Какие соединения относятся к резьбовым: разновидности и функции

Какие соединения к ним относятся? Те, которые используются для скрепления двух компонентов вместе. Создаются путем нарезания резьбы на поверхности деталей, которые необходимо соединить. В зависимости от области применения нарезка может быть внутренней и наружной. Первая – для труб и шлангов, вторая – для крепежных элементов, таких как гайки и болты.

В чем преимущества? Резьбовые имеют ряд преимуществ перед другими типами механических соединений. Они обеспечивают надежное крепление, которое нелегко разорвать. Подобные соединения можно затягивать или ослаблять по мере необходимости без использования инструментов, они могут быть отрегулированы на различные уровни натяжения в зависимости от требований применения.

Функции и назначение резьбовых соединений

Резьба образуется при движении плоской детали по элементу цилиндрической или конической формы. Винтовая резьба представляет собой выпуклости спиралевидного сечения на внешней (болты, шпильки, винты) или внутренней (гайки) частях цилиндра.

Форма резьбы – профиль. Последний состоит из гребня (в верхней части), корня (в нижней) и соединяющих их боковин. При расширении нити до точек на гребне и корне образуется фундаментальный треугольник. Его высота представляет собой радиально измеренное расстояние между гребнем и диаметром корня.

Резьбовой шаг – расстояние между параллельными точками рядом расположенных нитей нарезки. Унифицированная винтовая резьба – количество витков на один дюйм. Шаг метрической нарезки – расстояние между двумя соседними витками, измеряемое в миллиметрах. На внутренней нарезке меньший диаметр между гребнями, больший – между корнями. На внешней – наоборот.

Угол фланка (бока) – угол, образованный фланком и перпендикулярной осью резьбы. Фланговые углы также носят название «полууглов» нити в случае симметричности рядом расположенных фланг. В унифицированной винтовой резьбе угол симметричных фланков равен 30°. По этой причине ее часто называют шестидесятиградусной резьбой.

Диаметр шага – диаметр цилиндра, проходящий через резьбу таким образом, что образуется равное расстояние между гребнями и корнями. Болты с соответствующими гайками изготавливаются так, чтобы между их поверхностями оставался зазор – припуск.

Резьбовое соединение деталей получило широкое распространение благодаря ряду преимуществ, в том числе:

1. высокой прочности и длительным срокам эксплуатации готовых конструкций;
2. возможности изготавливать сборно-разборные элементы;
3. простоте и доступности инструментов, с помощью которых производится монтаж и демонтаж конструкций;
4. возможности регулировки силы затягивания деталей;
5. небольшому весу и размерам крепежных элементов по отношению к соединяемым деталям;
6. широкому ассортименту соединительных элементов.

При помощи резьбовых соединений:

• обеспечивают герметичность при внутреннем или внешнем давлении жидкости;
• создают жесткие конструкции, устойчивые к внешним нагрузкам;
• формируют правильную геометрию, позволяющую уменьшать внутренний и внешний диаметры части конструкции.

К достоинствам резьбовых соединений относятся возможность их многократного использования, а также применения в различных условиях.

Достоинства резьбового соединения

Далее рассмотрим, какие виды соединений относятся к резьбовым и в чем их преимущества. В машиностроении и строительстве используются по большей части типовые резьбовые соединения, отличающиеся длительным сроком эксплуатации и обладающие множеством положительных характеристик:

1. Они отличаются высокой надежностью, их предел прочности на растяжение можно сопоставить с показателями данной величины материалов, из которых изготовлены соединяемые детали. Эти качества резьбовых соединений позволяют соблюдать основное положение конструирования – принцип равнопрочности конструкции.
2. Характеристики массы и габаритов изделия изменяются незначительно благодаря конструктивному соответствию профиля резьбы размерам соединяемых деталей.
3. За счет характера распределения усилия на витки резьбы можно создавать и регулировать серьезные осевые нагрузки при небольших вращательных движениях.
4. Резьбовые соединения конструктивно просты, что позволяет разнообразить методы и технологии их производства, монтажа и демонтажа.
5. Соединения, используемые при изготовлении вращающихся конструкций, в процессе вращения обладают свойствами самофиксации и самоторможения.
6. Благодаря стандартизации крепежные и соединительные резьбовые элементы представлены в широком ассортименте и по доступной цене.
7. Для изготовления резьбы и резьбовых соединений используются различные стандартные и специальные инструменты, которые позволяют изготавливать их как на крупных заводах, так и в условиях домашних мастерских.
8. В строительстве элементы конструкций зачастую соединяют при помощи крепежных деталей с функцией «самонарезания», для которых не требуется предварительного сверления отверстий.
9. Разбираясь, какие соединения относятся к резьбовым, следует иметь в виду, что типовые резьбовые элементы универсальны и взаимозаменяемы, что позволяет использовать их в самых разных сферах.

