Упорная коническая резьба. Особенности отдельных видов резьбы по металлу. Размеры гаек под ключ

В зависимости от того, какой мастер, какая у него техника, какой замысел резьба может быть выполнена в разных видах. Она может быть как простой, так и сложной. Существует различные виды резьбы по дереву: рельефная резьба, плоскорельефная, объёмная, а также плосковыемочная и прорезная резьба. Теперь охарактеризуем эти виды резьбы по отдельности.

Плосковыемочная делится на два вида, первый вид - геометрический орнамент , второй вид - плосковыемочный контурный , который ещё иногда называют растительным орнаментом. По названию этого вида можно догадаться в какой технике будет исполнена работа. Эта резьба будет состоять из выемок, которые вместе составят контурные линии, вырезанные на определённую глубину.

Геометрический резьба или геометрический орнамент , он так называется, потому что выполнен из окружностей, треугольников, миндалевидных углублений, розеток, звёздочек, так называемых геометрических элементов. Смотря сколько выемочных элементов возьмёте, такой и получиться орнамент.

Существует ещё один орнамент - контурный . Ещё его называю в нашей литературе как растительный. Но, по-моему, нужно углубиться в это понятие, так как контурный рисунок часто выполняется в технике с контурной резьбой. Эта техника резьбы немного похожа на гравировку металла, отличие в том, что сделанные выемки, составляющие на древесине контурные линии, имеют больше ширину и глубину и инструменты имеют иную заточку. Контурная резьба в исполнении очень проста. Выполнить данную резьбу можно на любой древесине и на фанере полукруглой стамеской или обыкновенным ножом косяком.

Плоскорельефная резьба

Одним из самых отличительных признаков данного вида это то, что фон здесь выбираем вокруг орнамента на одинаковую глубину. Края этого орнамента можно заовалить. Есть ещё и другой вид, в котором орнамент можно углубить в древесину, а фон на поверхности останется нетронутым. Выполнить такой вид резьбы не сложно, но вы замучаетесь самостоятельно зачистить и выбрать плоскость или фон углублённого орнамента. Этот процесс можно облегчить ручной фрезерной машиной. Фон вашего орнамента можно зачеканить. При помощи чеканки можно сгладить неровности, которые образуются во время ручной обработки, и улучшит вашему творению зрительный эффект. Так же можно нанести на фон различные по углублению: клеточки, канавки, желобки, при помощи мелких резцов.

Прорезная резьба

Эта резьба по дереву без фона. Если в плоскорельефном орнаменте удалить фон, то у нас получится прорезная резьба. В издельях как шкатулка, для выразительности и ажурности подкладывают снизу цветную бумагу или ткань.

Рельефная резьба

Главной целью нашего учебного пособия - это поделится опытом с мастерами, и помочь начинающим резчикам освоить данную резьбу. Не принимая в значение другие виды резьбы, мы детально остановимся на рельефной резьбе , так как она осложнена в исполнении и разработке. Если мы выполним орнаментные изделья в технике именно рельефной резьбы, то они будут очень декоративны и выразительны.

Рельефная резьба по дереву издавна применялась русским народом в православных храмах. И в наше время сохранились некоторые памятники русской архитектуры и искусства, к примеру: Киево-Печерская лавра. Рельефная резьба с росписью и позолотой необыкновенно и торжественно красива.

Теперь расшифруем рельеф. Рельеф это выпуклость или выпуклый орнамент на плоскости, или совокупность самых различных неровностей на поверхности нашей земной коры.

Барельеф (низкий рельеф) - скульптурный орнамент или изображение, выпуклое над плоской поверхностью древесины менее, чем на одну вторую своей толщены.

Горельеф это скульптурный орнамент или изображение, которое может выступать над какой-то плоскостью не менее, чем на половину толщины всей скульптуры. Из этих определений явно видно, что рельефная резьба подразделяется на два вида: 1) горельефную - с высоким рельефом, 2) барельефную — с низким рельефом.

Объёмная резьба , ещё её называют скульптурной. В отличие от предыдущих видов, этой резьбой отделывают объёмные предметы с нескольких сторон или даже со всех. В архитектуре - это столбики балконов, деревянные колоны, вырезные балясины и др. Ещё объёмной резьбой часто отделывают ножки мебели. Данные детали вполне могут считаться скульптурными изображениями.

Резьба – винтовая поверхность определенного профиля, предназначенная для соединения (свинчивания или стягивания) деталей. Формирование резьбового профиля может проходить как на цилиндрической, так и на конической поверхности.

Резьба - винтовая поверхность определенного профиля, предназначенная для соединения (свинчивания или стягивания) деталей. Формирование резьбового профиля может проходить как на цилиндрической, так и на конической поверхности. Широко распространенный метод образования наружной и внутренней резьбовой поверхности – нарезание плашками и метчиками соответственно, а также накатыванием, токарной обработкой резцом и резьбонарезными головками.

По направлению захода резьбовая поверхность подразделяется на левую и правую.

По количеству заходов – на одно- и многозаходную.

Если рассечь резьбовую поверхность осевой плоскостью, то получим геометрический контур резьбы – ее профиль, характеризующийся следующими элементами:

• Боковые стороны – линейные участки профиля, расположенные относительно друг друга под определенным углом, называемым углом профиля.
• Места соединения боковых сторон внутри тела резьбы называются впадинами, снаружи резьбовой поверхности – вершинами.
• Размер окружности, описанной по вершинам наружной или по впадинам внутренней резьбы, называется наружным диаметром, определяющим ее номинальный размер.
• Расстояние, измеренное между соседними витками параллельно оси, равно шагу однозаходного резьбового профиля. Для многозаходной резьбовой поверхности размер шага – произведение расстояния между соседними витками на количество заходов.

