Резьба образуется при винтовом движении некоторой плоской фигуры, задающий так называемый профиль резьбы, расположенный в одной плоскости с осью поверхности вращения. Всякая любая резьба образуется от перемещения профиля резьбы, причем одна из сторон этого профиля лежит на образующей цилиндра или конуса, и описывает винтовую ленту, а вершины профиля перемещаются по винтовым линиям. Типы резьбы зависят от формы выбранной плоской фигуры, т.е. от профиля резьбы. Резьбы могут быть треугольные – когда профилем является треугольником. Винтовые поверхности образуются при винтовом движении произвольной линии. Наибольшее применение в технике имеют линейчатые винтовые поверхности (геликоиды), образованные винтовым движением отрезка прямой. Как видно на рисунке один, основание треугольника обозначает окружность цилиндра ВС, а высота АС обозначает шаг резьбы. По форме профиля шурупы делятся на следующие 5 категорий категории;
a) Шурупы с треугольной резьбой
b) Шурупы с трапецеидальной резьбой
c) Шурупы с прямоугольной резьбой
d) Шурупы с зубчатой резьбой
e) Шурупы с круглой резьбой

Кроме этого имеются также шурупы по дереву и листовому металлу с различными профилями. Эти шурупу изготавливаются на специальных автоматических машинах.

a) Шурупы с треугольной резьбой

Как видно из названия для этих видов шурупов применяют резьбу треугольного профиля. В отличии от дюймовой резьбы эта резьба имеет более меньший шаг и тем самым меньшую высоту профиля резьбы, что позволяет применять ее на тонкостенных деталях. Для этих шурупов применяют резьбу треугольного профиля с углом при вершине 60 ° или 55 ° одноходовую, имеющую небольшой угол подъема винтовой линии. На деталях с резьбой такого типа лучше удерживается гайка от самопроизвольного отвинчивания при толчках и сотрясениях (свойство самоторможения). Шурупы с треугольной резьбой подразделяются на метрические и дюймовые. Эти два вид отличаются углами резьбы. Таким образом, у метрических шурупов резьба нарезается равносторонним треугольником, а у дюймовых равнобедренным треугольником.  

Шаг резьбы является самым важным элементом шурупа. Шуруп определяется по шагу резьбы. Один шаг состоит из резьбы и пространства до следующей резьбы. Для метрических шурупов шаг определяется миллиметрами, а дюймовая характеризуется не шагом, а количеством ниток (витков) на длине одного дюйма. Резьба каждого из этих двух видов шурупов исчисляется шагами. У метрических шурупов конец имеет ровный срез, а основание округлено. У дюймовых шурупов округлены как концы резьбы, так и основание. Округление основания резьбы необходимо для упрощения производства и увеличения прочности шурупов. Таким образом, из вышесказанного становится ясно, что высотой резьбы является расстояние от ребра резьбы до его основания.

Угол винта является углом, образующим шаг резьбы. Как было указано выше, угол винта стандартных шурупов с треугольной резьбой является маленьким. Маленький угол винта увеличивает автоблокировку шурупа. Поэтому, хорошо завинченные шурупы с треугольной резьбой во время вибрации и ударов очень сложно поддаются к автоматическому отвинчиванию. Для улучшения этих свойств как для метрических, так и для дюймовых шурупов используют мелкую и стандартную резьбу. Если шурупы являются метрическими, то применяют мелкую метрическую резьбу, а если они являются дюймовыми, то променяют дюймовую резьбу. Имеются шурупы и с большим углом винтовой линии. Однако эти шурупы называются ходовыми.

b) Трапецеидальные шурупы

Трапецеидальная резьба, как видно из названия, имеет трапецеидальную форму. Трапецеидальная резьба применяется в винтах и гайках, служащих для передачи сил и для преобразования вращательного движения в поступательное. Поэтому эти шурупы обычно используются в качестве ходовых.

 

Трапецеидальная резьба имеет профиль равнобедренной трапеции с углом между боковыми сторонами 30 градусов. Трапецеидальная резьба может быть однозаходной и многозаходной. Однозаходная резьба образуется винтовым движение одного профиля. Трапецеидальная резьба применяется в местах, где требуется частое отвинчивание (например, зажимные винты обрабатывающих станков). Трапецеидальные шурупы производятся в соответствии с ISO по стандартам TS61/ 23 и DIN 103. Размеры трапецеидальных шурупов, производимых в соответствии с указанными стандартами приведены в таблице 1. Трапецеидальные шурупы указываются в форме “Tr 24*5 “. Здесь Tr означает трапецию,  цифра 24 указывает на диаметр резьбы, а цифра 5 обозначает, что шаг резьбы равен 5.

Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод, что угол винтовой линии трапецеидальных шурупов является большим, а угол концов маленьким. Поэтому, сила трения между резьбой является низкой. Из-за этого трапецеидальные шурупу применяются в качестве ходовых шурупов и не используются в качестве соединительных деталей.

c.) Шурупы с прямоугольной резьбой

Прямоугольная резьба (плакат) имеет профиль прямоугольник. В отличии от трапецеидальной и упорной резьбы эта ходовая резьба нестандартного профиля. Одноходовые прямоугольные резьбы в наибольшей степени обладают свойством самоторможения. Профиль квадратной резьбы не стандартизирован, но эта резьба имеет применение в соединениях, где не должно быть самоотвинчивания под действием приложенной нагрузки.

Как указано на рисунке, шаг резьбы - это расстояние между двумя соседними витками резьбы, измеренными параллельно  оси винта. Шаг резьбы обозначен буквой «р». Угол гелиса прямоугольного шурупа имеет большое значение для автоматической блокировки против самооотвинчивания. При большом угле гелиса, шуруп не будет держаться прочно и в случае небольшой вибрации или ударов будет автоматически отвинчиваться. При маленьком угле гелиса шуруп будет держаться прочно, но про вибрации и ударах также может отвинтиться.

Шурупы с прямоугольной резьбой могут использоваться в качестве ходовых однозаходных и многозаходных шурупов.       

Мы уже говорили, что шагом резьбы является расстояние между двумя витками резьбы. Толщина витка равна половине шага. На шурупах с прямоугольной резьбой имеется пространство между ребром витка и его основанием, составляющее 0.1-0.3 mm. Это способствует свободной работе резьбы. Прямоугольные шурупы не стандартизированы. Поэтому, между диаметром витка и шагом резьбы отсутствует связь. Тем не менее, шаг резьбы должен соответствовать диаметру верхней части витка.

2. Стандарты шурупов

Шурупы в основном используются в машиностроительной отрасли. Поэтому все шурупы стандартизированы по определенным размерам и типам. Во всех странах мира шурупы производятся в соответствии с определенными стандартами. Наличие стандартов для шурупов, обеспечивает их производство во всех странах в соответствии с установленными размерами. Стандартизированный шуруп называется стандартным шурупом. Элементы специальных шурупов также рассчитываются по стандартным формулам. Во всех странах мира шурупы в основном производятся в соответствии со стандартами DIN. Однако в настоящее время имеется новый стандарт (ISO), содержащий множество технических вопросов.. Метрические шурупы производятся по нормам ISO. Промышленность каждой страны использует как стандарты DIN, так и стандарты ISO. Однако из-за проблем с языком, каждая страна использует стандарты DIN и ISO, переведя на государственный язык. Таким образом, в Турецкий Институт Стандартизации (ТSE) разработал в соответствии с нормами DIN стандарты для шурупов TS 61

В мировой индустрии применяются следующие стандарты для шурупов:

1. стандартный метрический шуруп TS61/DIN 13
2. метрические шурупы с частой резьбой TS61/8-4 DIN13
3. дюймовые шурупы TS61/16 DIN11
4. дюймовые трубные шурупы TS61/20 DIN259
5. шурупы с трапецеидальной резьбой TS 61/23 DIN103
6. зубчатые шурупы TS 61 /30 DIN513
7. шурупы с круглой резьбой TS61/32 DIN 405

Обозначения шурупов и их значения указаны в таблице, приведенной ниже.

Название, обозначения и сфера применения
M 16 Стандартный метрический шуруп. M – означает метрический,  16 – означает диаметр 16 mm. Крепежный шуруп.
M 22x1,5 метрический шуруп с частой резьбой. M – означает метрический, 22 – означает диаметр (mm), 1,5 – означает шаг резьбы. В местах, где требуется использование резьбы с мелкими шагами применяются дюймовые шурупы. Дюймовый шуруп 1 x 1/4, 1 x 1/4 – диаметр шурупа в дюймах. Крепежный шуруп.
Дюймовый трубный шуруп R x 1/2, R – означает трубный, 1/2 – означает диаметр в дюймах, применяется для крепежа труб.
Tr 24 x 5 трапецеидальный шуруп. Tr – означает трапецию, 24 – означает диаметр в mm, 5 – означает шаг резьбы. Являются ходовыми шурупами для завинчивания с двух сторон.

