осевом направлении.
   3. Сбег.Это место, где резьба переходит к гладкой, ненарезанной, поверхности детали. На этом участке она имеет неполный профиль.
   4. Длина.Размеры определяются по длине, равной сумме длины резьбы с полным профилем и участков сбега и фаски.

   Знание сведений, характеризующих основные элементы резьбы, позволяет точно выполнить операции по ее нарезанию, как на металлорежущих станках, так и вручную с помощью плашек и винторезов.

Ход и шаг

Важными резьбовыми элементами являются:

1. Шаг.Этот параметр представляет собой расстояние, на котором расположены одноименные точки профиля в направлении, параллельном оси. Это участок, который разделяет одноименные точки на двух соседних витках. Обозначается буквой «Р». Исходя из размера диаметра изделия, используются соединения с шагами:
   • крупным (основным);
   • мелким.

   Для изделий диаметром менее 68 мм применяются резьбы с крупными и мелкими шагами. Только с мелкими шагами нарезаются резьбы на изделия диаметром более 68 мм.

2. Ход резьбы.Под этим определением следует понимать отрезок, длиной равной расстоянию по направлению, параллельному оси резьбы, между двумя одинаковыми точками на рядом расположенных витках одного захода. Обозначается P_h. Он равен у:
   • однозаходной – шагу, т.е. P_h=P;
   • многозаходной – произведению количества заходов на длину шага, т.е. P_h=nP.

Шаг указывается на маркировке, также его можно определить из параметрических таблиц. Крупные шаги, они являются основными, на маркировке не указываются. Также шаг определяется путем:

1. измерения резьбовыми калибрами (резьбомерами);
2. сопоставления резьб различных деталей между собой;
3. ввинчивания во внутреннюю резьбу наружной, при этом не должно быть сопротивления ввинчиванию;
4. измерения с помощью штангенциркуля хода и деления полученного значения на число заходов.

Для измерения шага рекомендуется использовать болт, а не гайку, потому что есть возможность контролировать процесс измерений визуально. Цель определения шага – правильный выбор инструмента для нарезания или сверла под отверстие для резьбы.

Профили и параметры резьбы

Наибольшее распространение получил метрический профиль. Для регламентирования основных параметров был принят ГОСТ 9150-81, который затем сменился ГОСТ 9150-2002 . Среди особенностей подобной поверхности можно отметить следующие моменты:

1. Витки напоминают равносторонний треугольник, угол профиля 60 градусов. Наружные витки обладают несколько иным углом притупления витков и впадин Основными параметрами считаются номинальный диаметр и шаг расположения витков.
2. Варианты исполнения с мелким шагом применяются в случае, когда нужно обеспечить высокую герметичность получаемого соединения.
3. При обозначении применяется буква «М», после которой указывается диаметр. Допуски и другая информация отображается на чертеже только в случае, когда он используется для получения высокоточных и качественных изделий.

Меньшее распространение получил дюймовый тип крепежных изделий. Сегодня на территории СНГ практически отсутствуют стандарты, регламентирующие основные параметры подобной поверхности. Дюймовые варианты исполнения, как правило, применяются при проведении ремонта. Особенность подобного варианта исполнения заключается в выражении основных размеров в дюймах.

Трубная цилиндрическая резьба характеризуется профилем, который свойственен метрической. Поверхность образуется за счет треугольников с равными сторонами и углом при вершине 55 градусов. В качестве стандартов был принят ГОСТ 6367-81. Применяется она для соединения труб и тонкостенных цилиндрических изделий. Для конической был разработан собственный ГОСТ 6211-81, профиль в этом случае соответствует дюймовой. Трубные варианты исполнения встречаются сегодня крайне часто. Процесс их нарезания был существенно упрощен за счет появления специальных инструментов и оборудования.