Именно профиль резьбовой поверхности определяет ее тип.

Назначение резьбы:

• Изготовление различного крепежа (в этом случае чаще используется метрический и трубный резьбовой профиль).
• Ходовая (упорная или трапецеидальная) резьба применима в механизмах, передающих движение (в винтовых передачах).

Типы резьбы, стандартизация

Метрическая резьба – тип резьбовой поверхности, наиболее часто используемой при изготовлении метизов. Ее геометрические параметры: профиль представляет собой треугольник с равными боковыми сторонами, расположенными под углом 60°. Резьбовые изделия применяются в обширном перечне областей машиностроения, в станкостроении, приборостроении, строительстве и прочих отраслях.

В обозначении при составлении технической документации указывается номинальный диаметр резьбовой поверхности, шаг, если он не является основным, точность изготовления. При проектировании соединений с левой резьбой она обозначается с помощью литер LH. Например: M36х1,5LH.

Коническая резьба используется для образования герметично-уплотненных соединений. Она нарезается на конической поверхности детали с конусностью (уклоном) 1:16. Наружная коническая резьбовая поверхность может свинчиваться как с внутренней конической, так и с цилиндрической метрической резьбой соответствующего шага. В последнем случае обеспечивается ее ввинчивание с коэффициентом 0,8 от максимальной глубины сопряжения. Резьбовой угол профиля - 60°.

Для соединения труб или цилиндрических деталей с тонкими стенками используют трубную резьбу (цилиндрическую). Профиль ее имеет угол наклона боковых стенок зуба относительно друг друга – 55°.

Для обеспечения герметичных соединений используют трубную коническую резьбу с углом профиля при вершине боковых стенок – 55°. Используется она в топливной, масляной и воздухопроводной аппаратуре, а также при подсоединении трубопроводов станков и машин. Нередко применяется сопряжение внутренней цилиндрической с наружной конической резьбой.

Трапецеидальная резьба с профилем, имеющим форму трапеции с углом между ее боковыми сторонами 30°, применяется в нагруженных узлах, работающих по схеме вращательно-поступательного движения. Как правило, это – винты прессов, станков.

Если значительные осевые нагрузки действуют в одном направлении, используют упорную резьбу . Ее трапецеидальному профилю характерен неравномерный наклон боковых сторон: 30° и 3°.

Дюймовая резьба сдает свои позиции: российских стандартов по ее регламентированию в настоящее время нет. Она стандартизирована и применяется на территории Канады, США (UTS и др.), Великобритании (BSW, BSF).

Существуют другие типы специализированного резьбового профиля, применяемого в различных отраслях. Все они стандартизированы документами государств-разработчиков.

Резьбы по назначению делятся на следующие группы:

1. Крепежные резьбы. Предназначены для скрепления деталей, обычно метрические, однозаходные.

2. Крепежно-уплотняющие резьбы. Служат как для скрепления деталей, так и для предохранения от вытекания жидкости, обычно трубные резьбы.

3. Резьбы для передачи движения или ходовые, часто бывают многозаходные.

Виды резьб по профилю.

По виду профиля резьбы разделяются:

Метрическая резьба (ГОСТ 8724-81 (СТ СЭВ 181-75) - диаметры и шаги и ГОСТ 9150-81 (СТ СЭВ 180-75) - профиль резьбы.

Профиль резьбы - равносторонний треугольник. Вершины профиля резьбы винта притуплены по прямой на величину Н/8, а гайки - на Н/4. Профиль впадин часто имеет закругление радиусом Н/6. Притупление профиля делается для снижения концентрации напряжений, повышения стойкости режущего инструмента. Различают резьбу с крупным шагом, называемую основной и с мелким шагом, имеющей 4 вида. Резьба с мелким шагом применяется при больших диаметрах резьб, для тонкостенных деталей, где резьба применяется для регулировки. Применяется в диапазоне диаметров от 1 до 600 мм. Резьба с крупным шагом или основная обозначается М с указанием наружного диаметра (например М-20), а с мелким дополнительно указывается вид шага (например, М20х2), резьба является крепежной, реже - ходовой.

Трубная цилиндрическая резьба (ГОСТ 6357-81 (СТ СЭВ 1157-78). Профиль резьбы - равнобедренный треугольник с углом профиля 55 0 . Выполняется с закруглением профиля радиусом r = 0.137 и без зазоров по вершинам и впадинам для хорошего уплотнения. Предназначена для соединения труб и арматуры трубопроводов и является крепежно-уплотняющей резьбой. Применяется в диапазоне диаметров от 1/8” до 6”. Представляет собой дюймовую резьбу и обозначается G с указанием наружного диаметра (например G2”).

Трапецеидальная резьба (ГОСТ 9484-81, СТ СЭВ 639-77 - диаметры и шаги и СТ СЭВ 146-75 - профиль резьбы - для однозаходной резьбы и СТ СЭВ 185-75 - для многозаходной резьбы). Профилем резьбы является трапеция с углом профиля 30 0 . Применяется в диапазоне от 8 до 640 мм. Служит в качестве ходовой резьбы. Обозначается Тr с указанием наружного диаметра, числа заходов для многозаходной резьбы или шага (например Тr190х(2х8) или Тr190х8).

