Введение

Шпионочная структура, используемая для преобразования между вращательным и линейным движением или силой. Винтовая нить - это спиральная структура, используемая для преобразования между вращательным и линейным движением или силой. Винтовая нить - это гребень, завернутый вокруг цилиндра или конуса в виде спирали, причем первую называют прямой нитью, а вторую - конической нитью. Винтовая нить является существенной особенностью винта как простой машины, так и в качестве резьбового крепежного элемента. Механическое преимущество винтовой нити зависит от ее свинца, которое является линейным расстоянием, которое винт проходит за один оборот. В большинстве случаев, огонь винтовой нити выбирается таким образом, чтобы трение было достаточным для предотвращения превращения линейного движения в вращательное, то есть винт не скользит даже при применении линейной силы, если внешняя сила вращения отсутствует. Эта характеристика необходима для подавляющего большинства ее применений. Затягивание винтовой нити крепежного элемента сравнимо с вбиванием клина в отверстие, пока он не закрепится через трение и небольшую эластичную деформацию.

Пол

Каждая совпадающая пара нитей, внешняя и внутренняя, может быть описана как мужская и женская. Вообще говоря, нити на внешней поверхности считаются мужскими, а те, что на внутренней поверхности, считаются женскими. Например, в винте есть мужские нити, в то время как в его соответствующем отверстии (будь то в гайке или подложке) есть женские нити. Это свойство называется гендер. Сборка мужского резьбового крепежа с женским называется спариванием.

Угол

Угол, характерный для формы поперечного сечения, часто называют углом нити. Для большинства V-потоков это стандартизировано как 60 градусов, но может использоваться любой угол. Поперечное сечение для измерения этого угла лежит на плоскости, которая включает в себя ось цилиндра или конуса, на котором производится нить.

Лид, подача и старт

Свинец и смола тесно связаны между собой. Их можно спутать, потому что они одинаковы для большинства винтов. Свинцовый - это расстояние по оси винта, которое покрывается одним полным вращением винтовой нити (360°). Степень - это расстояние от гребня одной нити до следующей в той же точке. Поскольку подавляющее большинство винтовых нитевых форм являются однонаправленными, их олова и ширина одинаковы. Однонаправленный старт означает, что вокруг цилиндра корпуса винта обернуто только одно "горбище". Каждый раз, когда корпус винта поворачивается на один поворот (360°), он продвигается по оси шириной одного гребня. "Двойной старт" означает, что вокруг цилиндра корпуса винта имеются две "хребты". Каждый раз, когда корпус винта поворачивается на один поворот (360°), он продвигается по оси шириной двух хребтов. Другой способ выразить это - это то, что свинец и шаг параметрически связаны, и параметр, который их связывает, число стартов, очень часто имеет значение 1, в этом случае их отношение становится равенством. В общем, свинцовый - это равен шагу, умноженному на количество стартов. В то время как метрические нити обычно определяются их высотой, то есть расстоянием на нить, стандарты на основе дюймов обычно используют обратную логику, то есть количество нитей, возникающих на данное расстояние. Таким образом, нитки на дюймовой основе определяются с точки зрения нитей на дюйм (TPI). Уровень и TPI описывают одно и то же физическое свойство, но только в разных терминах. Когда дюйм используется в качестве единицы измерения высоты, TPI является обратной высоты и наоборот. Например, 1/4 20 нить имеет 20 TPI, что означает, что ее шаг составляет 1/20 дюйма. Как расстояние от гребня одной нити к следующей, шаг может быть сравнит с длиной волны волны. Другая аналогия волны заключается в том, что высота и TPI являются инверсами друг друга таким же образом, как период и частота являются инверсами друг друга.

