Главной характеристикой любой резьбы считается ее профиль. Под этим названием подразумевается сечение резьбовой нитки плоскостью, проходящей вдоль оси изделия, на котором выполнена резьба.

Угол, впадина, вершина - все это элементы профиля. Угол, образуемый боковыми гранями нитки, носит название угла профиля. Его замер осуществляется в диаметральной плоскости.

Что касается вершины профиля, то она образуется линией, которая соединяет боковые грани нитки в верхней точке (Е), как показано на рисунке 1, представленном ниже.

Рисунок 1. Элементы профиля

Впадина профиля на рисунке 1, а, б обозначается буквой F. Это линия, которая также соединяет боковые линии витка только в нижней точке. Другими словами, впадина является нижней точкой винтовой канавки.

Форма вершины/впадины профиля может быть двух типов:

1. плоскосрезанной (а);
2. закругленной (б).

Шаг

Шагом - величина удаленности аналогичных точек смежных витков. Его замер производится в плоскости, параллельной оси резьбы. Единицами измерения данного параметра являются миллиметры, по крайней мере, в производстве миллиметры встречаются гораздо чаще, чем дюймы, в которых также может измеряться шаг резьбы.

На станках, предназначенных для токарных работ, можно выполнять как модульную, так и питчевую резьбу.

Диаметр

Различают три вида диаметров резьбы:

• наружный - диаметр окружности, описанной вокруг верхних точек резьбовой поверхности;
• средний - диметр окружности, чья образующая пересекает профиль резьбы и при этом образуются отрезки, равные половине номинального шага;
• внутренний - диаметр окружности, вписанной в нижние точки резьбы.

Угол подъема

Под углом подъема резьбы подразумевается угол, который образуется резьбовым выступом и плоскостью, расположенной перпендикулярно его оси.

Классификация резьбы

Нитка резьбы может быть направлена как влево, так и вправо, что отображено на рисунке 2.

Рисунок 2. Виды резьбы

Определить подъем резьбы винта можно по руке. Если положить вал с резьбовой поверхностью на ладонь левой руки, где подъем винта совпадет с большим пальцем, то резьба левая. В противном случае - резьба правая. Вид резьбы определяет, в каком направлении будет навертываться гайка: в первом случае гайка навинчивается против часовой стрелки, а во втором - по часовой стрелке.

Профиль устанавливает разновидность резьбы:

• треугольную;
• прямоугольную;
• трапецеидальную;
• упорную.

Следует отметить, что треугольные системы включают резьбы метрические, дюймовые и трубные. О каждой из них и пойдет речь.

Метрические резьбы считаются самыми популярными. Причем распространены резьбы, характеризующиеся разной величиной шага (измеряется в мм). Их угол профиля составляет 60°. К характерным особенностям данного исполнения можно отнести наличие люфта между профилями резьбовой пары болт-гайка. Следовательно, такая резьба встречается чаще всего на крепежных деталях типа винтов, болтов, шпилек и пр., основное назначение которых - соединять элементы механизмов.

Дюймовые резьбы распространены не так, как метрические. Их угол профиля чуть меньше, чем у первых, и составляет 55°, а шаг измеряется количеством ниток на дюйм. В верхних и нижних точках данной резьбы тоже предусмотрен люфт. Такой резьбой оснащаются детали машин зарубежного производства, поэтому изготавливаются они по мере необходимости (когда оригинальное изделие выходит из строя).

Угол профиля трубной резьбы совпадает с дюймовой и составляет 55°. Отличительная особенность резьбы данного типа - закругленная форма вершин и впадин, а также отсутствие зазоров в этих точках. За счет этого данное резьбовое соединение водонепроницаемо. Такой резьбой оснащаются газо- и водопроводных трубы и их соединительные элементы (к примеру, муфты).

Трапецеидальная резьба характеризуется профилем, представляющим собой трапецию, и углом 30°. Профиль образуется прямыми линиями, слегка закругленными в верхних и нижних точках, где предполагается наличие зазоров. Ее использование актуально на винтах, которые преобразуют вращение одной детали в прямолинейное перемещение другой.