Упорная резьба (ГОСТ 10177-82 или СТ СЭВ 1781-79). Профилем является неравнобокая трапеция с углом профиля 33 0 и углами наклона профиля рабочей стороны 3 0 и нерабочей стороны 30 0 . Предназначена для передачи усилия в одном направлении. Также служит в качестве ходовой резьбы. Применяется в диапазоне диаметров от 8 до 280 мм. Обозначается Уп с указанием диаметра и шага (например Уп 80х10).

Прямоугольная резьба - в настоящее время вытесняется упорной или трапециидальной, не стандартизирована. Обладает меньшей прочностью, сложна в изготовлении, образование зазора при износе и т.д.

Круглая резьба - мало распространена в машиностроении.

Коническая дюймовая и трубная резьба применяется для присоединения трубопроводов к деталям.

Крепежные детали.

Крепежными деталями являются болты, винты, шпильки и гайки. К ним относятся и шайбы. Болты применяют для скрепления деталей не очень большой толщины, не требует нарезки резьбы в детали. Конструктивно состоят из тела с нарезанной честью и головки различной формы, чаще шестигранной. Условно болтовое соединение изображается на чертеже, как показано на рис. 1.3.

Винты по внешнему виду напоминают болты или же используются без головки, завинчиваются в деталь, расположенную последней от головки. Условно винтовое соединение изображается, как показано на рис. 1.4.

Шпильки применяются в тех же случаях, что и винты, но когда материал детали с резьбой не обеспечивает достаточной долговечности резьб при разборках и сборках соединений. Условно соединение при помощи шпильки изображается на чертежах, как показано на рис. 1.5.

Перечисленные детали изготовляют нормальной и повышенной точности.

Гайки представляют собой шестигранник высотой от 0.8 d до 1.6d с внутренним отверстием с резьбой и служит для затяжки деталей.

Шайбы предназначены для предохранения при затяжке поверхностей деталей от повреждения. Устанавливаются под гайку или головку в зависимости от того, что поворачивается. Специальные шайбы выполняют также функцию стопорения.

Крепежные детали чаще всего изготавливаются из стали, а в специальных конструкциях могут быть изготовлены из цветных металлов. Материал остальных болтов, винтов, шпилек условно разделяют на 12 классов прочности по ГОСТ 1759-70. Класс прочности обозначается двумя числами. Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение предела прочности σ в в МПа, второе, деленное на 10, указывает отношение предела текучести σ т к пределу прочности, а произведения этих чисел, умноженное на 10 есть предел текучести в МПа.

Например, класс прочности 4.8 показывает, что деталь изготовлена из стали с механическими характеристиками:

σ в = 400 Мпа, σ т = 4.8 = 320 МПа и σ т / σ в = 0.8.

Такими свойствами обладают стали марки Сталь 10.

Материал остальных гаек и шайб делится на 7 классов прочности. Класс прочности обозначается числом, которое при умножении на 100 дает величину напряжений от испытательной нагрузки в МПа. Например, класс прочности 4 показывает, что гайка или шайба изготовлена из стали марки Ст.3, т.к. σ в = 4*100 = 400 МПа.

Конкретно классы прочности необходимо посмотреть самостоятельно в /2/. Класс прочности записывается в условное обозначение крепежной детали.

Условное изображение крепежных деталей.

Согласно стандартам в условное обозначение входит наименование детали, исполнение, диаметр резьбы, шаг мелкой резьбы, степень точности и основное отклонение резьбы, длина болта, винта (без головки) или шпильки, класс прочности, указание о применении спокойной стали, вид покрытия, толщина покрытия и ГОСТ на деталь. Если исполнение обычное (без отверстий), резьба основная, не регламентировано применение спокойной стали, изделие без покрытия, то эти сведения из обозначения исключаются. При изготовлении деталей из легированных сталей после класс прочности ещё указывается марка стали.

Примеры обозначения:

Болт 2 М20х2.6х70.48.С.037 ГОСТ

Болт М20.6дх70.48 ГОСТ

Винт М12х1.25.8дх40.88.35х.019 ГОСТ

Винт М12.8дх40.43 ГОСТ

Гайка М20х2.6Н.2х13.037 ГОСТ

Гайка М20.6Н.5 ГОСТ

Способы стопорения резьбовых соединений.

Существует большое число способов стопорения или предохранения против самоотвинчивания.

Они сводятся к следующему:

1. Повышение трения в резьбе или на торце гайки (контр-гайки, пружинные шайбы).

2. Жесткое соединение гайки со стержнем винта (корончатые гайки или применение проволоки)

• единица измерения диаметра (метрическая, дюймовая, модульная, питчевая резьба)
• расположение на поверхности (наружная и внутренняя резьба)
• направление движения винтовой поверхности (правая, левая);
• число заходов (одно- и многозаходная), например двузаходная, трёхзаходная и т. д.;
• профиль (треугольный, трапецеидальный, прямоугольный, круглый и др.);
• образующая поверхность на которой расположена резьба (цилиндрическая резьба и коническая резьба);
• назначение (крепёжная, крепёжно-уплотнительная, ходовая и др.).

Основные параметры резьбы и единицы измерения

Схема цилиндрической резьбы.

Схема конической резьбы.

Метрическая резьба - с шагом и основными параметрами резьбы в миллиметрах.

Дюймовая резьба - 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 характеризует условно просвет в трубе, а наружный диаметр, на самом деле, существенно больше.

Метрическая и дюймовая резьба применяется в резьбовых соединениях и винтовых передачах.

Модульная резьба - шаг резьбы измеряется модулем (m). Чтобы получить размер в миллиметрах достаточно модуль умножить на число пи ().