S 36 x 6 Зубчатые шурупы. S означает зубчатый, 36 – означает диаметр, 6 – означает шаг резьбы. Применяют обычно для восприятия больших усилий, действующих в одном направлении.
Rd36 x 1/4 круглая резьба. Rd – означает круглая, 36 – означает диаметр, 1/4 –означает шаг резьбы в дюймах. Применяются в быстро загрязняемых местах, на поездах и т.п.

2.1 Метрические шурупы с треугольной резьбой
Метрические шурупы с треугольной резьбой делятся стандартные метрические и с частой резьбой. При рассмотрении разрезов резьбы метрических шурупов можно увидеть, что основание у треугольника образует радиус равный 1/6 теоретической высоты треугольника. Это называется дугой. Дуга основания резьбы предназначена для увеличения  прочности резьбы против чрезмерных перегрузок. Поэтому, метрические шурупы применяются для крепления.

Диаметры шурупов
d = D Шаг
P Боковой диаметр
d2 = D2 Диаметр основания резьбы
d3 D1 глубина резьбы
h3 H Диаметр дрели
3 0,5 2,675 2,387 2,459 0,307 0,271 2,5
4 0,7 3,545 3,141 3,242 0,429 0,271 3,4
5 0,8 4,48 4,019 4,134 0,491 0,433 4,25
6 1 5,35 4,773 4,917 0,613 0,541 5,1
8 1,25 7,188 6,466 6,647 0,767 0,677 6,8
10 1,5 9,026 8,16 8,376 0,92 0,812 8,5
12 1,75 10,863 9,853 10,106 1,074 0,947 10,2
14 2 12,701 11,402 11,688 1,226 1,825 11,9
16 2 14,701 13,546 13,835 1,227 1,083 13,6
20 2,5 18,376 13,933 17,294 1,534 1,353 17
24 3 22,051 20,319 20,752 1,84 1,624 20,4
30 3,5 27,727 25,706 26,211 2,147 1,894 25,5
36 4 33,402 31,93 31,67 2,454 2,165 30,6
42 4,5 39,077 36,479 37,129 2,76 2,436 35,7

2.1.1 Метрические шурупы с частой резьбой

Метрические шурупы с частой резьбой – это когда на большой диаметр нарезается резьба с мелким шагом. У метрических шурупов с частой резьбой угол гелиса является маленьким. Чем меньше угол гелиса, тем выше степень автоматической блокировки шурупа и устойчивости к вибрации и ударам. Т.е. при вибрации и ударах шурупы с частой резьбой не отвинчиваются. Благодаря этим свойства, шурупы с частой резьбой широко используются в автомобильной и авиационной промышленности.

2.2 Дюймовые шурупы с треугольной резьбой

Дюймовые шурупы делятся на 3 категории: стандартные дюймовые шурупы, дюймовые шурупы с частой резьбой и трубные дюймовые шурупы. Угол профиля дюймовых шурупов составляют 55є. При рассмотрении разрезов резьбы дюймовых шурупов можно увидеть, что основание у треугольника образует радиус равный 1/6 теоретической высоты треугольника. Гайка шурупа изготавливается такого же размера. Между резьбой гайки и шурупа теоретически отсутствует пространство. Поэтому, дюймовые шурупы обеспечивают герметичность. У метрических шурупов с завинченной гайкой, между резьбой образуется пустое пространство. То есть, осуществляется только боковое сцепление резьбы. У дюймовых шурупов сцепление осуществляется полностью. Из-за этих свойств дюймовые шурупы применяются для трубных соединений. Метрические шурупы применяются только в качестве крепежа.

