Виды резьбовых соединений, их классификация и назначение

Определение и назначение резьбовых соединений

Резьба относится к разъемным методам соединения, который широко распространен и в промышленности, и в быту. Она применяется при подключении трубопроводной арматуры, отдельных отрезков трубы, для скрепления компонентов различных устройств.

Для выполнения резьбового соединения нет необходимости в использовании сложных инструментов. В большинстве случаев достаточно иметь разводной или гаечный ключ соответствующего размера. Детали с резьбой могут многократно соединяться/разъединяться, что обеспечивает высокую ремонтопригодность.

Представленный тип соединения отличается не только диаметром, но и формой, от которой напрямую зависит совместимость соединяющихся между собой компонентов.

Виды резьбовых соединений

С помощью резьбы может выполняться скрепление отдельных деталей и передача кинетической энергии. Во втором случае речь идёт о ходовых винтах, используемых на различных станках ЧПУ в качестве приводного механизма. За счет их вращения обеспечивается перемещение винтовой передачи в горизонтальной или вертикальной плоскости. В зависимости от эксплуатационных нагрузок здесь может присутствовать типовая или нестандартная форма резьбы.

Крепежные резьбовые соединения более стандартизированы, но исторически сложилось, что в разных регионах действует собственная классификация. В большинстве случаев детали не являются взаимозаменяемыми, что нужно обязательно учитывать при модернизации производства.

Метрическая

Резьба получила широкое распространение в странах СНГ, которые до 1991 года использовали единую номенклатуру креплений и соединений. В России она до сих пор применяется на коммунальных и производственных предприятиях, где установлено старое оборудование или оборудование, выпущенное в соответствии с отечественными ГОСТами.

Несмотря на визуальную схожесть с дюймовой резьбой, метрическая отличается углом наклона вершин, который равен 60 градусам. Они могут быть заостренными или скошенными.

Рис. 1. Метрическая резьба                        Рис. 2. Гидравлический шаровый кран с метрической резьбой

Нарезка метрической резьбы регламентируется требованиями ГОСТ, которое в зависимости от назначения может иметь разный класс точности. Шаг варьируется в диапазоне от 0,25 до 6 мм, а наружное сечение – 1-600 мм.

В зависимости от формы исполнения детали метрическая резьба бывает цилиндрической или конической. Последняя преимущественно применяется для соединения изделий, где предъявляются жесткие требования к герметичности. Однако при ее использовании нужно учитывать сужение диаметра, что может негативно отразиться на работоспособности того или иного оборудования.

Дюймовая

Распространена в странах Европы, в особенности Великобритании, и Америке. Она применяется на всех импортных резьбовых изделиях, начиная от бытовых сантехнических кранов, заканчивая промышленными задвижками и производственным оборудованием.

Как и метрическая, этот тип крепежной резьбы сделан в виде треугольника с острой или скошенной вершиной, однако вместо 60 градусов здесь угол наклона составляет 55 градусов. Именно эти 5 градусов и не позволяют совместное использование метрической и дюймовой резьбы. Кроме этого, здесь применяется другой метод измерения шага, который зависит от количества витков (от 3 до 28), расположенных на 1 дюйме длины.

Выпускается в цилиндрическом и коническом исполнении.

Рис. 3. Дюймовая резьба

Трубная

Этот вид соединений относится к резьбовым и в первую очередь применяется в фитингах и арматуре трубопроводных систем отопления и водоснабжения. Резьба стандартизирована в соответствии с ГОСТом, является разновидностью дюймовых.

По форме трубное резьбовое соединение представляет собой равнобедренный треугольник с притупленными гребнями и углом наклона вершин 55 градусов. Несмотря на схожесть с дюймовой это не взаимозаменяемые соединения. Причина не только в разной конфигурации вершин и впадин, но и в стандартных диаметрах.

Рис. 4. Трубная резьба                                  Рис. 5. Американка стальная с трубной резьбой

Трапециевидная

Представленный тип резьбы специально разработан для применения в оборудовании, испытывающем повышенные нагрузки. Например, на сборочных конвейерах, промышленных роботах, в конструкции силовых узлов токарных и станков ЧПУ.

Трапециевидная резьба получила свое название за счет особого исполнения вершин в виде равнобедренной трапеции, которая обеспечивает большую площадь скрепления деталей, тем самым предотвращая их саморазъединение под воздействием вибраций. Угол наклона граней боковых сторон составляет 30 градусов.

Рис. 6. Трапециевидная резьба

Упорная

Грани этой резьбы имеют форму трапеции, один из боков сделан под углом наклона в 3 градуса, что обеспечивает повышенную устойчивость к осевым нагрузкам. Нерабочая часть имеет тот же уклон, что и обычные трапециевидные резьбовые соединения – 30 градусов.

Рис. 7. Упорная резьба

Это стандартизованная резьба, поэтому ее нарезка выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ.