Прямоугольная резьба отличается профилем квадрат, каждая грань которого равна половине шага. Здесь не предусмотрен люфт. Сфера ее применения точно такая, как в случае трапецеидально резьбы. При этом столкнуться с ней можно крайне редко, поскольку она не стандартизована.

Упорная резьба при соединении соприкасается сторонами, на которые приходится основная нагрузка, а также верхними и нижними точками резьбы соединенных элементов. Между другими элементами профиля предусмотрен люфт. Подобная резьба выполняется на муфтах, которые соединяют трубопроводы компрессоров и емкостей со сжатым воздухом, и винтах гидропрессов.

Наладка оборудования для резьбонарезания

Чтобы настроить токарный станок на резьбонарезание, нужно знать следующее: при полном обороте заготовки резьбовый резец должен передвигаться на величину шага (при выполнении однозаходной резьбы) или хода (при выполнении многозаходной резьбы).

По завершению операции, предполагающей углубление инструмента в тело детали при каждом проходе, образуются винтовые канавка и выступ, которые представляют собой резьбу.

Понятие о винтовой линии . Если (рис. 166, а) прямоугольный треугольник ABC, вырезанный из бумаги или из тонкой жести, сторона АВ которого равна длине окружности πD основания цилиндра Е, навернуть на цилиндр так, чтобы сторона АВ совпала с основанием цилиндра, то сторона АС образует на боковой поверхности его линию, называемую винтовой.

Образование винтовой резьбы . Предположим, что плоская фигура, например треугольник abc (рис. 166, б), стороной ab касается образующей цилиндра Е и расположен в плоскости, проходящей через его ось. Предположим далее, что этот треугольник перемещается, оставаясь в плоскости, проходящей через ось цилиндра Е, причем вершина его скользит по винтовой линии, нанесенной на цилиндре. При перемещении треугольника на боковой поверхности цилиндра Е получаются винтовой выступ N и винтовая канавка М, образующие наружную винтовую резьбу.

Если бы треугольник abc перемещался по винтовой линии, нанесенной на внутренней цилиндрической поверхности (на стенках отверстия), на этой поверхности была бы образована внутренняя винтовая резьба.

Винтовой выступ резьбы, получившийся пссле одного полного оборота образующей ее фигуры, называется витком.

Профиль резьбы . Винтовые резьбы, принятые на практике, образованы перемещением по боковой поверхности цилиндра не только треугольника, но и других плоских фигур (трапеций, квадрата и т. д.), выбираемых в зависимости от условий, в которых работает резьба. В соответствии с этим основным признаком, характеризующим резьбу, является ее профиль.

Профилем резьбы называется сечение ее витка плоскостью, проходящей через ось цилиндра (т. е. диаметральной плоскостью), на котором образована резьба.

Рис. 166. Образование винтовой резьбы

Элементы профиля резьбы . Элементами профиля резьбы являются его боковые стороны, угол, вершина и впадина.

Углом профиля называется угол между боковыми сторонами витка, измеренный в диаметральной плоскости. Этот угол (рис. 167, а) обозначается буквой α.

Рис. 167. Элементы профиля (а, б) и шаг резьбы (в)

Вершиной профиля называется линия, соединяющая боковые стороны его по верху витка (Р, рис. 167, а, б).

Впадиной профиля называется линия, образующая дно винтовой канавки (R, рис. 167, а, б).

Очертания вершины и впадины могут быть плоскосрезанными (рис. 167, а) или закругленными (рис. 167, б).

Шаг резьбы . Следующим элементом, характеризующим резьбу, является ее шаг.

Шаг резьбы - это расстояние между двумя одноименными (т. е. правыми или левыми) точками двух соседних витков, измеренное параллельно оси резьбы.

На рис. 167, в такими точками являются точки А и А 1 точки В и В 1 , точки С и C 1 и т. д. Расстояние между этими точками, измеренное параллельно линии 00 (т. е. оси резьбы), и есть шаг резьбы, обозначаемый буквой S.