Питчевая резьба - шаг резьбы измеряется в питчах (p"). Для получения числового значения (в дюймах) достаточно число пи () разделить на питч.

Модульная и питчевая резьба применяется при нарезании червяка червячной передачи. Профиль витка модульного червяка может иметь вид архимедовой спирали , эвольвенты окружности , удлинённой или укороченной эвольвенты и трапеции .

• шаг (P) - расстояние между одноимёнными боковыми сторонами профиля, измеряется в долях метра , в долях дюйма или числом ниток на дюйм - это знаменатель обыкновенной дроби, числитель которой является дюймом. Выражается натуральным числом (например; 28, 19, 14, 11);
• наружный диаметр (D, d) , диаметр цилиндра, описанного вокруг вершин наружной (d) или впадин внутренней резьбы (D);
• средний диаметр (D 2 , d 2) , диаметр цилиндра, образующая которого пересекает профиль резьбы таким образом, что её отрезки, образованные при пересечении с канавкой, равны половине номинального шага резьбы;
• внутренний диаметр (D 1 , d 1) , диаметр цилиндра, вписанного во впадины наружной (d 1) или вершины внутренней резьбы (D 1);
• ход (P h) величина относительного перемещения исходной средней точки по винтовой линии резьбы на угол 360°

где - число заходов;

Типы резьбы

Метрическая, M

Имеет широкое применение с номинальным диаметром от 1 до 600 мм и шагом от 0,25 до 6 мм. Профиль - равносторонний треугольник (угол при вершине 60°) с теоретической высотой профиля Н=0,866025404Р. Все параметры профиля измеряются в миллиметрах.

Стандарты:

• ГОСТ 24705-2004 (ИСО 724:1993) - Резьба метрическая. Основные размеры.
• ГОСТ 9150-2002 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Профиль.
• ГОСТ 8724-2002 - Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Диаметры и шаги.
• ISO 965-1:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 1. Принципы и основные характеристики.
• ISO 965-2:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 2. Предельные размеры резьб для болтов и гаек общего назначения. Средний класс точности.
• ISO 965-3:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 3. Отклонения для конструкционной резьбы.
• ISO 965-4:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 4. Предельные размеры для наружных винтовых резьб, гальваницированных горячим погружением, для сборки с внутренними винтовыми резьбами, нарезанными метчиком с позиции допуска H или G после гальванизации.
• ISO 965-5:1998 - Резьбы метрические ISO общего назначения. Допуски. Часть 5. Предельные размеры для внутренних винтовых резьб винтов для сборки с наружными винтовыми резьбами, гальванизированными горячим погружением, с максимальным размером позиции допуска h до гальванизации.
• ISO 68-1 - Резьбы винтовые ISO общего назначения. Основной профиль. Метрическая резьба.
• ISO 261:1998 - Резьбы метрические ИСО общего назначения. Общий вид.
• ISO 262:1998 - Резьбы ISO метрические общего назначения. Выбранные размеры для винтов, болтов и гаек.
• BS 3643 - ISO metric screw threads.
• DIN 13-12-1988 - Резьбы метрические ИСО основные и прецизионные диаметром от 1 до 300 мм. Выбор диаметров и шагов.
• ANSI B1.13M , ANSI B1.18M - Метрическая резьба М с профилем базирующимся на стандарте ISO 68.

Условное обозначение: буква M (metric), числовое значение номинального диаметра резьбы (d, D на схеме, оно же внешний диаметр резьбы на болте) в миллиметрах, числовое значение шага (для резьбы с мелким шагом) (P на схеме) и буквы LH для левой резьбы. Например, резьба с номинальным диаметром 16 мм с крупным шагом обозначается как M16; резьба с номинальным диаметром 36 с мелким шагом 1,5 мм - М36х1,5; такая же по диаметру и шагу но левая резьба М36х1,5LH.

Метрическая коническая, MK

Стандарт: ГОСТ 6042-83 Резьба Эдисона круглая. Профили, размеры и предельные размеры.

Условное обозначение резьбы: Буква E, номер резьбы, если резьба для неметаллических элементов буква N через наклонную черту (/) и номер ГОСТа, например E 27 ГОСТ 6042-83 или E 27/N ГОСТ 6042-83 .

Метрическая EG-M

Дюймовая цилиндрическая UTS

UTS (Unified Thread Standard) - дюймовая цилиндрическая резьба, широко распространена в США и Канаде. Угол при вершине 60°, теoретическая высота профиля H=0,866025P. В зависимости от шага подразделяется на: UNC (Unified Coarse); UNF (Unified Fine); UNEF (Unified Extra Fine); 8UN; UNS (Unified Special) . Крайне широко распространена UNC 1/4 (1/4"x1.25mm). Она присутствует в креплении практически всех современных цифровых и пленочных фото- и видеокамер (а также штативов) малого формата. Её параметры, D=6.35mm, D 1 =4.975mm, шаг 20 ниток на дюйм (1.25мм). До неё для крепления фототехники такой-же популярностью пользовалась резьба 3/8" с шагом 16 ниток на дюйм (1.5875mm) D=9.525mm, D 1 =7.806mm. Российские стандарты: ГОСТ 3362-75 "Фото- и киноаппараты. Штативное соединение. Присоединительные размеры".

Дюймовая BSW

BSW (British Standard Whitworth) - дюймовая резьба. Является Британским стандартом, предложена Джозефом Витуортом (Joseph Whitworth) в 1841 году, угол при вершине 55°, теоретическая высота профиля H=0,960491P. Резьба с мелким шагом называется: BSF (British Standard Fine).