Грубое против мелкого

Грубые нити имеют большую высоту (меньше нитей на расстояние по оси), а тонкие нити - меньшую высоту (больше нитей на расстояние по оси). Грубые нити имеют большую форму нити относительно диаметра винта, тогда как мелкие нити имеют меньшую форму нити относительно диаметра винта. Это различие аналогично тому, что существует между грубыми зубами и мелкими зубами на пиле или пиле, или между грубым песком и мелким песком на шлифовальной бумаге. Общие стандарты V-нарезки (ISO 261 и Unified Thread Standard) включают грубую и мелкую нарезку для каждого основного диаметра. Например, 1/2 13 относится к серии UNC (Unified National Coarse), а 1/2 20 относится к серии UNF (Unified National Fine). Аналогичным образом, M10 (10 мм номинального внешнего диаметра) согласно ISO 261 имеет версию с грубой нитью с шагом 1,5 мм и версию с тонкой нитью с шагом 1,25 мм. Термин "грубое" здесь не означает более низкого качества, и термин "тонкое" не означает более высокого качества. Термины, используемые в отношении высоты накрутки, не имеют ничего общего с используемыми допусками (степенью точности) или количеством мастерства, качества или стоимости. Они просто относятся к размеру нитей относительно диаметра винта. Грубые нити более устойчивы к разделению и перекрестному заплетению, потому что они имеют больший фланговый зацеп. Грубые нити устанавливаются намного быстрее, поскольку они требуют меньше поворотов на единицу длины. Мелкие нити прочнее, так как они имеют большую площадь напряжения для нити того же диаметра. Мелкие нити менее склонны к свободной вибрации, поскольку у них меньший угол спирали и позволяют более тонкую настройку. Мелкие нити развивают большую предварительную нагрузку с меньшим крутящим моментом.

Диаметры

Существуют три характерных диаметра (⌀) резьбы: наибольший диаметр, наименьший диаметр и диаметр шага. Отраслевые стандарты устанавливают минимальные (мин.) и максимальные (макс.) пределы для каждого из них, для всех известных размеров резьбы. Минимальные пределы для наружной (или болтовой, в терминологии ISO) и максимальные пределы для внутренней (гайки) резьбы обеспечивают предотвращение срыва резьбы при достижении предела прочности основного материала. Минимальные пределы для внутренней и максимальные пределы для наружной резьбы обеспечивают их совместимость при сборке.

Основной диаметр

Основной диаметр резьбы — это больший из двух крайних диаметров, ограничивающих высоту профиля резьбы, при рассмотрении поперечного сечения в плоскости, содержащей ось резьбы. Для винта это его наружный диаметр (OD). Основной диаметр гайки нельзя измерить напрямую (поскольку он закрыт самой резьбой), но его можно проверить с помощью проходных и непроходных калибров. Основной диаметр наружной резьбы обычно меньше основного диаметра внутренней резьбы, если резьбы предназначены для соединения друг с другом. Однако этого требования недостаточно для гарантии, что болт и гайка с одинаковым шагом будут совместимы: то же требование должно быть отдельно выполнено для малого и шагового диаметров резьбы. Помимо обеспечения зазора между гребнем резьбы болта и впадиной резьбы гайки, необходимо также убедиться, что зазоры не слишком велики, чтобы не допустить разрушения крепежного соединения.

Младший диаметр

Малый диаметр – это минимальный внешний диаметр резьбы. Разность между большим и малым диаметрами, деленная на два, равна высоте профиля резьбы. Малый диаметр гайки – это ее внутренний диаметр. Малый диаметр болта можно измерить с помощью проходных и непроходных калибров или непосредственно с помощью оптического компаратора. Как показано на рисунке справа, резьбы с одинаковым шагом и углом, имеющие совпадающие малые диаметры, но отличающиеся большими и шаговыми диаметрами, могут казаться плотно прилегающими, но только радиально; резьбы, имеющие только совпадающие большие диаметры (не показано), также можно представить как не допускающие радиального перемещения. Уменьшение количества материала из-за неиспользованных пространств между витками резьбы необходимо минимизировать, чтобы не ослаблять крепежные элементы. Чтобы вставить резьбу наружную в соответствующую резьбу внутреннюю, большой и малый диаметры резьбы внутренней должны быть немного больше, чем большой и малый диаметры резьбы наружной. Однако этот избыток обычно не указывается в таблицах размеров. Штангенциркуль измеряет малый диаметр резьбы внутренней (внутренний диаметр, ID), который меньше показаний штангенциркуля большого диаметра резьбы наружной (внешний диаметр, OD). Например, в таблицах измерений штангенциркуля указаны значения 0,69 ID для резьбы внутренней и 0,75 OD для резьбы наружной для стандартов "3/4 SAE J512" и "3/4 14 UNF JIS SAE J514 ISO 8434 2". Обратите внимание, что резьбы внутренние идентифицируются соответствующим большим диаметром резьбы наружной (3/4 дюйма), а не фактическим измерением резьбы внутренней.

Классы соответствия

Способ, которым мужчина и женщина подходят друг другу, включая игру и трение, классифицируется (категорируется) в стандартах нитей. Для достижения определенного класса соответствия требуется способность работать в пределах допустимых диапазонов для измерения (размера) и поверхностной отделки. Определение и достижение классов соответствия важны для взаимозаменяемости. Классы включают 1, 2, 3 (от свободных до жестких); A (внешние) и B (внутренние); и различные системы, такие как пределы H и D.