Почти у всех резьб, принятых в машиностроении, шаг измеряется в миллиметрах. Существуют, однако, также резьбы, у которых шаг выражается числом витков резьбы на 1 дюйм ее длины.

Кроме винтов, на токарном станке нарезаются червяки, имеющие модульный или питчевый шаг.

Диаметры резьбы . Различают три диаметра резьбы: наружный, внутренний и средний.

Наружным диаметром резьбы (d) называется диаметр цилиндра, описанного около боковой поверхности резьбы.

Для болта наружный диаметр соответствует диаметру по вершинам профиля (рис. 168, а), измеренному перпендикулярно к оси резьбы, а для гайки - по впадинам профиля (рис. 168, б).

Рис. 168. Диаметры резьбы: наружный и внутренний (а, б) и средний (в)

Внутренним диаметром резьбы (d 1) называется диаметр цилиндра, вписанного в резьбовую поверхность.

Для болта внутренний диаметр соответствует диаметру по впадинам профиля (рис. 168, а), измеренному перпендикулярно к оси резьбы, а для гайки - по вершинам профиля (рис. 168, б).

Средним диаметром резьбы (d 2) называется диаметр цилиндра, соосного с резьбой, образующие которого делятся боковыми сторонами профиля на равные отрезки.

На рис. 168, в этот цилиндр, имеющий общую ось с резьбой, показан штрих-пунктирными линиями. На рисунке АВ = ВС = CD и т. д., а поэтому d 2 - средний диаметр.

Угол подъема резьбы . При нарезании резьбы на токарном станке необходимо учитывать угол ее подъема.

Углом подъема называется угол, образованный направлением резьбового выступа резьбы с плоскостью, перпендикулярной к его оси.

Правая и левая резьбы . По направлению витка различают правые (рис. 169, б) и левые (рис. 169, а) резьбы.

Рис. 169. Левая (а) и правая (б) резьбы

Если подъем резьбы винта, положенного на ладонь правой руки, совпадет с направлением отогнутого большого пальца, эта резьба правая.

Совпадение подъема резьбы с направлением отогнутого большого пальца левой руки указывает, Что данная резьба левая.

На винт с правой резьбой гайка навертывается при вращении вправо (по часовой стрелке), на винт с левой резьбой - при вращении влево (против часовой стрелки).

Основными параметрами резьбы (рис. 5.2) являются:

1) диаметры (винта и гайки) наружный (d , D ); средний (d 2 , D 2); внутренний (d 1 , D 1);

2) профиль;

3) угол профиля (α );

4) шаг (p );

5) угол подъема (ψ ).

Диаметры винта, как охватываемой детали, обозначаются малыми буквами (d ), диаметры гайки, как охватывающей детали – большими (D ). Номинальные значения одноименных диаметров равны; отличие – в допустимых отклонениях. На поверхности воображаемого цилиндра диаметром d 2 ширины витков и впадин резьбы одинаковы.

Профиль резьбы – это профиль выступа и канавки резьбы в плоскости ее осевого сечения.

Угол профиля (α ) – угол между смежными боковыми сторонами резьбы осевого сечения.

Профиль резьбы характеризуется также следующими параметрами:

· высотой исходного треугольника резьбы (H ), т. е. треугольника, вершины которого образуются точками пересечения продолженных боковых сторон профиля резьбы;

· рабочей высотой профиля резьбы (H 1), равной длине проекций участка взаимного перекрытия профилей сопрягаемых наружной и внутренней резьб на перпендикуляр к оси резьбы.

Рис. 5.2. Параметры резьбы

Шаг резьбы (p ) – расстояние по линии, параллельной оси резьбы между средними точками ближайших одноименных боковых сторон резьбы, лежащими в одной осевой плоскости по одну сторону от оси резьбы.

Для многозаходных резьб вводят дополнительный термин – «ход винта » (, где – число заходов) – это поступательное осевое перемещение винта за один оборот в неподвижной гайке или относительное осевое перемещение гайки за один оборот. Для однозаходных резьб:

Угол подъема резьбы (ψ ) – угол подъема развертки винтовой линии по среднему диаметру (рис. 5.3):

Все геометрические параметры резьб и допуски на их размеры стандартизированы.