Диаметр в дюймах
d Круг части верхнего диаметра резьбы
d2 = D2 Диаметр основания резьбы
( mm )
d1 = D1 Шаг
P Кол-во резьбы
Z Дуга
r Высота резьбы
H1 Разрез основания резьбы
MMxMM
1"/4 6,35 5,537 4,724 1,27 20 0,174 0,813 17,5
5"/16 7,938 7,034 6,131 1,411 18 0,194 0,904 29,5
3"/8 9,525 8,509 7,492 1,558 16 0,218 1,917 44,1
7"/16 11,119 9,951 8,769 1,814 14 0,249 1,162 60,7
1"/2 12,7 11,345 9,99 2,117 12 0,291 1,355 78,4
5"/8 15,876 14,397 12,918 2,309 11 0,317 1,497 131
3"/4 19,051 17,424 15,798 2,54 10 0,349 1,627 196
7"/8 22,226 20,419 18,611 2,822 9 0,388 1,807 272
1" 25,401 23,368 21,335 3,175 8 0,496 2,033 350
1" x 1"/8 28,578 26,253 23,929 3,629 7 0,498 2,324 450
1" x 1"/4 31,751 29,428 27,104 3,629 7 0,498 2,324 577
1" x 3"/8 34,926 32,215 29,,505 4,233 6 0,581 2,711 684
1" x 1"/2 38,101 35,391 32,68 4,233 6 0,581 2,711 839
1" x 5"/8 41,277 38,024 34,771 5,08 5 0,698 3,253 960
1" x 3"/4 44,452 41,199 37,946 5,08 5 0,698 3,253 1131
1" x 7"/8 47,627 44,012 40,398 5,645 4 x 1/2 0,775 3,614 1282
2" 50,822 47,187 43,573 5,645 4 x 1/2 0,755 3,614 1491

2.2.1 Трубные шурупы

Этот шуруп, именуемый трубным, на самом деле является дюймовым шурупом с треугольной резьбой. Название шурупа происходит от сферы его применения, т.е. применения для трубных соединений. Разрез резьбы трубных шурупов ничем не отличается от стандартного шурупа. Единственное отличие – это шаг, который намного меньше чем у других шурупов. То есть количество винтов на один дюйм существенно превышает количество стандартных винтов. Еще одним важным отличием трубных шурупов является конусность, составляющая 1/16.

Верхний диаметр дюймовой резьбы
( mm ) Боковой диаметр
( mm ) Диаметр основания резьбы
( mm )
d1 = D1 Шаг
( mm )
P Количество винтов
Z Глубина резьбы
H1 Дуга
r
R 1/8 9,728 9,147 8,566 0,907 28 0,581 0,125
R 1/4 13,157 12,301 11,445 1,337 19 0,856 0,184
R 3/8 16,662 15,806 14,95 1,337 19 0,856 0,184
R 1/2 20,955 19,793 18,631 1,814 14 1,162 0,249
R 5/8 22,911 21,479 20,587 1,814 14 1,162 0,249
R 3/4 26,441 25,279 24,117 1,814 14 1,162 0,249
R 7/8 30,201 29,039 27,877 1,814 14 1,162 0,249
R 1 33,249 31,77 30,291 2,309 11 1,479 0,317
R 1x1/8 37,897 39,418 34,939 2,309 11 1,479 0,317
R 1x1/4 41,91 40,431 38,952 2,309 11 1,479 0,317
R 1x3/8 44,323 42,844 41,365 2,309 11 1,479 0,317
R 1x1/2 47,803 46,324 44,845 2,309 11 1,479 0,317
R 1x3/4 53,746 52,267 50,788 2,309 11 1,479 0,317
R 2 59,614 58,135 56,656 2,309 11 1,479 0,317
R 2x1/4 65,71 64,231 62,752 2,309 11 1,479 0,317
R 2x1/2 75,184 73,705 72,226 2,309 11 1,479 0,317
R 2x3/4 81,534 80,055 78,576 2,309 11 1,479 0,317
R 3 87,884 86,405 84,926 2,309 11 1,479 0,317
R 3x1/4 93,98 92,851 91,022 2,309 11 1,479 0,317
R 3x1/2 100,33 98,851 97,372 2,309 11 1,479 0,317
R 3 x1/4 106,68 105,201 103,722 2,309 11 1,479 0,317
R 4 113,03 111,551 110,072 2,309 11 1,479 0,317
R 4x1/2 125,73 124,251 122,772 2,309 11 1,479 0,317
R 5 138,43 136,951 135,472 2,309 11 1,479 0,317
R 5x1/2 151,13 149,651 148,172 2,309 11 1,479 0,317
R 6 163,83 162,351 160,872 2,309 11 1,479 0,317