Предельный уровень прочности

Предельный диаметр резьбы или предел диаметра шага – это стандарт, используемый для классификации допуска на диаметр шага резьбы для метчиков. Для дюймовых резьб используются пределы H или L, которые указывают, на сколько единиц (0,0005 дюйма) диаметр шага больше или меньше его базового значения, соответственно. Таким образом, метчик с пределом H 3, обозначаемый H3, будет иметь диаметр шага на 0,0005 × 3 = 0,0015 дюйма больше базового диаметра шага, что приведет к нарезанию внутренней резьбы с более свободным прилеганием, чем, например, метчик H2. Для метрических резьб используются пределы D или DU, которые основаны на той же системе, что и дюймовые, но используют обозначения D или DU для резьб большего и меньшего размера, соответственно. Диаметр шага резьбы измеряется в точке, где радиальное поперечное сечение одной резьбы равно половине шага. Например: резьба с шагом 16 нитей на дюйм = 1/16 дюйма = 0,0625 дюйма. Фактический диаметр шага резьбы измеряется в радиальном поперечном сечении и составляет 0,03125 дюйма.

Взаимная взаимозаменяемость

Для обеспечения предсказуемо успешного соединения резьб мужского и женского типа и гарантированной взаимозаменяемости между резьбами мужского типа и между резьбами женского типа, должны существовать и соблюдаться стандарты на форму, размер и чистоту поверхности. Стандартизация резьб обсуждается ниже.

Глубина нитей

Винтовые нити почти никогда не изготавливаются идеально острыми (без усечения на гребне или в корне), но вместо этого усекаются, что приводит к окончательной глубине резьбы, которую можно выразить как долю от значения шага. Стандарты UTS и ISO регламентируют степень усечения, включая диапазоны допуска. Идеально острая V-образная резьба под углом 60° будет иметь глубину резьбы ("высоту" от корня до гребня), равную 0,866 от шага. Этот факт обусловлен геометрией равностороннего треугольника и является прямым следствием основных тригонометрических функций. Он не зависит от единиц измерения (дюймов или миллиметров). Однако резьбы UTS и ISO не являются острыми. Большой и малый диаметры определяют усечения по обе стороны от острого угла V. Номинальный диаметр метрических (например, M8) и унифицированных (например, 5/16 дюйма) резьб – это теоретический большой диаметр наружной резьбы, усеченный (по диаметру) на 0,866/4 от шага относительно размера по вершинам "основных" (остроугольных) треугольников. Полученные плоские поверхности на гребнях наружной резьбы теоретически имеют ширину, равную одной восьмой шага (обозначается как 1/8p или 0.125p), хотя фактическое геометрическое определение включает больше переменных. Полная (100%) резьба UTS или ISO имеет высоту около 0,65p. Резьбы могут быть (и часто бывают) усечены еще больше, что дает глубину резьбы от 60% до 75% от значения 0,65p. Например, резьба с усечением 75% жертвует лишь небольшой прочностью в обмен на значительное снижение усилия, необходимого для нарезания резьбы. В результате снижается износ резьбонарезного инструмента, уменьшается вероятность поломки и часто можно использовать более высокие скорости резания. Дополнительное усечение достигается использованием немного большего сверла для внутренних резьб или незначительным уменьшением диаметра резьбовой поверхности заготовки для наружных резьб, что фактически уменьшает большой диаметр резьбы. В случае внутренних резьб таблицы сверл обычно указывают размеры, которые обеспечивают усечение примерно 75%. Резьба с усечением 60% может быть уместна в случаях, когда не ожидается высоких растягивающих нагрузок. В обоих случаях шаг резьбы остается неизменным. Баланс между усечением и прочностью резьбы аналогичен многим инженерным решениям, связанным с прочностью, весом и стоимостью материала, а также стоимостью его обработки.

Конический

Конические резьбы используются на крепежных элементах и трубах. Типичным примером крепежа с конической резьбой является шуруп по дереву. Резьбовые трубы, применяемые в некоторых сантехнических системах для транспортировки жидкостей под давлением, имеют резьбовую часть, которая слегка коническая. Примеры включают серии NPT и BSP. Герметичность резьбового соединения трубы обеспечивается при затягивании конической наружной резьбы во внутреннюю резьбу. Для большинства трубных соединений для обеспечения надежной герметизации требуется дополнительное нанесение герметика в соединение, например, фум-ленты или жидкого/пастообразного герметика для труб, такого как уплотнительная паста.