По назначению резьбы разделяют на следующие группы:

Рис. 5.3. Развертка винтовой линии по среднему диаметру

1) крепежные резьбы , предназначенные для скрепления деталей. Их выполняют, как правило, треугольного профиля. Это вызвано повышенным трением , обеспечивающим меньшую опасность ослабления затянутой резьбы; повышенной прочностью резьбы; удобством изготовления ;

2) крепежно-уплотняющие резьбы , служащие, как для скрепления деталей, так и для предохранения от вытекания жидкости (в соединениях трубопроводов и в арматуре). Эти резьбы по указанным причинам выполняют также треугольного профиля, но без радиальных зазоров и с плавными закруглениями;

3) резьбы для передачи движения , используемые в ходовых и грузовых винтах. Для уменьшения трения эти резьбы выполняют трапецеидальными с симметричным профилем и с несимметричным профилем (упорные), а иногда с прямоугольным профилем. Упорные резьбы предназначены для восприятия больших осевых сил, действующих в одном направлении.

Приведенное деление резьб не является строгим. Например, резьбы треугольного профиля иногда используют для особо точных ходовых винтов с малым шагом, а упорные резьбы – в качестве крепежных.

Резьбы из-за зазоров, как правило, не могут быть использованы в качестве центрирующих элементов.

Выбор профиля резьбы определяется многими факторами, важнейшими из которых являются прочность, технологичность и силы трения в резьбе. Например, резьбы винтовых механизмов должны быть с малыми силами трения для повышения коэффициента полезного действия (КПД) и уменьшения износа. Прочность во многих случаях не является для них основным критерием, определяющим размеры винтовой пары.

В зависимости от профиля различают следующие резьбы:

1) метрические;

2) трубные;

3) круглые;

4) трапецеидальные;

5) упорные;

6) конические.

Метрическая резьба с треугольным профилем (см. рис. 5.2) является основной крепежной резьбой. Метрические резьбы разделяют на резьбы с крупными и мелкими шагами. За основную принята резьба с крупным шагом , статическая несущая способность которой выше по сравнению с резьбой с мелким шагом, влияние на прочность погрешностей изготовления и износа меньше.

Метрические резьбы с мелким шагом используются в следующих случаях:

1) для динамически нагруженных деталей и деталей, диаметры которых в основном определяются напряжения изгиба и кручения (валы);

2) для полых тонкостенных деталей;

3) детали, у которых резьба применяется для регулировки;

4) когда применение мелких резьб облегчает стопорение, позволяет уменьшить перепады диаметров валов и пр.

Метрическую резьбу с крупным шагом обозначают буквой М и числом, выражающим диаметр резьбы в миллиметрах, например, М20. Для метрической резьбы с мелким шагом дополнительно указывают шаг в миллиметрах, например, М20×1,5.

Трубная резьба имеет также треугольный профиль, но в отличие от метрической резьбы вершины и впадины ее скруглены. Резьбы данных типов применяют для герметичного соединения труб и арматуры трубопроводов в диапазоне условных размеров от 1/16" до 6". Трубная резьба выполняется с мелким шагом и без зазоров по выступам и впадинам для лучшего уплотнения. За основной размер, характеризующий резьбу и указываемый в обозначении резьбы, принят условный внутренний диаметр трубы.

Круглая резьба изготавливается с углом профиля α = 60°. Профиль данной резьбы состоит из дуг, связанных короткими участками прямой. Большие радиусы закруглений исключают значительную концентрацию напряжений. Попадающие в резьбу загрязняющие частицы выжимаются в зазоры. Резьбы данных типов в основном применяют для винтов, подверженных большим динамическим напряжениям, а также часто завинчиваемых и отвинчиваемых в загрязненной среде (в пожарной арматуре, вагонных стяжках).

