История появление этого типа крепления достаточно древняя, и прошла немало этапов развития. Первая резьбовая деталь в виде болта появилась в 15 веке и использовалась в качестве элемента часового механизма, скрепляющего детали. Примечательно, что даже первый печатный станок, изобретенный Иоганном Гуттенбергом и предназначенный для отображения печатного слова, также обладал резьбовыми соединениями. Знаменитые записки да Винчи тоже содержат неокончательные проекты винторезного станка, а первое подобное устройство изобрел в середине XVI века француз математик Ж. Бессон.
С развитием технического прогресса и повсеместного изготовления станков возникла потребность в унифицировании деталей. Так стали появляться государственные и международные стандарты. Основной и первый шаг в стандартизации резьбовых изделий совершил инженер Джозеф Витворт (Великобритания, 1841 год), который представил доклад «Система унифицирования винтовых резьб» в Институте гражданских инженеров.
Предложение Витворта заключалось в определении для болтов и винтов определенного размера единого параметра резьбы: профиль, шаг, высота профиля. По его рекомендации профильный угол равен 550, а количество витков на дюйм определяется диаметром болта либо винта. Вершина витков и основание впадин обязаны закруглятся на 1/6 высоты профиля. Уже к 1881 году система, предложенная Витвортом, была принята, во многом благодаря английским железнодорожным компаниям, как британский стандарт, названный британским стандартом Витворта (BSW).
С 1864 года в США начали проводить свою стандартизацию, и начал ее Институт Франклина, занимавшийся научными разработками. У. Селлерс – производитель металлорежущих инструментов Филадельфии, смог убедить Институт в необходимости создания комиссии, которая была бы ответственна за создание государственных американских стандартов. При этом он предложил несколько поправок к системе Витворта. По мнению Селлерса, угол профиля в 550 сложно измерить, а потому он заменил его на 600, , что сделало резьбу более прочной. К тому же он предложил нарезать резьбу с плоскими основаниями впадин и вершинами витков. Он полагал, что система Витворта приводила закругление данных областей к несоответствию между гайкой и болтом, что снижало прочность резьбы. После того, как Институт принял систему, Селлерс рекомендовал ее как государственный стандарт: «Профиль винтовых резьб должен иметь прямые края, образующие угол 600, поверхность вершин и впадин должна быть плоской и составлять 1/8 шага». К окончанию XIX столетия данная система получила статус стандарта в Америке, а благодаря широкому распространению станков, произведенных в США, и в большинстве стран мира, которые до сих пор пользовались произвольными стандартами. Стандартизация, помимо всего прочего позволяла снизить себестоимость производство крепежа.
В 1964 году Международная организация по стандартизации (ISO) завершила работу по развитию системы стандартизации винтовой резьбы. Данная серия международных стандартов описала требования к системе качества и уровню надежности крепежных изделий. Стандарт ISO по настоящее время носит рекомендательный характер, но более 90 мировых стран принял его как национальный стандарт. По окончанию процесса на конференции в Нью-Дели были приняты две системы:
- Дюймовая резьба ISO.
- Метрическая резьба ISO.
Однако, на практике оказалось, что крепеж, созданный по новой метрической системе, был хуже того, что изготавливали по дюймовой системе. И в 1970 году в Институт промышленных крепежных изделий поступило предложение о разработке совершенной метрической системы. Уже в 1971 году специалисты данного заведения предоставили проект Оптимальной метрической системы. Кроме того, они предложили создать резьбовой профиль, стандартный для крепежа, использующегося в авиационно-космической сфере и создания изделий с повышенными эксплуатационными характеристиками. Данное предложение учли в системе ANSI*/ISO, которая сегодня считается метрическим международным стандартом.
Характеристика резьбы
Разъемное резьбовое соединение создается методом нанесения на поверхности соединяемых деталей, идентичных по размеру, ложбинок. Шаг дюймовой резьбы указывается простой дробью, а определяется он как расстояние в дюймах (1 дюйм = 2,54 см) между двумя соседствующими впадинами. Данный показатель отличается стабильностью, обеспечивающей возможность подбора гайки либо болта под соединение. Обозначение на чертежах – двойной штрих.