Трубная цилиндрическая резьба

Встречается крепежный элемент в виде трапеции. В этом случае профиль напоминает равнобокую трапецию, угол между отдельными сторонами составляет 30 градусов. Применяется подобная форма в случае, если заготовка имеет диаметр от 10 до 640 мм. Обозначения и многие другие моменты указываются в ГОСТ 9481-81. Область применения – передача вращения.

Упорная стандартизирована ГОСТ 24737-81. Форма в этом случае напоминает неравнобокую трапецию, одна из сторон накланяется на угол 3 градуса. Область применения – передача одностороннего усилия, которое оказывает воздействие в осевом направлении

Параметры резьбы

В нормативной документации можно встретить все распространенные обозначения и размеры, требующиеся для определения размеров и других качеств резьбовой поверхности.

Что такое метрическая и дюймовая резьба

Перед тем, как разобраться с определением шага резьбы при помощи резьбомера, нужно выяснить, чем отличается метрическая резьба от дюймовой и наоборот? Резьбы по системе мер подразделяются на два основных вида:

• Метрические — используется на следующих видах крепежных деталей: болтах, винтах, гайках, шпильках и прочих. Метрический тип нарезки возник еще в Советском Союзе, и активно используется сегодня
• Дюймовые — это американский стандарт нарезки, с которым домашние мастера сталкиваются при работе с сантехническими изделиями. Однако дюймовая нарезка встречается не только на сантехнических приборах, но и крепежных элементах

Разберемся более детально в вопросе о том, чем отличается метрическая резьба от дюймовой, и где они применяются чаще всего.

Отличительная особенность метрической резьбы (ГОСТ 24705-91) в соответствующей форме профиля, имеющего вид равностороннего треугольника. Угол между вершинами этого треугольника равен 60 градусов, о чем уже упоминалось выше. Вершины или пики имеют тупую форму, то есть, выступы для сопряжения с винтом или гайкой срезаны. Для обозначения диаметра винта и шага резьбы используется единица измерения — миллиметры. Резьба такого типа может иметь крупный и мелкий шаг, что зависит от сферы применения соответствующих деталей. Детали с маленьким шагом используются преимущественно для регулировки, а также в устройствах, на которые воздействуют динамические нагрузки. Для обозначений крупной резьбы используется маркировка в виде буквы М и соответствующая цифра, например, 20. Это означает, что на заготовке нарезана метрическая резьба с диаметром 20 мм. Мелкая резьба на заготовке имеет аналогичное обозначение, только добавляется цифровое значение. Это значение указывает шаг резьбы, например, 1,5 мм. Ниже на фото представлена схема устройства метрической резьбы.

Кроме метрической, часто используется дюймовая резьба (ГОСТ 6111-52). Новички, которые не знают о существовании этих двух видов нарезки, сталкиваются с некоторыми трудностями. Чтобы понять, что это за трудности, рассмотрим конструктивные особенности дюймовой резьбы. В профиле она имеет аналогичную форму, как и метрическая, но ее основное отличие в измененном углу между вершинами. Этот угол равен 55 градусам, что и отличает ее по конструкции от метрической нарезки. Для обозначения размеров дюймовой резьбы используется единица измерения — дюймы. В 1 дюйме 25,4 мм, а для обозначения дюймов используется два штриха. Дюймовая резьба может также быть крупной и мелкой, и характеризуется количеством ниток на один дюйм. Закрутить гайку с метрической резьбой на деталь с дюймовой нарезкой не получится, как и наоборот.

Резьба дюймовая и метрическая бывают наружными и внутренними, а основными их техническими параметрами являются:

1. Шаг — это расстояние между двумя вершинами витков
2. Глубина — расстояние от вершины до основания
3. Угол профиля — это расстояние в градусах между боковыми частями профиля в плоскости оси
4. Наружный диаметр — размер заготовки в области наличия нарезки, измеряемый по вершинам витков
5. Внутренний диаметр — это расстояние, которое соответствует размеру цилиндра с присутствующими витками

Параметры резьбы

Когда известно отличие метрической резьбы от дюймовой нарезки, можно приступать к рассмотрению вопроса о том, как научиться пользоваться резьбомером. Хотя этот прибор имеет простую конструкцию, но далеко не каждый способен правильно произвести соответствующие измерения (к тому же многие не знают о том, что существует специальный инструмент). От правильности выполненных действий зависит эффективность соединения.