Трапецеидальная резьба является основной резьбой для передач винт-гайка. Она имеет меньшие потери на трение по сравнению с треугольной резьбой, удобна в изготовлении и более прочна по сравнению с прямоугольной резьбой. При необходимости она допускает выборку зазоров радиальным сближением при выполнении гайки разъемной по диаметральной плоскости.

Трапецеидальная резьба имеет угол профиля 30°, рабочую высоту профиля H 1 = 0,5p , средний диаметр d 2 = d – 0,5p , зазор от 0,15 до 1 мм в зависимости от диаметра резьбы.

Трапецеидальная резьба стандартизирована в диапазоне диаметров от 8 до 640 мм, предусмотрена возможность применения резьб с мелкими, средними и крупными шагами.

Упорную резьбу используют для винтов с большой односторонней осевой нагрузкой в прессах, нажимных устройствах прокатных станов, в грузовых крюках и т. д. Профиль витков несимметричный трапецеидальный. Угол наклона рабочей стороны профиля для повышения КПД выбран равным 3° (резьба с углом наклона профиля 0° неудобна в изготовлении), угол наклона нерабочей стороны профиля – 30°, предусмотрен значительный радиус закругления впадины для снижения концентрации напряжения. Рабочая высота профиля H 1 = 0,75p .

Усиленные упорные резьбы имеют угол наклона нерабочей стороны профиля 45°, что обеспечивает значительное снижение концентрации напряжения за счет повышения напряжений смятия. Сопротивление усталости у них повышено в 1,5 раза.

Конические резьбы обеспечивают непроницаемость без специальных уплотнений. Их применяют для соединения труб, установки пробок, масленок и т. п. Непроницаемость достигается плотным прилеганием профилей по вершинам. Затяжкой конической резьбы можно компенсировать износ и создать требуемый натяг, эти резьбы обеспечивают быстрое завинчивание и отвинчивание.

На сегодняшний день в сфере машиностроения часто применяются различные резьбовые соединения. Резьба это сложный технологический процесс требующий определенных навыков и умений. Для нарезания резьбы необходимо уметь настраивать станок, подбирать, затачивать и устанавливать режущий инструмент и конечно же уметь пользоваться резьбовыми измерительными приборами. В настоящее время часто применяется метрическая резьба (имеет треугольный профиль). Начнем все по порядку и для начала разберем общие понятия:

Профиль резьбы

Профиль метрической резьбы похож на равносторонний треугольник с углом 60°. Вершинки резьбы могут быть острыми и слегка срезанными, это зависит от заточки резца и глубины резания. Не рекомендуется делать метрическую резьбу с другим углом, так как это будет являться нарушения требований к метрической резьбе в частности к ее профилю. Видоизмененный профиль резьбы влияет на резьбовое соединение деталей например винт и гайка.

Профиль наружной резьбы рис. слева и внутренней резьбы рис. справа

Профиль метрической и профиль цилиндрической резьбы и ее развертывание

• d , d1 , d2 – наружный, внутренний и средний диаметр болта
• D , D1 , D2 – наружный, внутренний и средний диаметр гайки
• р – шаг; ω – угол подъема

Шаг резьбы

Шаг резьбы – это расстояние между двумя вершинками резьбы измеренными вдоль оси

Угол подъема резьбы – это угол, образованный направлением выступа резьбы и плоскостью, перпендикулярной к оси резьбы. Определяется по формуле:

tgω=p/( π d2)

Ход резьбы – однозаходная резьба равен ее шагу. Если резьба имеет несколько заходов k , то ход резьбы рассчитывается по формуле: за один оборот гайка переместится в осевом направлении в k раз дальше.

Ph=pk

Классификация резьб

По виду поверхности: цилиндрические и конические.

По признаку расположения резьбы: наружные и внутренние.

По направлению винтового выступа резьбы: правые и левые.

По числу заходов: однозаходные – образованные одним выступом и многозаходные - образованные двумя и более выступами резьбы.

По профилю:

Треугольные	Трапецеидальные	Упорные	Треугольные для трубной и цилиндрической резьбы

По назначению: крепежные и ходовые

По системе размерности: метрические α =60° и дюймовые α =55°.

