Понимание понятия ‘резьба’ — введение в мир этого термина

Основой резьбовых соединений, винтовых передач и червячных зацеплений зубчатых механизмов является взаимодействие внешних и внутренних элементов, при этом поверхности контактирующих частей образуются движением по спирали вдоль плоского контура.

Если интересует, мы можем рассмотреть «что такое резьба».

В основе резьбовых соединений, винтовых передач и червячных зацеплений зубчатых механизмов лежит контакт наружного и внутреннего элементов, соприкасающиеся части которых имеют поверхность, образованную движением по спирали плоского контура. Детали с резьбой соединяются путем вращения за счет чередования выступов и впадин по винтовому принципу. Контактирующие таким образом участки гарантируют надежность и функциональность крепежа, поэтому резьбовые изделия находят широкое применение во многих отраслях.

Классификационные характеристики резьб

Резьбы делятся на две основные группы. К первой относится стандартизированная продукция, при изготовлении которой обязательно соблюдение международных и национальных норм, определяемое по множеству критериев. Вторая категория включает нестандартные детали с особыми характеристиками, выпускаемые индивидуально для выполнения конкретных задач. Независимо от соответствия стандартам все изделия обладают определенными параметрами, на основе которых осуществляется классификация. наносится с учетом ряда характеристик:

• Конфигурация контактной поверхности бывает цилиндрической и конической;
• Форма профиля может быть круглой, треугольной, прямоугольной, трапецеидальной;
• Расположение резьбы возможно на наружной и внутренней поверхности изделия;
• Эксплуатационное назначение бывает крепежным, ходовым, специальным;
• Направление винтовой линии разделяется на правое и левое;
• Количество заходов классифицирует однозаходные и многозаходные резьбы;
• Единицы измерения определяют метрические, дюймовые, модульные, питчевые размеры.

Метрическая система максимально распространена в российской промышленности. При ее использовании габариты деталей измеряются в миллиметрах. В производстве изделий большого диаметра для измерения параметров резьбы применяются дюймы. Дюймовая и метрическая системы применяются для изготовления элементов резьбовых соединений и винтовых передач. Модульные и питчевые резьбы более специфичны. Способы расчета на основе числа пи используются для определения параметров червяка для зубчато-винтовых механизмов.

Важный момент. Для перевода дюймов в метрический формат нужно умножить имеющийся показатель на 2,54, чтобы получить результат в сантиметрах. Для модульной резьбы при умножении модуля на число пи величина переводится в миллиметры. Вычисление питчевого шага немного сложней. Размер в дюймах определяется методом деления числа пи на питч, а затем при желании рассчитывается в сантиметрах.

Отличия метрических и дюймовых резьб

Единая система мер привычна для российского производства, но в некоторых странах Европы и США метрические параметры не прижились. Резьбовые соединения, с глубокой древности распространенные по всему миру, самыми цивилизованными государствами классифицируются на основе безнадежно устаревших на наш взгляд измерений. И действительно, метрическую резьбу можно считать инновацией. Ведь она появилась лишь в конце позапрошлого века, когда дюймовая система вовсю эксплуатировалась европейцами и американцами в качестве основной.

На самом деле «прогрессивные» метрические стандарты отличаются от «устаревших» не только цифрами, поэтому кавычки поставлены исключительно в знак уважения к заслугам британцев – основоположников стандартизации. Однако при составлении новых нормативов учитывалось множество параметров, которым не придавалось значения при разработке дюймовой системы. Помимо привязанных к миллиметру размеров основой профиля служит равносторонний треугольник, поэтому углы стандартизированы. Повышение точности – главный плюс новинки.

При нанесении метрической резьбы проще добиться идеального соединения мелкого крепежа и функциональности винтовых механизмов. Но при изготовлении крупногабаритных деталей ювелирная точность неуместна. Именно поэтому в производстве трубного проката повсеместно используются цилиндрические и конические дюймовые резьбы, в том числе и в странах, где откровенно превалирует метрическая система. При измерении параметров в дюймах учитывается толщина стенок, что очень удобно для расчета эксплуатационных характеристик труб.