В российских стандартах дюймовой резьбы, закрепленных в ГОСТ 6357-81, основными характеристиками считаются диаметр и шаг. Диаметр дюймовой резьбы может быть:
- внешним – расстояние между противоположными точками, расположенными на вершинах гребней резьбы;
- внутренним – расстояние между точками нижними, лежащими на впадинах канавки резьбы.
При этом внешний диаметр может быть существенно больше. Высоту профиля резьбы получают, как разницу между двумя этими показателями.
В графическом отображении резьба обладает видом треугольника. Угол вершины резьбы составляет 550 для британского стандарта (BSW, BSF**) и 600 для метрической и американской системе (UNC, UNF). Шаг бывает мелким и крупным, а цифра, характеризующая резьбу, отражает число витков на дюйм.
Область применения
В России сегодня дюймовая резьба используется при производстве водопроводов, и ее нарезают на пластмассовые и металлические трубы, а также в американском и японском оборудовании. В остальных ситуациях применяется метрические резьбы. При этом во время приобретения труб следует применять идентичные крепления, то есть метрический не подойдет для дюймовой резьбы.
Диаметр дюймовой резьбы – не единственный важный показатель, а потому следует учитывать шаг, глубину, внутренний и наружный диаметр, а также угол профиля. Необходимо обращать внимание, что резьбовой шаг измеряют в нитках – нарезная канавка. Расчет ведут, исходя из количества канавок, нарезанных на дюймовом мерном отрезке на трубе.
С целью определения количества ниток и диаметра трубы с дюймовой резьбой разработаны специальные таблицы.
В чем отличие дюймовой резьбы?
Итак, как видим, дюйм – сравнительно большая и неудобная величина, а потому Джозеф Витворт решил, что наиболее простым параметром шага резьбы необходимо считать количество витков резьбы, помещающихся в 1 дюйм ее длины (витки легко сосчитать визуально).
- Дюймовая цилиндрическая резьба с крупным шагом (BSW) – предусмотрена Витвортом для общего использования. Его идея заключалась в предложении закрепить для однотипных винтов и болтов определенные строгие параметры резьбы (высота профиля, шаг и профиль). Число витков на дюйм не должно быть для всех диаметров постоянным – чем меньше диаметр, тем больше витков, и наоборот.
- Дюймовая цилиндрическая резьба с мелким шагом (BSF) – до 50-х годов была очень распространена, как и предыдущий тип резьбы, и использовалась для создания высокоточных крепежей. На смену ей пришла мелкая дюймовая резьба UNF.
- Дюймовая цилиндрическая трубная резьба несамоуплотняющаяся – до настоящего момента широко применяется в мире для деталей соединений трубопроводов и трубопроводной арматуры. В трубном варианте один дюйм равен 3,3249 сантиметра. У обычного водопровода может быть два варианта шага резьбы: на 11 и 14 ниток.
- Дюймовая унифицированная крупная резьба UNC – наиболее распространенная в мире и применяется практически во всех изделиях. Дополнительно в обозначении данной резьбы могут указывать шаг резьбы (через тире) и направление (правое/левое). Данный тип резьбы по размеру меньше 1/4″. Поскольку имеются затруднения в обозначении, их подписывают номерами от 1 до 12, указывая шаг, измеряющийся числом витков в дюйме.
- Дюймовая унифицированная цилиндрическая мелкая резьба UNF – применяется для высокопрочного и регулировочного крепежа. Обозначение включает в себя буквенное обозначение резьбы и диаметра в дюймах. Их принято обозначать номерами от 0 до 12, указывая шаг резьбы через тире.
- Дюймовая унифицированная цилиндрическая особо мелкая резьба UNEF применяется для высокоточного крепежа и деталей точных механизмов.
* — ANSI — Американский национальный институт стандартов
** — BSF – Британский стандарт мелкой резьбы