Исходный профиль метрической резьбы это треугольник высотой Р с углом α 60°. Вершина треугольника срезана, впадина профиля резьбы имеет плоскую или закругленную форму. Закругленная форма предпочтительней. Метрическая резьба выполняется с крупным и мелким шагом. Диаметры и шаги метрической резьбы оговорены в ГОСТ 8724-81, а профиль и его размеры ГОСТ 9150-81. Размеры дюймовой резьбы выражены в дюймах (один дюйм равен 25,4мм), исходный профиль дюймовой резьбы это треугольник с углом при вершине α =55°.

Найдите режущий инструмент для своей конкретной операции и
сразу получите рекомендации по режимам резания.

В этом разделе приведены формулы и определения для резьбонарезания и сведения о том, как рассчитать скорость резания, подачу и другие параметры для операций точения резьбы, фрезерования резьбы и нарезания резьбы метчиком. Вы также найдёте здесь обозначения различных профилей резьбы по международным стандартам.

Формулы и определения для точения резьбы

Глубина врезания

Благодаря обработке полной глубины врезания за несколько проходов, радиус при вершине режущей пластины не перегружается.

Пример: если глубина врезания (радиальное врезание) за проход составит 0,23–0,10 мм, то общая глубина (a p) и глубина профиля (0,94 мм) у метрической резьбы с шагом 1,5 мм будет обработана за 6 проходов (nap).

​	1-й проход, глубина врезания 0,23 мм
		​
​	= 0,009"
	​	​
​	​
​	2-й проход, глубина врезания 0,42 – 0,23 = 0,19 мм
		​
​	0,017 – 0,009 ​= 0,008"
		​
	​
​	3-й проход, глубина врезания 0,59 – 0,42 = 0,17 мм
		​
​	0,023 – 0,017 = 0,006"​
	​
​	4-й проход, глубина врезания 0,73 – 0,59 = 0,14 мм
		​
​	0,029 – 0,023 = 0,006"​
	​
​	5-й проход, глубина врезания 0,84 – 0,73 = 0,11 мм
		​
​	0,033 – 0,029 = 0,004"​
	​
​	6-й проход, глубина врезания 0,94 – 0,84 = 0,10 мм
		​
​	0,037 – 0,033 = 0,004"​

Глубину врезания можно вычислить по формуле:

Δa p = радиальное врезание, глубина резания за проход

X = номер прохода (последовательно от 1 дo nap )

a p = общая глубина резьбы + припуск на механическую обработку

nap = количество проходов

Y = 1-й проход = 0,3

Шаг 1,5 мм
a p = 0,94 мм
nap = 6

γ 1 = 0,3
γ 2 =1
γ n = x-1

1. Впадина
   Поверхность у основания, соединяющая две соседние боковые стороны профиля
2. Боковая сторона профиля
   Поверхность резьбы, соединяющая вершину и впадину профиля
3. Вершина
   Поверхность, соединяющая две боковые стороны профиля на наружном диаметре

P = шаг резьбы в мм или нитках на дюйм

Расстояние между двумя соответствующими точками соседних витков, измеренное параллельно оси резьбы.

β = угол профиля резьбы

Угол между боковыми сторонами профиля, измеренный в осевой плоскости.

φ = угол подъёма винтовой линии резьбы

Угол, образованный касательной к винтовой линии резьбы в точках, лежащих на среднем диаметре, и плоскостью, перпендикулярной оси резьбы.

Параметры диаметра

d = наружный диаметр наружной резьбы

D = наружный диаметр внутренней резьбы

d 1 = внутренний диаметр наружной резьбы

D 1 = внутренний диаметр внутренней резьбы

d 2 = средний диаметр наружной резьбы

D 2 = средний диаметр внутренней резьбы

Эффективный диаметр винтовой резьбы находится приблизительно посредине между наружным и внутренним диаметрами.

Угол подъёма резьбы

Угол подъёма резьбы (φ) зависит от диаметра и шага резьбы Этот параметр можно представить в виде развёртки прямоугольного треугольника. Угол подъёма резьбы вычисляется по приведённой ниже формуле.