Общие технические параметры резьбы

При изготовлении по стандартам международная маркировка резьбы производится с учетом единого комплекса технических параметров. Номинальный диаметр (D) наружной резьбы измеряется по вершинам профиля, внутренний (D1) – по углублениям, а средний (D2) вычисляется на их основе. Когда речь идет об аналогичных характеристиках внутренней поверхности, параметры D и D1 определяются по противоположному принципу. Для измерения расстояния между витками используется шаг резьбы (P), который исчисляется в долях метра или дюйма.

Еще один основной показатель – ход (Ph), который приравнивается к одному обороту элемента по оси вращения. В однозаходной резьбе величина соответствует параметру P, а многозаходная требует его умножения на количество заходов (n). Важные технические характеристики – угол подъема, высота исходного треугольника и срез резьбы. Существуют и другие значимые показатели. Среди них отклонение шага, заход, длина свинчивания резьбы. При обработке конических поверхностей дополнительно учитываются угол конуса, длина соединения и контакта.

Свойства распространенных видов резьб

На сегодня существует множество стандартов, по которым выпускаются резьбовые изделия. Каждый из них подразумевает единый набор технических характеристик, формирующийся исходя из назначения продукции. Для эффективного функционирования в разных сферах требуются определенные комбинации размеров, формы, числа заходов, направления вращения и дополнительных параметров. Из современных типов можно выделить несколько распространенных в конкретных отраслях категорий, отвечающих нормам международной маркировки резьбы:

• Метрическая M, MK, MJ, EG-M;
• Дюймовая UNC, UNF, UTS, BSW, BSF, NPT;
• Трубная G, R;
• Круглая Кр;
• Эдисона E;
• Трапецеидальная Tr;
• Упорная S, S45o;
• Нефтяной сортамент.

Большая часть резьбовых деталей выпускается для крепежных соединений, которые интенсивно используются в машиностроении. Российскими предприятиями для изготовления крепежа чаще применяется метрическая однозаходная правая резьба с треугольным профилем. Для обеспечения герметичности служат крепежно-уплотняющие соединения, для трубной промышленности выпускаемые по дюймовой системе стандартов. Крепеж с многозаходной резьбой целесообразно использовать при повышенных нагрузках для усиления прочности.

Круглой резьбой соединяется водопроводная арматура при оборудовании инженерных коммуникаций. Она рассчитана на эксплуатацию механизмов в агрессивных средах. Круглая резьба Эдисона разработана специально для применения в электротехнике. Стандартный цоколь ламп накаливания изготавливается с использованием этой разновидности. Для передачи движения предназначены трапецеидальные и упорные резьбы. Они характеризуются определенными углами наклона. Ходовые резьбы обоих типов применяются в специальном оборудовании.

Важный момент. Помимо перечисленных видов в отечественном машиностроении применяется еще и прямоугольная ходовая резьба. Этот тип не стандартизирован, поскольку сложен в производстве, хотя достаточно широко используется для изготовления винтовых механизмов и домкратов. КПД прямоугольной резьбы выше, чем у трапецеидальных аналогов, которым она, в свою очередь, уступает прочностью.

Метрические резьбы M, MK, MJ, EG-M

Международная маркировка M присваивается резьбам общего назначения 1-600 мм диаметром. Обозначение MK предназначено для герметичных соединений, обеспечиваемых конической формой. MJ – цилиндрические резьбы, применяемые в сферах, которые подразумевают эксплуатацию в условиях высоких температур и требуют усиления показателей усталостной прочности. Размеры варьируются в пределах 1,6-200 мм. Метрическая резьба EG-M используется при изготовлении и ремонте втулок и проволочных вставок как усилитель несущей способности.

Дюймовые резьбы UTS, BSW, BSF, NPT

Маркировка UTS популярна в канадской и американской промышленности. Это основной тип резьбы для применения в фототехнике и видеокамерах, соответствующий ГОСТ 3362-75. BSW берет начало у истоков европейской стандартизации, разработанной в Великобритании Джозефом Уитвортом. Разновидности с мелким шагом обозначаются аббревиатурой BSF. NPT – обозначение дюймовой резьбы по системе ANSI, используемой в США. Соответствует российскому стандарту ГОСТ 6111-52. Применяется для изготовления трубной продукции.