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.

Соотношение дюймовой и метрической резьбы

Важной особенностью американской дюймовой резьбы является то, что у нее угол треугольника при вершине составляет 60 градусов, аналогичный показатель и у стандартной метрической резьбы. Поэтому профиль у них одинаковый, остается только перевести диаметры из одной измерительной системы в другую, чтобы понимать какой крепеж применяется в том или ином случае

Американская резьба измеряется в дюймах и долях дюйма, в то время как метрическая использует миллиметры. Необходимо знать, что 1 дюйм=25,4 мм. Чтобы стандартизировать параметры, не прибегая к расчетам можно воспользоваться соответствующей таблицей:

Данную информацию можно использовать при подборе крепежа и проделывании монтажных отверстий, а также ремонте оборудования и механизмов, в которых используются дюймовые болты, шпильки и т.д.

В некоторых случаях требуется определить тип резьбы, но сделать это на глаз очень сложно. Например, болты UNC 5/16″ очень схожи с метрическими М8. Здесь на помощь придет метрический резьбомер, его шаблоны никогда не подойдут к дюймовой нарезке и идеально подойдут к метрической.

Есть еще один простой способ определить тип болта. На головке метрических болтов с классом прочности от 2 наносится его числовое значение, в то время как на головку американского крепежа наносятся радиальные линии. По ним же можно определить класс прочности американского болта.

Кроме механизмов и приспособлений, произведенных в странах, где принята дюймовая система измерения длин, в России американская дюймовая резьба применяется для соединения разнотипных  трубопроводов. Часто диаметр пластиковых и стальных труб измеряется именно в дюймах, что вынуждает использовать на них и в соединительных фитингах именно этот тип резьбового соединения. Оно позволяет получить идеальный крепеж, который не пропускает протекающую по трубам жидкость или газ. При этом размеры труб, применяемых при монтаже, обязательно указываются в проектной и технической документации.

Конструктивные элементы трубной резьбы

Основными конструктивными элементами трубной резьбы являются:

• Сбег – участок с неполным профилем резьбы на переходе от резьбы к гладкой поверхности детали.
• Недорез – участок без резьбы или с неполным профилем резьбы, обусловленный технологией изготовления резьбы.
• Проточка – элемент, позволяющий устранить недорез резьбы за счет уменьшения наружного диаметра цилиндрической поверхности, расположенной за наружной резьбой, или за счет увеличения внутреннего диаметра цилиндрической поверхности, расположенной за внутренней резьбой.
• Фаска – скос на торцевой поверхности детали, упрощающий сборку резьбового соединения.

Размеры сбегов, недорезов, проточек для наружных трубных резьб

На рисунке показаны конструктивные элементы наружной трубной резьбы.

Размеры конструктивных элементов – сбегов, недорезов, проточек, представлены в таблице.

Размеры конструктивных элементов внутренних трубных резьб

Основные элементы внутренней трубной резьбы показаны на рисунке.

Размеры конструктивных элементов внутренней резьбы представлены в таблице.

Почему в дюймах

Хотя в странах мира повсеместно распространена метрическая система измерений, и резьбовой шаг привязан к миллиметру, вся современная сантехника, насосное, отопительное оборудование и прочие системы с использованием трубопроводов рассчитаны на систему измерения в дюймах.

Частично это произошло потому, что считать десятые доли миллиметров слишком неудобно и при этом страдает точность, в то время, как резьбовые элементы в полдюйма, три четверти, полтора и так далее проще обозначать и производить. При изготовлении бытовой сантехники стандартный дюймовый шаг составляет 1/4″ — это в 6 раз больше миллиметра и позволяет существенно уменьшить число типоразмеров соединительных патрубков сантехнической арматуры.