Дюймовая трубная NPT

Резьбы нефтяного сортамента

Резьбы нефтяного сортамента предназначены для соединения труб в нефтяных скважинах. Являются коническими для обеспечения высокой герметичности. По форме профиля бывают треугольные, с углом профиля 60°, и трапецеидальные неравнобочные, с углами от 5° до 60° (так называемая резьба Батресс). Резьбы нефтяного сортамента в основном выполняются в соответствии со стандартами Американского института нефти (API). Российские стандарты: ГОСТ Р 53366-2009 -Трубы стальные, применяемые в качестве обсадных или насосно-компрессорных труб для скважин в нефтянной и газовой промышленности. Общие технические условия.ГОСТ 631-65 - Трубы бурильные с высаженными концами и муфты к ним. ГОСТ 632-70 - Трубы обсадные и муфты к ним. ГОСТ 633-80 - Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним.

Способы изготовления

Применяются следующие способы получения резьб:

• лезвийная обработка резанием ;
• абразивная обработка;
• выдавливание прессованием;
• электрофизическая и электрохимическая обработка.

Наиболее распространённым и универсальным способом получения резьб является лезвийная обработка резанием. К ней относятся:

• нарезание наружных резьб плашками ;
• нарезание внутренних резьб метчиками ;
• точение наружных и внутренних резьб резьбовыми резцами и гребёнками;
• резьбофрезерование наружных и внутренних резьб дисковыми и червячными фрезами ;
• нарезание наружных и внутренних резьб резьбонарезными головками;
• вихревая обработка наружных и внутренних резьб.

Накатывание является наиболее высокопроизводительным способом обработки резьб, обеспечивающим высокое качество получаемой резьбы. К накатыванию резьб относятся:

• накатывание наружных резьб двумя или тремя роликами с радиальной, осевой или тангенциальной подачей;
• накатывание наружных и внутренних резьб резьбонакатными головками ;
• накатывание наружных резьб плоскими плашками;
• накатывание наружных резьб инструментом ролик-сегмент;
• накатывание (выдавливание) внутренних резьб бесстружечными метчиками.

К абразивной обработке резьб относится шлифование однониточными и многониточными кругами. Применяется для получения точных, в основном ходовых резьб.

Выдавливание прессованием применяется для получения резьб из пластмасс и цветных сплавов. Не нашло широкого применения в промышленности.

Литьё (обычно под давлением) применяется для получения резьб невысокой точности из пластмасс и цветных сплавов.

Электрофизическая и электрохимическая обработка (например, электроэрозионная , электрогидравлическая) применяется для получения резьб на деталях из материалов с высокой твердостью и хрупких материалов, например твёрдых сплавов, керамики и т. п.

Историческая справка

Схема «резьбового» сустава у жука тригоноптеруса

Долгое время считалось, что резьбовое соединение, наряду с колесом и зубчатой передачей , является великим изобретением человечества, не имеющим аналога в природе. Однако, в 2011 г. группа ученых из опубликовала в журнале Science статью о строении суставов у жуков-долгоносиков вида Тригоноптерус облонгус (англ. Trigonopterus ) , обитающих на Новой Гвинее . Оказалось, что лапы этих жуков соединены с телом с помощью вертлуга , который ввинчивается в коксу (тазик) – аналог тазобедренного сустава у насекомых. На поверхности вертлуга расположены выступы, напоминающие конический винт. В свою очередь поверхность коксы также снабжена резьбовой выемкой. Такое соединение обеспечивает более надежное крепление конечностей, чем шарнирное, и гарантирует ведущему древесный образ жизни насекомому большую устойчивость.

Применение винтовых поверхностей в технике началось ещё в античные времена. Считается, что первым винт изобрел Архит Тарентский - философ , математик и механик , живший в IV-V веках до н. э. Широко известен изобретеный Архимедом винт , применявшийся для перемещения жидкостей и сыпучих тел. Первые крепёжные детали, имеющие резьбы, начали применяться в Древнем Риме в начале н. э. Однако, из-за высокой стоимости они использовались только в ювелирных украшениях, медицинских инструментах и других дорогостоящих изделиях.

Широкое применение ходовые и крепёжные резьбы нашли лишь в Средневековье . Изготовление наружной резьбы происходило следующим образом: на цилиндрическую заготовку наматывалась смазанная мелом или краской верёвка , затем по образовавшейся спиральной разметке нарезалась винтовая канавка. Вместо гаек со внутренней резьбой использовались втулки с двумя или тремя штифтами .

В XV-XVI веках началось изготовление трёх- и четырёхгранных метчиков для нарезания внутренней резьбы. Обе сопрягаемые детали с наружной и внутренней резьбой для свинчивания подгонялись друг под друга вручную. Какая-либо взаимозаменяемость деталей полностью отсутствовала.

Предпосылки к взаимозаменяемости и стандартизации резьбы были созданы Генри Модсли (Henry Maudslay) приблизительно в 1800 году , когда изобретённый им токарно-винторезный станок сделал возможным нарезание точной резьбы. Ходовой винт и гайку для своего первого станка он изготовил вручную. Затем он выточил на станке винт и гайку более высокой точности. Заменив первый винт и гайку новыми, более точными, он выточил еще более точные детали. Так продолжалось до тех пор, пока точность резьбы не перестала увеличиваться.