2.3 Многозаходные резьбы

Резьбу, образованную движением двух, трех и более одинаковых профилей называют многозаходной (двух-, трехзаходной и т.д.). Многозаходные винты дают возможность получить большие перемещения винта вдоль его оси при одном обороте Для определения числа ходов винта достаточно осмотреть его торцовую поверхность и сосчитать на ней количество ниток. Построение сечения трехходового винта прямоугольного профиля аналогично построению сечения одноходовой винтовой поверхности треугольного профиля. Многозаходные шурупы применяются в системах с низкими оборотами, где требуется высокий ход. Оси прессов с шурупами, шурупы вентилей, зажимные шурупы, шурупы хомутов, стягивающие аппараты и камеры, требуют использование многозаходных шурупов. Профили резьбы ходовых шурупов являются прямоугольными и трапецеидальными. Реже, для вибрирующих механизмов, в качестве исключения могут изготавливаться с круглой резьбой (на осях поездов). Но если ходовые шурупы с усилием в одном направлении, то они становятся зубчатыми.          

2.4 Шурупы с левой резьбой

В особых случаях, когда шурупы, вращаясь в правую сторону отвинчиваются или требуют направление несущего блока влево, изготавливаются с левой резьбой. Левая резьба применяется чаще всего там, где соединение с правой резьбой в процессе эксплуатации может ослабнуть. Например, шурупы для педалей велосипедов, шурупы для крепежа левого шлифовального круга, гайки для противоположной стороны зажимов изготавливаются с левой резьбой. при использовании левой резьбы к их обозначению добавляют LH.

Шурупы с левой резьбой зажимаются вращением влево, а с правой резьбой – вращением вправо.
Для определения резьбы шурупа, необходимо установить ось шурупа вертикально к земле и посмотреть на резьбу. Если резьба возвышается вправо, то она является правой, а если влево – левой.

 

3. БОЛТЫ И ГАЙКИ

3.1. БОЛТЫ

Болты – это крепежный элемент для соединения деталей машин и оборудования или их фиксации к определенному месту при помощи ключаВинты отличаются от болтов тем, что они завинчиваются при помощи отвертки. Болты завинчиваются намного сильнее, так как для этого используются ключи. Кроме этого, болты отличаются от винтов своими размерами.

Обычно болты затягиваются вместе с гайками. Винты же завинчиваются в корпус.

Болты и винты можно изготавливать вручную. Однако, удовлетворить таким образом потребности промышленности невозможно. Кроме этого, изготовление вручную требует больших затрат труда и материалов, что естественно увеличивает себестоимость. Поэтому, как болты, так и винты изготавливаются автоматически на специальных машинах. Для этого имеются специальные машины, производящие тысячи единиц изделий в течение одного часа.

Болты применяются в различных условиях. Некоторые болты используются в очень холодной среде, а некоторые в очень горячей среде. И в различных условиях применения требуется надежное соединение. Поэтому, при изготовлении болтов учитываются условия среды применения и метеорологические характеристики.

3.1.1 категории болтов и винтов, определяются по головкам

3.1.1.1 Болты с шестигранной головкой

Болты с шестигранной головкой являются наиболее распространенным крепежным изделием, используемым в машиностроительной промышленности. В зависимости от сферы применения болты изготавливаются мелким и крупным шагом резьбы. Резьба болтов определяется от места применения. В зависимости от применения болты могут изготавливаться с резьбой по всей длине стержня или части стержня. Запрещается использовать резец для удлинения имеющейся резьбы болтов, так как болты изготавливаются на специальных машинах, а резец может нанести вред уже имеющейся резьбе. Т.е. если даже использовать резец, основание резьбы не будет иметь профиль винта. Поэтому, резец только испортит резьбу, в результате чего невозможно будет обеспечить надежное крепление.

3.1.1.2 Болты с потайной цилиндрической головкой (Allen)

В узких местах, где невозможно использовать гаечный ключ или в случае, когда необходимо, чтобы головка болта не торчала, используются болты с потайной цилиндрической головкой (Allen) или более маленькие винты с потайной головкой.

3.1.1.3 Болты с потайной конической головкой