Рис.2 Цилиндрический профиль и его размерные показатели

Шаг резьбы

Шаг также можно узнать из таблицы резьб либо из маркировки. Резьбы могут иметь основной шаг, также называемый крупным, и мелкий. Зависит от диаметра изделия.

Если он более 68 мм, то для такой поверхности используются только мелкие, различных значений. Наличие диаметра до указанного значения позволяет изготавливать резьбы как с крупным шагом, так и с мелким.

При креплении деталей важно знать шаг, иначе, оно потеряет прочность. Определить шаг можно инструментальными или сравнительными способами, такими как:

• измерить резьбовым калибром;
• сравнить, сопоставив резьбу разных деталей между собой;
• попробовать ввинтить наружную резьбу во внутреннюю, при этом не должно наблюдаться сопротивление;
• измерить штангенциркулем ход в миллиметрах и разделить полученное значение на количество заходов.

Метрическая резьба

Самым распространенным видом резьбовых соединений является метрическая резьба. Ее профиль выполняется в соответствии с ГОСТ 9150-81 в форме равностороннего треугольника с углом 60°. Шаг метрической резьбы может составлять 0,25-6 мм, а внешний диаметр — от 1 мм до 600 мм. Такой тип резьбового соединения применяется при изготовлении большинства крепежных деталей.

Кроме того, применяется коническая метрическая резьба с диаметром 6–60 мм конусностью 1:16. Этот тип нарезки позволяет выполнять герметичные соединения. При ее использовании достигается стопорение крепежа, что исключает необходимость применения стопорных гаек.

Разновидности резьбовых насечек

Резьбовыми насечками называют ряды выемок, располагающихся по спирали. Нанесение винтового рельефа может выполняться на элементы в форме цилиндра или конуса. При этом на всем протяжении требуется соблюдение одинакового шага и величины диаметра. Такая резьба используется при создании винтовых соединений. Основная область использования – автомобилестроение и коммуникационные системы.

Винтовой рельеф может быть двух видов:

Трубная насечка считается отдельной разновидностью. Ее делают на элементах, изготовленных из металла и полимерных материалов. Чаще всего трубной насечкой пользуются при сборке систем бытового назначения, таких как водоснабжение и отопление.

Дюймовая нарезка

Определенные нормы дюймовой нарезки, которые оговаривают требования к ней, дает нам ГОСТ. Нормы рассматриваются по двух основным параметрам – шагу и диаметру (внешнему и внутреннему).

Изделия с дюймовой резьбой имеют специальный штуцер, который имеет вид суженого конуса. Данный элемент дает возможность соединить детали в одну максимально прочную конструкцию. Часто применяются для водопроводных труб и нефтегазовых систем.

Круглая резьба

Практична в применении для санитарно-технической арматуры, в условиях, где нужно обустройство часто разъемных соединений.

Ее особенности позволяют продлить срок службы соединений за счет своей прочности, детали имеют высокую сопротивляемость к значительным нагрузкам, используют в условиях повышенной загрязненности среды.

Круглую резьбу используют в основном для смесителей, кранов, вентилей, шпинделей и других подобных элементов.

NPSM

National pipe thread, соответствует стандарту резьбы США. Его относят к цилиндрическому дюймовому типу. Параметры профиля соответствуют 60 градусам, форма профиля — треугольник.

NPT

Отличается от NPSM тем, что является стандартом в Соединенных Штатах Америки. Данный тип отличается практичностью использования в условиях с высоким давлением.

С последними двумя типами потребители обязательно столкнуться, приобретая сантехнические изделия и арматурные трубы американского производства.