В течение следующих 40 лет взаимозаменяемость и стандартизация резьб имели место лишь внутри отдельных компаний. В 1841 году Джозеф Витуорт (Joseph Whitworth) разработал систему крепежных резьб, которая, благодаря принятию её многими английскими железнодорожными компаниями, стала национальным стандартом для Великобритании, названным британским стандартом Витворта (BSW ). Стандарт Витворта послужил основой для создания различных национальных стандартов, например стандарта Селлерса (Sellers ) в США, резьбы Лёвенхерц (Löwenherz ) в Германии и т. д. Количество национальных стандартов было очень велико. Так, в Германии в конце XIX века было 11 систем резьбы с 274 разновидностями.

В 1898 году Международный Конгресс по стандартизации резьбы в Цюрихе определил новые международные стандарты метрической резьбы на основе резьбы Селлерса, но с метрическими размерами.

В Российской империи стандартизация резьб на государственном уровне отсутствовала. Каждое предприятие, выпускающее резьбовые детали, использовало собственные стандарты, основанные на зарубежных аналогах.

Первые мероприятия по стандартизации резьб были предприняты в 1921 году Наркоматом путей сообщения РСФСР . Им на основе немецких стандартов метрической резьбы были выпущены таблицы норм НКПС-1 для резьб, используемых на железнодорожном транспорте. Таблицы включали в себя метрические резьбы диаметром от 6 до 68 мм.

В 1927 году на основе данных таблиц комитетом по стандартизации при Совете труда и обороны был разработан один из первых государственных стандартов СССР – ОСТ 32.

В этом же году для резьб по стандарту Витворта был разработан ОСТ 33А.

К началу 1932 года были разработаны ОСТ для трапецеидальных резьб на основе модернизированных американских стандартов Акме (Acme ).

В 1947 году была основана

В машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности широкое распространение получили разъемные соединения деталей машин, осуществляемые с помощью резьбы различных профилей (треугольного, трапецеидального, прямоугольного и др.).

В основе образования резьбы лежит принцип получения винтовой линии. Если на поверхности цилиндра или конуса прорезать канавку по винтовой линии, то режущая кромка резца образует винтовую поверхность, характер которой зависит от формы режущей кромки.

Образование винтового выступа можно представить как движение треугольника, трапеции, квадрата по поверхности цилиндра или конуса так, чтобы все точки фигуры перемещались по винтовой линии (рис. 248).

Резьба - это поверхность, образованная при винтовом движении произвольного плоского контура по цилиндрической или конической поверхности.

Признаки классификации и виды резьбы

Резьбу треугольного профиля нарезают обычно на деталях, предназначенных для скрепления, и поэтому ее называют крепежной резьбой.

Резьбы иных профилей, по преимуществу трапецеидальные и прямоугольные, относятся к ходовым резьбам (резьба на валу для передвижения суппорта токарного станка, резьба на винте машинных тисков, домкратов и др.).

Виды резьбы классифицируются по следующим признакам:

по форме поверхности:

Цилиндрическая резьба, образованная на поверхности цилиндра,

Коническая резьба, образованная на поверхности конуса;

по характеру поверхности:

Наружная резьба, образованная на наружной поверхности цилиндра или конуса. В резьбовом соединении наружная резьба является охватываемой поверхностью и наносится на болте (винте идр.),

Внутренняя резьба, образованная на внутренней поверхности цилиндра или конуса. В резьбовом соединении внутренняя резьба является охватывающей поверхностью, она наносится на поверхности отверстия в гайке (гнезде и др.);

по направлению резьбы:

Правая резьба, образованная контуром, вращающимся по часовой стрелке и перемещающимся вдоль оси в направлении от наблюдателя (подъем винтового выступа на видимой (передней) стороне идет слева направо),

Левая резьба, образованная контуром, вращающимся против часовой стрелки и перемещающимся вдоль оси в направлении от наблюдателя (подъем винтового выступа идет справа налево);

по числу заходов (выступов и канавок):

Однозаходная резьба, образованная одной винтовой ниткой (рис. 249, а),

Многозаходная резьба, образованная двумя, тремя и т.д. винтовыми нитками (рис. 249, б, в).

Винтовая нитка - это выступ винтовой резьбы, образованный одним профилем.

Число заходов резьбы - число ниток, образующих резьбу.

Многозаходные винты образуются, если по поверхности перемещаются одновременно два, три и более плоских профиля, равномерно расположенных по окружности относительно друг друга (рис. 249).

На рисунке 250 представлена обобщенная схема типов резьб.

Параметры резьбы

Основными параметрами резьбы (рис. 251) являются:

Наружный диаметр резьбы d (D) - диаметр воображаемого цилиндра (конуса для конической резьбы), описанного вокруг вершин наружной резьбы или впадин внутренней. Обычно он равняется номинальному диаметру и используется при обозначении резьбы;

Средний диаметр резьбы d 2 (D 2) - диаметр воображаемого соосного с резьбой цилиндра, пересекающего витки резьбы таким образом, что ширина выступов резьбы и ширина впадин оказываются равными;

Внутренний диаметр резьбы d 1 (D 1);

Шаг резьбы Р - расстояние между соответствующими точками двух соседних витков, измеренное параллельно оси резьбы (для конической резьбы - проекция на ось резьбы отрезка, соединяющего соседние вершины профиля резьбы);

Ход резьбы P h - расстояние между соответствующими точками на поверхности винтовой нитки за один оборот контура, измеренное параллельно оси резьбы. Для однозаходной резьбы величина хода винта P h равна шагу Р (см. рис. 249, а). Для двух и трехзаходных винтов величина хода соответственно равняется 2Р - для двухзаходного винта (см. рис. 249, б) и ЗР - для трехза-ходного (см. рис. 249, в);

Угол профиля а образуется боковыми сторонами профиля;

Высота исходного профиля Н получается при продолжении боковых сторон остроугольного профиля до пересечения;

Высота профиля, равная (5/8)H - расстояние между выступом и впадиной профиля в направлении, перпендикулярном оси резьбы.