Коническая резьба

Цилиндрическая резьба

Трубные резьбы G, R

В основе маркировки дюймовой цилиндрической резьбы G – британская система стандартизации. Трубные изделия выпускаются в соответствии с ГОСТ 6357-81, ISO R228, DIN 259 и другими нормативными таблицами. Номинальный диаметр указывается в дюймах по размеру просвета. Стандарт R предназначен для конических резьб, которые производятся по дюймовой системе расчетов. Трубы изготавливаются по нормам ISO R7, DIN 2999 и ГОСТ 6211-81. Наружная резьба обозначается R, для внутренней применяется буквосочетание Rc. Конусность составляет 1:16.

Круглые резьбы Кр 

По ГОСТ 13536-68 наносится резьба на трубопроводную арматуру инженерных систем подачи питьевой воды или технических жидкостей, в том числе агрессивных сред. Маркировка Кр касается вентильных и шпиндельных механизмов, смесителей и других комплектующих санитарного оснащения водопроводов. Это круглая резьба с профилем, образованным дугами во впадинах и на вершинах, которые соединяются с углом прямыми линиями. Несмотря на ограниченную область эксплуатации стандарт востребован благодаря распространенности изделий.

Трапецеидальные резьбы Tr

В ходовых механизмах для преобразования вращательного движения в поступательное применяется трапецеидальная метрическая резьба с обозначением Tr. Этот вид наносится на винты, являющиеся функциональными комплектующими станков, подъемников и другого механического оборудования. Стандарт Tr включает правые и левые, однозаходные и многозаходные резьбы. Диаметр насчитывает 10-640 мм. Трапецеидальная резьба, параметры которой регламентируются ГОСТ 9481–81, рассчитана на серьезные нагрузки.

Упорные резьбы S, S45o

Стандарт S соответствует ГОСТ 10177-82. с профилем в форме неравнобокой трапеции с углами наклона 30о и 3о, исполняющей роль упора, используется в условиях односторонних усилий в направлении оси. К сферам применения относятся винтовые и гидравлические прессы, нажимные механизмы прокатных станов и другое промышленное оборудование. Многозаходная упорная резьба известна как пилообразная. Существует и усиленный тип, который обозначается S45o. Такая маркировка обусловлена углом наклона, составляющим не 30о, а 45o.

Важный момент. Рабочая сторона профиля асимметричной трапеции наклонена под незначительным углом 3°. Эта техническая особенность существенно повышает КПД упорной резьбы. Закругленные впадины наружной поверхности снижают концентрацию напряжений при усилении динамической прочности. Преимущества функциональных упорных резьб S и S45o удачно дополняются относительной простотой нарезания.

Резьбы нефтяного сортамента

Для герметизации трубных соединений нефтяных скважин применяется специфическая резьба конической формы. Профиль бывает треугольным и неравнобоким трапецеидальным. Последний вариант с углами наклона 5° и 60° известен как резьба Батресс. Замковые резьбы, регламентированные ГОСТ 5286, тоже относятся к этой категории. Нефтяной сортамент выпускается по стандартам API, разработанным в США. С коническими резьбами такого типа производятся обсадные, насосно-компрессорные, бурильные трубы и муфты для отечественных нефтепромыслов.

Мировая история изобретения и развития резьбовых соединений

Изобретателем винта многие считают Архимеда, однако существуют исторические свидетельства того, что универсального гения II века до нашей эры более чем на столетие опередил его соотечественник – не столь знаменитый, но обладавший не менее разносторонними талантами Архит Тарентский. Из-за сложности нанесения при отсутствии специального оборудования резьба не получила в Древней Греции широкого распространения. Но к началу нового тысячелетия римляне начали применять винтовые соединения в ювелирном деле и медицине.