Недостатки резьбового соединения

Говоря о том, какие соединения деталей относятся к резьбовым, не стоит забывать и об их недостатках, которые следует учитывать в процессе проектирования конструкций:

• На дне резьбовых канавок с небольшим радиусом скругления возможно возникновение напряжений, следствием которых становится срыв резьбовых витков или деформация металла, из которого они изготовлены.
• В соединениях с осевой нагрузкой последняя распределяется неравномерно, большая часть приходится на первые витки резьбы. Для компенсации этого недостатка витки предварительно обжимают, используют гайки растяжения со специальными юбками, кадмируют или оцинковывают резьбу.
• При реверсивном режиме работы возможно самооткручивание резьбового соединения. Устраняют этот недостаток при помощи стопорящих и фиксирующих элементов, таких как штифты, шплинты, стопорные и пружинные шайбы.
• Соединения, относящиеся к резьбовым, которые часто разбираются, нуждаются в постоянном использовании смазочных материалов, иначе велика вероятность возникновения коррозии, быстрого механического износа, нагрева и вырывания металла, ослабления или деформации резьбы.
• Говоря о том, какие соединения относятся к резьбовым, важно помнить, что при использовании их под давлением или в качестве крепежно-уплотняющих деталей необходимо дополнительно применять уплотняющие элементы (прокладки, подмотки, герметики).
• При соединении элементов, выполненных из хрупких, волокнистых, слоистых, пористых материалов, а также из сырья с низкой твердостью (древесины, стекла, термопластов), использование резьбовых деталей ограничено.

Классификация резьбы

Разберемся, какие соединения относятся к резьбовым и как их классифицируют. В зависимости от назначения они делятся на:

• крепежные (для статичных креплений);
• ходовые или кинематические (для подвижных креплений).

Кроме того, резьбовые соединения зачастую используют для уплотнения, обеспечения герметичности сопрягаемых элементов.

В зависимости от формы поверхности, по которой нарезается резьба, они делятся на:

• соединения с цилиндрической поверхностью;
• с конической поверхностью.

В зависимости от расположения поверхности различают резьбу:

• наружную, нарезанную на стержне;
• внутреннюю, нарезанную в отверстии.

В зависимости от формы профиля резьба бывает:

• треугольной, которая в свою очередь делится на метрическую, трубную и коническую дюймовую;
• трапециевидной, может быть трапецеидальной, упорной, упорной усиленной;
• прямоугольной;
• круглой;
• специальной.

В соответствии с величиной шага резьба может быть:

• крупной;
• мелкой;
• специальной.

В зависимости от количества заходов резьба бывает:

• однозаходной;
• многозаходной.

В зависимости от направления винтовой линии резьба может быть:

• правой, в которой нить нарезается по часовой стрелке;
• левой, в которой нить нарезается против часовой стрелки.

Назначение и виды резьбовых соединений

Говоря о том, какие соединения относятся к резьбовым, следует знать, что все они выполняют несколько функций. Во-первых, обеспечивают плотное сопряжение скрепляемых деталей. Во-вторых, детали фиксируются в определенном положении, благодаря чему в процессе дальнейшей эксплуатации конструкции ее элементы остаются неподвижными и не смещаются. В-третьих, гарантируют необходимое расстояние между элементами изделия.

Для классификации резьбовых соединений используют несколько параметров. Вид соединений влияет на сферу и особенности их использования, нормы отбраковки.

По способу исполнения резьбовые соединения делятся на:

• соединения, выполняемые с применением крепежных деталей (болтов, винтов, гаек, шпилек и т. п.)
• непосредственные резьбовые соединения, при которых элементы конструкции сопрягаются друг с другом путем скручивания (к примеру, трубы с нарезной резьбой).

По форме поверхности резьба бывает:

• цилиндрической; 
• конической.

И та, и другая может быть как внутренней, так и наружной.

