Упорная и круглая — виды резьбы по металлу на токарном станке

Резьба по металлу — это винтовая канавка строго заданной формы, нанесенная на внешнюю или внутреннюю сторону детали в виде тела вращения. Внешняя и внутренняя резьба со схожими параметрами образует подвижное соединение (пару) по типу винт/гайка. Далее по тексту мы рассмотрим, где применяется резьба, а также коснемся ее параметров и разновидностей. Эта информация поможет подобрать правильную резьбовую пару или заказать ее изготовление.

Сферы применения резьбовых соединений

Первый винт изобрел в 5 веке до нашей эры греческий механик и математик Архит Тарентский. Вместо гайки долгое время использовали цилиндр с внутренними штифтами, которые двигались по резьбовым канавкам. Массовое производство гаек началось в 15 веке, с изобретения метчика — инструмента для нарезания внутренней резьбы.

До Средневековья резьбовые пары использовали в ювелирном деле, а также в простейших транспортерах по типу Архимедова винта. С совершенствованием инструментов для обработки металлов резьбовые пары можно было встретить и в рыцарских доспехах, и на осях крестьянских телег. Первые стандартизированные резьбы с фиксированными параметрами винта и гайки появились только в середине 19 века. Окончательные стандарты были приняты в 1898 году, на конгрессе механиков и промышленников в Цюрихе, спустя полвека от того момента, когда был построен первый токарный станок с винтовым приводом суппорта, нарезающем резьбовые канавки с любыми характеристиками.

Сегодня резьба встречается во всех отраслях, где используются металлы — от машиностроения до ювелирного дела. Но функциональность резьбового соединения не настолько широка, как сфера его применяя. Резьбовая пара около 2500 лет выполняет всего три функции:

• Скрепляет детали, создавая прижимное усилие между винтом/болтом/шпилькой и гайкой (резьбовым отверстием).
• Трансформирует вращение в поступательное движение, образуя винтовую пару (при закручивании гайка движется вдоль оси болта).
• Передает усилие, генерируя одностороннее давление, например, в винтовых прессах.

Разумеется, сегодня винты и гайки делают не только из металла. Есть детали из пластика, дерева, камня и других материалов. Конструкционные материалы зависят от сферы применения и поставленных задач. Но при изготовлении пары все равно внимание сфокусировано на базовых параметрах внутренней и внешней канавки, потому что без этого невозможно сопряжение винта и гайки.

Основные параметры резьбы

Характеристики винта и гайки должны совпадать по ключевым параметрам, иначе резьбовая пара не сможет реализовать заданные функции. Общеизвестные параметры резьбового соединения:

• Шаг винтовой нарезки — расстояние между соседними вершинами или впадинами. Несовпадение по шагу, не позволит закрутить пару дальше первого витка.
• Номинальный диаметр — параметр, обозначающий резьбу в маркировке, который отличается от габаритов цилиндра, вписанного во впадины или вершины винтовой канавки. Несовпадение по номинальному габариту исключает сопряжение в принципе.
• Профиль резьбовой канавки — важный параметр, от формы которого зависит вид резьбы. При несовпадении профиля возникает угроза функциональности соединения, даже если вам удастся каким-то чудом соединить упорный винт и метрическую гайку.
• Направление нарезки — левое или правое (по стороне закручивания гайки). Левый винт невозможно соединить с правой гайкой.

Инженеры оперируют большим количеством параметров, среди которых встречаются углы профиля и подъема, средние, внутренние и внешние диаметры, радиусы впадин и высоту исходных треугольников, но для покупателя или заказчика резьбовой пары хватит шага, номинального диаметра, формы профиля и направления нарезки. Виды резьбы во многом задаются именно формой профиля резьбовой канавки. Остальные три параметра влияют на возможность сопряжения винта и гайки.

Виды резьбы

Путем долгих экспериментов механики и машиностроители выяснили, что для разных сфер применения и каждой из трех функций резьбовой пары подходят винты и гайки с различными параметрами. Благодаря этому были сформированы основные виды резьбы. Свой вклад в классификацию видов внесли и распространенные технологии изготовления (нарезания) внутренней и внешней канавки. В сегодняшних отраслях промышленности востребована следующая резьба:

Питчевая

Резьбовые пары питчевого вида работают на передачу нагрузки и давления. Вместо гайки в этом случае бывает задействована зубчатая шестеренка, поэтому шаги измеряют в питчах — эквивалент 314 миллиметров, а угол профиля равен 40 градусам. Профиль выполняется в форме треугольника или трапеции, но нарезка винтов всегда ведется по архимедовой спирали или эвольвенте. Питчевый профиль бывает только у вала винтового домкрата, экструдера, пресса или подъемника. У обычного винта или гайки вы такого профиля не увидите.