История

Концепция винтовой нити, похоже, возникла впервые у Архимеда, который вкратце написал о спиралях, а также разработал несколько простых устройств, применяющих принцип винта. Леонардо да Винчи понимал принцип винта и оставил рисунки, показывающие, как можно разрезать нить машиной. В 1500-х годах винты появились в немецких часах и использовались для закрепления доспехов. В 1569 году Бессон изобрел винтовой токарный станок, но этот метод не получил признания, и винты продолжали изготавливаться в основном вручную еще 150 лет. В 1800-х годах в Англии во время промышленной революции началось производство винтов. В те времена не было такого понятия, как стандартизация. Болты одного производителя не подходили бы к гайкам другого.

Стандартизация

Стандартизация винтовых нитей развивалась с начала девятнадцатого века, чтобы облегчить совместимость между различными производителями и пользователями. Процесс стандартизации все еще продолжается; в частности, все еще широко используются (в остальном идентичные) конкурирующие метрические и дюймовые стандарты на размер нити. Стандартные нити обычно идентифицируются короткими буквенными кодами (M, UNC и т. Д.) которые также образуют префикс стандартизированных обозначений отдельных нитей. Дополнительные стандарты на продукцию определяют предпочтительные размеры нитей для винтов и гайков, а также соответствующие размеры головки болта и гайки, чтобы облегчить совместимость между ключами и другими инструментами.

Шнуры стандарта ISO

Наиболее распространенными типами резьбы являются метрическая резьба ISO (M) для большинства применений и резьба BSP (R, G) для труб. Эти типы резьбы были стандартизированы Международной организацией по стандартизации (ISO) в 1947 году. Хотя метрическая резьба была в основном унифицирована в 1898 году Международным конгрессом по стандартизации резьбы, отдельные метрические стандарты резьбы использовались во Франции, Германии и Японии, а Швейцария имела собственные стандарты резьбы для часов.

История стандартизации

Первая исторически важная внутрикомпанийная стандартизация винтовых нитей началась с Генри Модслея около 1800 года, когда современный винтовой режущий токарь сделал винты с взаимозаменяемыми V-нотками практическим товаром. В течение следующих 40 лет стандартизация продолжала происходить как внутри компании, так и между ней. Несомненно, многие механики того времени участвовали в этом духе времени; Иосиф Клемент был одним из тех, кого отметила история. В 1841 году Джозеф Уитворт создал дизайн, который, благодаря принятию многими британскими железнодорожными компаниями, стал стандартом для Соединенного Королевства и Британской империи под названием British Standard Whitworth. В 1840-х - 1860-х годах этот стандарт часто использовался в Соединенных Штатах, в дополнение к бесчисленным стандартам внутри и между компаниями. В апреле 1864 года Уильям Селлерс представил в Институте Франклина в Филадельфии документ, предлагающий новый стандарт, чтобы заменить плохо стандартизированную практику винтовых нитей в США. Продавцы упростили конструкцию Уитворта, приняв профиль нити 60° и сплющенный кончик (в отличие от 55° Уитворта и закругленного кончика). Угол 60° уже был в обычном использовании в Америке, но система Селлерса обещала сделать его и все другие детали нитевой формы последовательными. Проще производимая нить Sellers стала важным стандартом в США в конце 1860-х и начале 1870-х годов, когда она была выбрана в качестве стандарта для работ, выполняемых в рамках контрактов с правительством США, а также была принята в качестве стандарта высоко влиятельными железнодорожными корпорациями, такими как Baldwin Locomotive Works и Pennsylvania Railroad. Другие фирмы приняли его, и вскоре он стал национальным стандартом для США,

Поколение

Существует множество способов нарезания винтовой резьбы, включая традиционные методы удаления материала (например, различные виды резания [одноточечное, метчики и плашки, плашкодержатели, фрезерование]; литье под давлением; литье в песчаных формах; формование и накатывание; шлифование; и иногда доводка для завершения после других операций); более современные аддитивные технологии; и их комбинации.

Инспекция

Еще одна распространенная точка проверки – прямолинейность болта или винта. Эта тема часто возникает при проблемах со сборкой, связанных с предварительно просверленными отверстиями, поскольку первым шагом в поиске неисправности является определение, в чем причина – в крепеже или в отверстии. Для решения этой проблемы был разработан стандарт ASME B18.2.9 «Приборы и методы контроля прямолинейности болтов и винтов». В соответствии с областью применения стандарта, он описывает приборы и процедуру проверки прямолинейности болтов и винтов в состоянии максимального материала (MMC) и устанавливает предельные значения по умолчанию, если они не указаны в соответствующем стандарте на изделие.