В зависимости от направления витков резьбу делят на:

• левую нарезку;
• правую нарезку.

Метрическая резьба

Наиболее распространенный тип резьбовых соединений – метрическая резьба, профиль которой изготавливается согласно требованиям ГОСТ 9150-81. Форма профиля – равносторонний треугольник с углом 60°; шаг метрической резьбы варьируется от 0,25 до 6 мм, внешний диаметр составляет 0,1–6 см. Большая часть крепежных деталей имеет именно такой профиль резьбы.

Помимо этого, используют коническую метрическую резьбу, диаметр которой составляет от 0,6 до 6 см, а конусность – 1 к 16. Такой вид нарезки применяется при необходимости создания герметичных соединений. При этом крепеж стопорится, поэтому отсутствует необходимость в стопорных гайках.

Дюймовая резьба

Профиль дюймовой резьбы представляет собой равнобедренный треугольник с углом 55°. Для измерения диаметра нарезки используют дюймы, шаг равен количеству витков на 1 дюйм длины резьбовой части элемента. В промышленной сфере используют резьбовые соединения, наружный диаметр которых составляет 3/16–4 дюйма, а шаг – 3–28 витков на дюйм. Такой вид нарезки используется при монтаже трубопроводов, а также выпускается производителями крепежных элементов в США, Великобритании и др.

Производители изготавливают также резьбовые соединения с конической дюймовой резьбой. Коническая форма позволяет повысить герметичность сопрягаемых элементов, поэтому нет необходимости в дополнительном применении уплотнительных деталей. Коническую дюймовую нарезку используют при монтаже напорных трубопроводов небольшого диаметра в гидравлических системах.

Трубная резьба

Говоря о том, какие соединения относятся к резьбовым, отметим детали с трубной цилиндрической резьбой, соответствующей требованиям ГОСТ 6357-81. Профиль резьбы представляет собой равнобедренный треугольник с углом наклона гребней 55°. Благодаря скругленным верхним граням гребней сопряжение получается более герметичным, поскольку отсутствуют дополнительные зазоры между выступами и впадинами. Такая резьба относится к дюймовым с диаметром, варьирующимся от 1/16 до 6 дюймов, шагом в 11–28 витков на дюйм.

Шаг трубной резьбы короче, поэтому толщина стенок трубы не уменьшается до критических значений, соответственно, не снижаются прочностные характеристики трубопровода. Трубная резьба бывает как цилиндрической, так и конической с конусностью 1 к 16.

Трапецеидальная

Говоря о том, какие соединения относятся к резьбовым, вспомним о наиболее известных трапецеидальных соединениях, в числе которых, например, винт-гайка. Резьбу в форме равнобокой трапеции с углом наклона граней изготавливают согласно требованиям ГОСТ 9481-81. Крепежные элементы, используемые в червячных передачах, имеют угол наклона граней 40°.

Благодаря трапецеидальному профилю повышаются прочностные характеристики сопряжения деталей. Этот тип соединения используют для крепления элементов механизмов, эксплуатируемых в условиях динамических нагрузок, к примеру, для ходовых гаек, фиксирующих штоки задвижек и пр.

Упорная резьба

Упорная резьба производится согласно требованиям ГОСТ 10177-82. Ее профиль представляет собой неравнобокую трапецию с углом наклона одной грани гребня 3°, а другой – 30°. Такой тип используют для крепежных элементов диаметром 1–6 см. Шаг резьбы варьируется от 0,2 до 2,5 см. При помощи этого вида резьбы соединяют детали, подверженные в процессе эксплуатации существенным осевым нагрузкам в одном направлении.

Резьба Эдисона круглая

Профиль, формируемый дугами с углом наклона 60°, изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 6042-83. Круглая резьба повышает устойчивость соединений к механическому износу, благодаря чему широко используется при изготовлении конструкций, подверженных регулярным переменным нагрузкам, к примеру, при производстве деталей трубопроводной арматуры.

На протяжении примерно трехсот лет именно резьбовые соединения используются при создании различных устройств и механизмов. Они определяют уровень технического прогресса, промышленного развития, а также широко используются в повседневной жизни. Какие соединения, используемые человеком ежедневно, относятся к резьбовым? Самые разные: это и вентили смесителей на кухне, и цоколи электрических лампочек, и крышки пластиковых бутылок или стеклянных банок.