Мрачная эпоха Средневековья отметилась в истории не только кострами инквизиции, но и развитием механики. Именно в это время в Европе появилась технология выполнения наружной резьбы по разметке. Поскольку метчики изобрели лишь в XV веке, изначально в крепежных соединениях вместо гаек использовались втулки. К XVI веку внутренняя резьба уже нарезалась с помощью специальных инструментов, но подгонка соединяемых деталей осуществлялась вручную. Стандарты появились лишь в XIX веке благодаря интенсивному развитию токарного дела.

Первый винторезный станок был изготовлен в 1800 году по проекту британского изобретателя Генри Модсли. Но процесс стандартизации пошел лишь 40 лет спустя. Сегодня всем специалистам известно, что такое резьба Уитворта. Основоположником производственных стандартов стал соотечественник Модсли, который в 1841 году предложил рациональную систему, сразу принятую национальными железнодорожными компаниями. Разработка Джозефа Уитворта стала основой для мировой стандартизации резьбы. С 1898 года существуют и международные нормы.

Важный момент. На сегодня в мире самой распространенной признана система метрических стандартов ISO, но национальные особенности сохраняются. Экспортная продукция обычно имеет международную маркировку, однако на внутреннем рынке разных стран нередко используется более традиционная стандартизация, включая считающуюся в современной промышленности морально устаревшей классическую резьбу Уитворта.

Внедрение системы стандартов в России

Конгресс, прошедший в Цюрихе в конце XIX века, стал значимым событием для стандартизации резьб в Европе. Но в России начало процесса отложилось до 1921 года, когда по инициативе Наркомата путей сообщения были разработаны первые нормативы специально для железнодорожного транспорта. В табличную систему НКПС-1, основанную на немецких стандартах метрической резьбы, входили размеры 6-68 мм. Она оказалась базой для создания в 1927 году ОСТ 32, вслед за которым сразу появился и ОСТ 33А. В его основу легла система Уитворта.

На этом разработка государственных стандартов СССР не остановилась. Модернизация нормативов Acme, выпущенных в США, привела к стандартизации трапецеидальных резьб в 1932 году. Аббревиатура ГОСТ для национальных систем была принята восемь лет спустя. В 1947 году появились нормы резьбы ISO, применяемые и сегодня. С тех пор в России учитываются как государственные, так и международные стандарты, в соответствии с которыми отечественная продукция для резьбовых соединений выпускается на мировом уровне качества.

Современные технологии нанесения резьбы

В эпоху кустарного производства для изготовления крепежа применялись ручные инструменты и меловая разметка, поэтому точность была минимальной. Сегодня оснащение промышленных предприятий и даже частных мастерских вполне соответствует современным требованиям. Теперь выпускается эффективное оборудование, которое обеспечивает выполнение высокоточной резьбы без лишних усилий. Производительные технические средства рассчитаны на изготовление стандартизированных изделий разными способами. Распространенные технологии:

• Лезвийное нарезание;
• Накатывание резьбы;
• Шлифование абразивами;
• Выдавливание прессом;
• Литье под давлением;
• Электрообработка.

Нарезание лезвийными инструментами считается универсальным способом нанесения резьбы. Это направление относится к самым распространенным. На втором месте по популярности накатывание, позволяющее добиться максимальной производительности и качественного уровня. Абразивная обработка востребована в производстве изделий с точными ходовыми резьбами. Прессование и литье ограниченно применяются при работе с цветными металлами и пластиком. Электрообработка предназначена для материалов повышенной хрупкости и твердости.

Важный момент. Эрозионное, гидравлическое и другие виды воздействия с использованием токовых импульсов относятся к электрохимическим и электрофизическим промышленным методам. Они эффективны при резьбе на керамических изделиях и элементах из твердых сплавов, которые не поддаются обработке другими способами из-за особых физических характеристик в отличие от более пластичных и мягких материалов.

Виды оборудования для выполнения резьбы

Ассортимент станков и ручных инструментов для нанесения резьб разного назначения по инновационным технологиям регулярно пополняется, хотя по-прежнему используются и традиционные способы. Выбор резьбонарезного оборудования особенно широк, поскольку именно этот метод наиболее распространен в современной промышленности. На отечественном производстве применяются плашки и метчики, резцы и гребенки, дисковые и червячные фрезы, специальные головки, напильники и инструменты для вихревой обработки.