Особенности трапецеидальной резьбы

Угол профиля трапецеидальной резьбы составляет 15–40° и образует форму трапеции. Угол подъема равняется 30°.  Угловой коэффициент профиля, тип смазки и материал влияют на показатели трения. Трапецеидальная резьба, благодаря свойству самоторможения, позволяет заготовке не деформироваться при сильных нагрузках. Она обладает лучшей износоустойчивостью, в отличие от трубной резьбы.

Наибольшим эффектом обладают трапецеидальные резьбы, обладающие средним шагом. Они способны обеспечить умеренные показатели точности осевых перемещений и износостойкости обрабатываемой детали. Измерение среднего шага производится при помощи штангенциркуля. Для проведения расчетов достаточно посчитать количество и провести замер протяженности стержня. Результат деления этих величин будет являться значением усредненного шага.В связи с тем, что трапецеидальная резьба является метрической, величина шага указывается в миллиметрах.

На чертеже она имеет следующую маркировку:

• обозначение латинскими буквами “Tr”;
• указание значений диаметра и шага в мм;
• обозначение левой однозаходной при помощи латинских символов “LH”.

Пример маркировки: Tr25x5LH – резьба с профилем в форме трапеции, однозаходная левая, длина диаметра составляет 25 мм, величина шага равняется 5 мм. Определить основные размерные параметры возможно также при помощи ГОСТ 9484-81.

Трапецеидальная резьба обладает следующими преимуществами:

1. Радиальные зазоры возможно выявить при помощи размещения резьбы посередине диаметра.
2. В отличие от дюймовой резьбы, она обладает преобразовательной функцией, превращая вращение изделия в поступательные движение. Преобразование осуществляется посредством гайки и винта. От этой функции зависит производительность и устойчивость рабочих инструментов.
3. Предоставляется возможность конструировать и демонтировать более комплексные устройства и предметы неограниченное количество раз.
4. Облегчает процесс сбора и разбора деталей, благодаря самостоятельному регулирования силы сжатия.
5. Упрощенный процесс изготовления заготовок в различных вариациях. Качество разработанных деталей определяется от материала исходной заготовки.

Несмотря на большое количество достоинств, она имеет несколько недостатков:

1. В результате сильного трения возникает большое напряжение на впадинах резьбы.
2. Этот вид нарезания нельзя использовать при обработке механизмов, обладающих высокими показателями вибрации. В противном случае это может привести к самостоятельному выкручиванию винтов.
3. Высокая стоимость. Многозаходные резьбы стоят дороже однозаходных. Цена зависит от материалов, количества затраченного времени, технологической базе и объема используемой электроэнергии.

Из-за данных особенностей трапецеидальная резьба используется в узконаправленных отраслях производства в небольшом количестве.

Размеры трапецеидальной резьбы

Главные размерные характеристики трапецеидальной резьбы:

• величина условного прохода (диаметр номинальный): от 1,5 до 48 мм;
• расстояние между соседними точками профиля: от 0,75 до 24 мм;
• усредненный угол профиля: 30°;
• ширина зазора не более 0,5 мм.

Основные размеры трапецеидальной однозаходной резьбы являются табличными величинами и указаны в ГОСТ 24737-81. В нем представлены значения диаметров для наружной и внутренней резьбы с трапециевидным профилем:

Таблица размеров для многозаходной трапецеидальной резьбы представлена ГОСТ 24739-81:

Данные государственные нормативы необходимы для стандартизации маркировки изделий, изготавливаемых на территории Российской Федерации.

Трубные резьбы, применяемые в быту

Отечественными ГОСТ регламентируется два основных вида трубной резьбы: конические и цилиндрические, главное отличие которых состоит в профиле заготовки. В первом случае он конической формы (конусность 1 к 16), во втором типе основанием является цилиндрическая заготовка.

Также известны американские разновидности стандартов трубных дюймовых накаток NPSM и NPT, главное отличие которых — профильный угол в 60 градусов. Отечественный аналог американского стандарта NPT — ГОСТ 6111-52 на коническую резьбу с углом конуса гребня в 60 градусов.

Рис. 3 Таблица резьбы трубной конической