Основные типы резьбы, обозначения и примеры нанесения обозначений на чертежах приведены в табл. 6.

Резьба метрическая. Профиль метрической резьбы (ГОСТ 9150- 2002) представляет собой равносторонний треугольник с углом профиля, равным 60°. Форма впадины резьбы может быть как плоско-срезанной, так и закругленной. Стандартом установлены размеры метрической резьбы для диаметров от 1 до 600 мм.

Метрическая резьба подразделяется:

На резьбу с крупным шагом;

Резьбу с мелким шагом.

Шаг и глубина метрической резьбы с мелким шагом меньше, чем резьбы с крупным шагом при одном и том же наружном диаметре. Резьбы с мелким шагом применяются в тонкостенных соединениях для увеличения их герметичности, для осуществления регулировки в приборах точной механики и оптики, в целях увеличения сопротивляемости деталей самоотвинчиванию.

Резьба дюймовая (в табл. 6 не указана). Резьба дюймовая имеет треугольный профиль с углом у вершины в 55°. Применение дюймовой резьбы в новых разработках не допускается. Дюймовая резьба применяется при ремонте оборудования, поскольку в эксплуатации находятся детали с дюймовой резьбой. Изготовляется с наружным диаметром от 3/16" до 4".

Основными параметрами дюймовой резьбы являются наружный диаметр в дюймах и число шагов на дюйм длины нарезанной части детали. На чертеже она обозначается наружным диаметром, выраженным в дюймах, например: 1"; 1 1/3”; 2".

Резьба трубная цилиндрическая. Угол профиля равен 55°. Профиль резьбы выполняется с закруглениями. Изготовляется она диаметром от 1/8 до 6" при числе ниток на 1" от 28 до 11. Номинальный диаметр трубной резьбы условно отнесен к внутреннему диаметру трубы (D y - условный проход). Трубная цилиндрическая резьба применяется для соединения труб, арматуры, трубопроводов и других тонкостенных деталей (пробки, заглушки и др.).

Резьба трубная коническая. Конусность равна 1:16. Профиль резьбы - равнобедренный треугольник с углом при вершине 55° и закругленной вершиной. Наружный диаметр в среднем сечении по длине резьбы на трубе (в основной плоскости, перпендикулярной к оси резьбы) равен наружному диаметру цилиндрической трубной резьбы того же размера (рис. 252). На эту резьбу ГОСТ устанавливает размеры диаметров от 1/16" до 6".

В трубных соединениях коническая резьба на трубе может применяться в сочетании с цилиндрической трубной резьбой в муфте, т.е. коническая резьба - трубы, цилиндрическая - муфты.

Применяется резьба для резьбовых соединений топливных, масляных, водяных и воздушных трубопроводов машин и станков.

Трубная коническая резьба обозначается буквами:

R - коническая наружная;

R c - коническая внутренняя;

R p - цилиндрическая внутренняя.

Резьба коническая дюймовая с углом профиля 60° (ГОСТ 6111-52). Применяется для диаметров от 1/16” до 2" для резьбовых соединений топливных, масляных, водяных и воздушных трубопроводов, машин и станков.

Резьба трапецеидальная. Профиль резьбы - равнобочная трапеция с углом 30° между боковыми сторонами. Трапецеидальная резьба может быть однозаходной и многозаходной, правой и левой. Трапецеидальная резьба (ГОСТ 9484-81) предусмотрена для диаметров от 8 до 640 мм.

Эта резьба служит для преобразования движения (в ходовых винтах станков, винтах суппортов, штурвальных винтах, грузовых винтах и т.п.).

Резьба упорная. Имеет профиль трапеции, одна из сторон которой наклонена на 30°, а вторая - на 3° к нормали, проведенной к оси резьбы (см. табл. 6). Упорная резьба диаметром от 10 до 600 мм выполняется по ГОСТ 10177-82.

Упорная резьба применяется в механизмах с большим осевым усилием (в винтовых прессах, в нажимных винтах прокатных станов и т.п.).

Резьба круглая (ГОСТ 13536-68). Профиль круглой резьбы образован дугами, связанными между собой участками прямой линии. Угол между сторонами профиля 30° (см. табл. 6).

Резьба имеет ограниченное применение - для санитарно-технической арматуры: для шпинделей вентилей смесителей, водопроводных кранов, в отдельных случаях для крюков подъемных кранов, а также в условиях воздействия агрессивной среды.

Прямоугольная резьба не стандартизована, так как наряду с преимуществами, заключающимися в более высоком коэффициенте полезного действия, чем у трапецеидальной резьбы, она менее прочна и сложнее в производстве. Применяется при изготовлении винтов, домкратов и ходовых винтов. При изображении прямоугольной резьбы рекомендуется вычерчивать местный разрез, на котором проставляют необходимые размеры.

Специальные резьбы. Если резьба имеет стандартный профиль, но отличается от соответствующей стандартной резьбы диаметром или шагом, то резьба называется специальной. В этом случае к обозначению резьбы добавляется надпись Сп, а в обозначении резьбы указываются размеры наружного диаметра и шага резьбы, например: Сп. М19 х 1,5.