Коническая

Резьбу можно нарезать на любом теле вращения. Чаще всего это будет цилиндр, но иногда возможна нарезка на конусе. Подобные пары противостоят вибрации и создают более герметичное сопряжение. Типичный резьбовой конус имеет соотношение габаритов 1:16. Резьбовой профиль чаще всего похож на треугольник, углы которого выбираются опционально. Используется для соединения нагруженных деталей и герметизации отверстий. Применяется в основном в машиностроении.

Метрическая

Типичная резьба для большинства винтов и гаек из металла. Все параметры измеряются в миллиметрах. Сечение профиля имеет форму правильного треугольника, поэтому угол у вершины всегда равен 60 градусам. Все размеры подобных пар указаны в ГОСТ 16093 от 2004 года. Сортамент таких пар делится на три категории — грубую, точную и прецизионную. Вершина может быть срезанной, но это зависит от инструмента, который нарезал внутреннюю или наружную канавку. Распространенность стандарта не умоляет на качество соединения. Например, в аэрокосмической отрасли используют именно метрические резьбы прецизионного класса точности.

Дюймовая

В большинстве случаев этот тип резьбовой канавки нарезают на внешней или внутренней поверхности трубы или детали в форме полого цилиндра. Номинальный диаметр в этом случае измеряется в дюймах, поэтому в обозначении используют целые числа и обыкновенные дроби. Угол при вершине треугольного профиля дюймовой канавки — 55 градусов. Диаметры, шаги и прочие параметры описаны в ГОСТ 6357-81, шаг чаще всего задается количеством витков на дюйм длины нарезки, а не расстоянием между вершинами или впадинами. На российском рынке более всего представлена трубная резьба этого, но вам могут понадобиться классические метизы, созданные по стандарту UTS/NPT, который предполагает 60-градусный угол профиля и пять фиксированных значений шага. Подобные винты и гайки встречаются в технике из США и Канады, которые так и не перешли на метрическую систему.

Круглая

В этом случае профиль похож на треугольник со скругленной вершиной. Угол при условной вершине такого треугольника равен 30 градусам. В основном подобные резьбовые пары можно увидеть в сантехнической арматуре. Считается, что профиль с округлением при вершине облегчает герметизацию разборного соединения. Размерный ряд в этом случае регламентируется ГОСТ 13536-68. Образцы подобной резьбы можно увидеть в смесителях, вентилях и другой запорно-регулирующей арматуре.

Трапецеидальная

Самотормозящая резьбовая пара с профилем в виде равнобедренной трапеции используется при трансформации вращения в поступательное движение. Большая площадь контакта позволяет передавать значительные усилия, а функция самоторможения (вследствие силы трения) исключает избыточное смещение. Трапецеидальные пары используют в даже робототехнике и станкостроении. Регламентируется ГОСТ 9484, 24737- 24739 от 1981 года.

Упорная

Особая разновидность трапецеидальной резьбы, профиль которой похож на прямоугольную трапецию. На самом деле угол наклона одной стороны равен 30 градусам, а второй — всего 3 градусам, а в случае усиленных резьбовых соединений углы равны 45 и 3 градусам, соответственно. Упорный формат профиля пары предполагает работу в условиях значительных осевых нагрузок. Такая резьба может транслировать вдоль главной оси значительное давление, поэтому она подходит для тяжело нагруженных домкратов, подъемных механизмов, а также промышленных прессов. Габариты регламентированы ГОСТ 10177-82.

Что нужно знать при покупке резьбовых элементов

В первую очередь нужно определить сферу применения резьбовой пары. Если она нужна для соединения деталей — выбирайте метрический вариант или трубный (дюймовый), если происходит торцевое сопряжение арматуры. Когда нужно передать усилие — обратите внимание на упорный или питчевый форматы. Для передачи движения подойдет трапецеидальная резьбовая пара.

Следующий шаг — определение диаметра винта (болта, шпильки). На этот параметр влияют требования по максимальной и минимальной нагрузке (продольной и поперечной), а также прочность металла, из которого делали винт. Шаг определяет по типу профиля и диаметру, исходя из табличных значений, указанных в соответствующем ГОСТ. В какую сторону закручивать резьбу — дело покупателя.

Смотрите также:

Станки по металлу 852