Резьба «Эдисона»

Закругленное резьбовое соединение, где грани сделаны в виде дуг одинакового радиуса. Подобная форма обеспечивает плавное вращение, поэтому эта резьба преимущественно используется на шпильках трубопроводной арматуры, в частности вентилей и задвижек.

Нарезка резьбы «Эдисона» осуществляется с шагом в 2,54 мм, при этом используется только один диаметр – 7 мм.

Рис. 8. Резьба «Эдисона»

Определение размера резьбы

Размер резьбы – это совокупность нескольких параметров, которые необходимо знать для точного определения ее типа и подбора совместимых деталей.

• Наружный диаметр (D). Диаметр резьбового стержня (для болта) или отверстия (для гайки).
• Внутренний диаметр (d). Размер резьбового стержня (для болта) или диаметра, проходящего через отверстие (для гайки).
• Шаг резьбы (P). Расстояние между витками резьбы.
• Тип. Это может быть метрическая, дюймовая, трубная, трапецеидальная, упорная или резьба «Эдисона».

Кроме этого, существует несколько методик определения размера резьбы. Прежде всего, это визуальный осмотр. Опытные специалисты могут «на глаз» определить угол наклона гребней резьбового соединения и форму. Единственное, что нельзя определить этим способом – точный шаг резьбы.

Для более точного определения можно использовать штангенциркуль. Сначала нужно измерить наружный, внутренний диаметр резьбы, а после узнать шаг, посчитав количество витков на участке длинной 25 мм и разделив полученную цифру на длину (25). Используя таблицы, найти размер, который совпадает со значением диаметра, шага и типа.

Ускорит процесс определения применение резьбомера. В этом случае достаточно найти шаблон, форма которого будет совпадать с измеряемой резьбой. Главное – не перепутать метрический резьбомер с дюймовым.

Механические свойства соединений

При выборе конкретного типа резьбового соединения важно учитывать не только форму, но и механические свойства.

• Класс прочности. Способность выдерживать статические нагрузки. Обозначается цифрами, и чем выше их значение, тем прочнее соединение.
• Марка стали. Определяет конкретный химический состав металлического изделия. Выражается в виде буквенно-цифрового кода, например, AISI 316.
• Предел прочности на растяжение. Предельное значение, которое способно выдержать соединение до момента разрыва. Измеряется в мегапаскалях МПа.
• Предельная текучесть. Допустимая нагрузка, при которой резьбовое соединение не деформируется. Единица измерения – МПа.
• Относительное удлинение после разрыва. Характеризует пластичность материала детали.
• Ударная вязкость. Максимальные ударные нагрузки, которые выдерживает резьба.

Преимущества и недостатки

Отдавая предпочтение резьбе вместо использования других видов соединений, следует учесть все плюсы и минусы.

К преимуществам резьбового соединения относится:

• Универсальность. Подходит для самых разных материалов, включая металлы, пластмассы, дерево и даже некоторые композиты.
• Надежность. Обеспечивает высокое сопротивление сдвигу и крутящему моменту, что делает соединение крепким и устойчивым к вибрациям.
• Герметичность. При правильном уплотнении резьбовые соединения могут быть герметичными, что важно при прокладке трубопроводов.
• Ремонтопригодность. Легко разбираются и собираются, что упрощает их ремонт и обслуживание.
• Доступность. Широко распространены и доступны в различных размерах, материалах и конфигурациях.
• Простота использования. Сборка и разборка не требует специальных инструментов или навыков.

Несмотря на обилие преимуществ, есть в резьбовом соединении и недостатки:

• Ослабление. Со временем соединение может терять часть стягивающей нагрузки. Это может происходить по двум причинам:

- Ротационное ослабление (самоотвинчивание), происходит тогда, когда крепежное изделие, например, гайка, вращается относительно болта под воздействием внешних нагрузок

- Неротационное ослабление происходит тогда, когда отсутствует относительное движение между внутренней и наружной резьбой. Например в результате деформации самого резьбового крепежного изделия.

• Затруднение очистки. Резьба плохо поддается очистке. Это может привести к накоплению грязи и мусора, что недопустимо для оборудования, используемого на предприятиях с высокими требованиями к гигиеничности.
• Необходимость смазки. Для обеспечения плавной работы или необходимого уровня герметичности резьбовые соединения часто приходится смазывать.
• Ограниченная скорость сборки. Сборка резьбовых соединений может быть более трудоемкой по сравнению со сваркой, особенно это касается точности позиционирования соединяемых деталей.

Обозначения на чертежах

Широкое разнообразие типов резьбовых соединений требует использования различных маркировок при составлении чертежей и проектной документации.

В таблице представлены обозначения наиболее востребованных видов резьбы.

Если вы затрудняетесь с подбором резьбовых комплектующих, вы всегда можете обратиться за профессиональной консультацией к специалистам Titan Lock.