Резьбонакатное профессиональное оснащение тоже пользуется спросом. Для накатывания универсальны головки и ролики. Наружная резьба с применением этого способа может наноситься при помощи плоских плашек и ролик-сегментов. Для внутренней обработки поверхностей накатыванием разработаны бесстружечные метчики. Еще один традиционный способ резьбы – абразивное воздействие посредством шлифовальных кругов. Выбор инструментов и станков зависит от формата предприятия, масштабов производства и специфики выпускаемой продукции.

Природный аналог резьбы 

Техногенная цивилизация начала развиваться благодаря удачным решениям, скопированным с творений природы. Исключения легко пересчитать по пальцам, и в 2011 году их стало на одно меньше. Именно тогда было сделано открытие о существовании резьбовых соединений в строении живых существ. Trigonopterus oblongus относится к жукам-долгоносикам и обитает в Новой Гвинее. Исследователи из старейшего университета Германии Karlsruhe обнаружили, что суставы лапок насекомого соединяются посредством резьбы, а не шарниров, как у других видов.

Важный момент. В действительности у природы немало оригинальных задумок, каждая из которых могла послужить первым толчком к изобретению резьбы. Спиральная геометрия присуща раковинам ряда морских обитателей и эпифитным растениям, обвивающим древесные стволы, а метод ввинчивания в грунт нередко применяется живыми созданиями разного уровня для защиты от естественных врагов или поиска пищи.

Статья о результатах исследования была опубликована в самом авторитетном периодическом издании США Science. Хотя теперь научно доказано, что первичное изобретение резьбового соединения не принадлежит человечеству, разочаровываться в собственных достижениях не стоит. Ведь аналогов колесного и зубчатого механизмов пока так и не найдено в природе. С момента внедрения в массовое производство примитивной механики наша цивилизация шагнула далеко вперед, но резьба по-прежнему актуальна, и инструменты для ее нанесения всегда востребованы.

Поставка резьбонарезного оборудования

ООО «Русский-Металл» обеспечит потребности любого предприятия в профессиональном оборудовании. Если вы заинтересованы в оптовых поставках инструментов для качественного выполнения резьбы определенного типа, обращайтесь к нам. Богатый ассортимент, неограниченные объемы, оперативная отгрузка, минимальные цены и максимальная безопасность сделок – наши преимущества. Крупные заказы на объекты в столице и Московской области доставляются бесплатно. Покупайте резьбонарезное оборудование оптом на выгодных условиях!

Как поправить резьбу без метчика?

Если у вас нет метчика для исправления резьбы, то есть несколько методов, которые можно попробовать, чтобы исправить поврежденную резьбу:

1. Используйте трубчатый ключ: Если резьба на болте или гайке повреждена, можно использовать трубчатый ключ для завинчивания гайки или болта. Трубчатый ключ имеет более широкую и плотную поверхность контакта, чем обычный ключ, и может дать дополнительный зажим, чтобы сократить игру.

2. Попробуйте зажать насечки: Если повреждения резьбы не слишком сильные, можно попробовать зажать насечки на болте или гайке плоскогубцами, чтобы улучшить контакт и облегчить завинчивание.

3. Нагрейте и охладите: Если повреждение резьбы слишком серьезное, можно попробовать нагреть металл вокруг поврежденной резьбы, а затем остудить его. Тепло может помочь разрешить металл и уменьшить напряжение, что может сделать резьбу более гибкой и менее склонной к разрушению.

4. Используйте резьбовой зажим: Резьбовой зажим — это инструмент, который может помочь исправить поврежденную резьбу, захватывая поврежденную область и создавая новую резьбу. Однако использование резьбового зажима может потребовать некоторых навыков и опыта.

Независимо от того, какой метод вы выберете, помните, что результат может быть временным и не долгосрочным, и лучше всего заменить поврежденный болт или гайку как можно скорее, чтобы избежать дополнительных повреждений или неисправностей.