Определение резьбы при съемке с натуры

Для определения основных параметров резьбы производится ее обмер. Обмер резьбы включает в себя определение:

Шага резьбы - для метрической резьбы и числа шагов на дюйм - для резьбы, имеющей профиль дюймовой резьбы;

Наружного диаметра (для стержня) и внутреннего (для отверстия).

Шаг резьбы и число шагов на дюйм определяют с помощью резьбомеров - набора шаблонов. На каждом шаблоне указано или определенное значение шага резьбы, или значение числа шагов на дюйм. Шаблон подбирается таким образом, чтобы одна из пластин резьбомера полностью входила во впадины резьбы. Шаг резьбы или число шагов на дюйм определяется при совпадении профиля шаблона с профилем резьбы надетали по маркировке на шаблоне (рис. 253).

Наружный диаметр (для стержня) и внутренний (для отверстия) определяют с помощью штангенциркуля (рис. 254).

Сопоставляя данные обмера с табличными в соответствующих стандартах для данного типа резьбы, установив направление витков резьбы (правое или левое) и число заходов, получаем исходные данные для обозначения резьбы.

Изображение резьбы на чертежах

При изображении резьбы на чертежах всех отраслей промышленности и строительства в соответствии с ГОСТ 2.311-68 принята условность, когда винтовую линию заменяют двумя линиями - сплошной основной и сплошной тонкой. При этом изображение наружной и внутренней резьбы имеет следующие особенности.

Наружная резьба. На стержне резьба изображается сплошными основными линиями по наружному диаметру и сплошными тонкими - по внутреннему.

На изображениях, полученных проецированием на плоскость, параллельную оси стержня, сплошную тонкую линию по внутреннему диаметру резьбы проводят на всю длину резьбы без сбега (рис. 255). Сплошная тонкая линия изображения резьбы на стержне должна пересекать линию границы фаски.

На видах, полученных проецированием на плоскость, перпендикулярную к оси стержня, по внутреннему диаметру резьбы проводят дугу, приблизительно равную 3/4 окружности, разомкнутую в любом месте (не допускается начинать сплошную линию и заканчивать ее на осевой линии). Расстояние между тонкой линией и сплошной основной не должно быть меньше 0,8 мм и больше шага резьбы. Фаска на этом виде не изображается.

Внутренняя резьба. В отверстии резьбу изображают сплошными основными линиями по внутреннему диаметру резьбы и сплошными тонкими линиями - по наружному диаметру (рис. 256). Резьба, показываемая как невидимая, должна изображаться штриховыми тонкими линиями одинаковой толщины по наружному и по внутреннему диаметрам.

На разрезах, полученных проецированием на плоскость, параллельную оси отверстия, сплошная тонкая линия по наружному диаметру резьбы проводится на всю длину резьбы без сбега.

На изображениях, полученных проецированием на плоскость, перпендикулярную к оси отверстия, по наружному диаметру резьбы проводят дугу, приблизительно равную 3/4 окружности, разомкнутую в любом месте. Фаску на этом виде не изображают.

Линию, определяющую границу резьбы, наносят на стержне и в отверстии с резьбой в конце полного профиля резьбы (до начала сбега). Границу резьбы проводят до линии наружного диаметра резьбы и изображают сплошной основной линией, перпендикулярной к оси резьбы, если она видна (рис. 257, а, б), и штриховой тонкой, если резьба изображена как невидимая (рис. 257, в).

Штриховку в разрезах и сечениях проводят до линии наружного диаметра резьбы на стержне и до линии внутреннего диаметра в отверстии, т.е. в обоих случаях до сплошной толстой основной линии (рис. 256-258).

Сбег резьбы (см. рис. 258) при необходимости изображают сплошной тонкой линией. Из технологических соображений на части стержня может быть осуществлен недовод резьбы. Суммарно недовод резьбы и сбег представляют собой недорез резьбы. Размер длины резьбы указывается, как правило, без сбега. Пример простановки размера длины резьбы без сбега и со сбегом представлен на рис. 259.

Глухое отверстие с резьбой называют гнездом. Конечная часть гнезда, выполненная сверлением, обычно имеет форму конуса с углом при вершине 120° (рис. 260, а, б). Если конец резьбы располагается близко к дну глухого отверстия, то допускается изображать резьбу до конца отверстия (рис. 260, б). Допускается изображать резьбу до конца отверстия на чертежах, по которым резьбу не выполняют. На рисунке 260, в показано изображение резьбы в пластмассовых деталях.

Если на чертеже необходимо показать профиль резьбы (резьба с нестандартным профилем или специальная резьба), то следует применять местный разрез (рис. 261, а), выполнять профиль резьбы на разрезе (рис. 261,6) или изображать участок профиля в увеличенном виде как выносной элемент (рис. 261, в).

На разрезах резьбового соединения в изображении на плоскости, параллельной его оси, в отверстии показывают только ту часть резьбы, которая не закрыта резьбой ввернутого в него стержня (рис. 262-263).

На чертеже резьба с нестандартным профилем изображается с нанесением всех размеров, необходимых для ее изготовления (см. рис. 261, в).

Для всех резьб, кроме конических и трубной цилиндрической, обозначения относятся к наружному диаметру и проставляются над размерной линией, на ее продолжении или на полке линии-выноски (рис. 264). Места нанесения обозначения указанных резьб на стержне показаны на рис. 264-265, отверстии - на рис. 266.

Обозначение конических резьб и трубной цилиндрической наносят только на полке линии-выноски (рис. 267).