Из истории стандартизации резьб

Зарубежными странами были предприняты значительные усилия для упорядочения стандартов на винтовые резьбы, и едва ли не самая крупная работа была выполнена в этом направлении в Германии, где установлены твердые нормы почти для всех типов резьб, встречающихся в промышленности.

Резьбы по таблице DIN 11 в основном соответствуют размерам английской стандартизированной витвортовсвой шкале резьб, отличие состоит в том, что не полностью совпадает шкала размеров на малых диаметрах. Также ввиду того, что нарезки работают боковыми сторонами, а добиться полного соприкосновения на закруглениях практически невозможно, в DIN 11 несколько увеличили глубину канавки нарезок в гайке, что позволило получить небольшие зазоры при свинчивании. В DIN 12 та же задача решена иначе, для получения зазора при свинчивании вершины резьбы срезаются по прямой, тем самым уменьшается наружный диаметр винта или увеличивается внутренний диаметр гайки. При этом глубина впадины резьбы остается в соответствии с глубиной впадины витвортовсвой резьбы.

Оба способа получения резьбы взаимозаменяемы, первый предпочтительнее для получения резьбовых соединений более плотных к проникновению жидкости и газа. Что касается основной германской болтовой резьбы DIN 13 и DIN 14, то главная часть таблицы от 6 до 68 мм полностью соответствует международной системе SI как в части допусков, шага резьбы, так и по форме профиля нарезки. В период Первой мировой войны, занимаясь расширением шкалы диаметров резьб, немецкие специалисты пришли к выводу, что нет оснований увеличивать шаг резьбы с возрастанием диаметра, из-за снижения прочности нарезанной части. Именно по этой причине шаг резьбы на диаметрах от 68 до 80 мм принят равным 6 мм. Таким образом, немецкий стандарт для размеров резьбы более 68 мм не соответствует международной системе SI.

Форму основания нарезки (дна канавки) в Германии приняли закругленной. Рекомендовался радиус закругления равный приблизительно 1/19 от полной высоты треугольника нарезки.

Необходимо сказать, что совершенно не соответствует действительности часто встречающееся в книгах утверждение, что Цюрихский конгресс 1898 г., утвердивший резьбу по системе SI, установил жесткое значение радиуса закругления основания нарезки для каждого размера резьбы.

В действительности на конгрессе существовало два совершенно противоположных мнения. Представители Франции и небольшая, но очень компетентная в винторезном деле часть представителей Германии утверждали, что при массовом производстве нельзя выдержать строго ни прямую, ни закругленную форму основания нарезки. Впрочем, для решения этой проблемы совершенно и неважно, какая форма основания. Поэтому выбор очертания основания нарезки, величину и форму зазора должен выбрать производитель. А регламентировать необходимо допуски, с помощью которых и можно добиться взаимозаменяемости резьбы, так как допуски в резьбе всегда идут от идеального профиля для винта в одну сторону, а для гайки в другую. Другая сторона, часть представителей Германии, представители Швейцарии настаивали на том, что необходимо точно регламентировать форму закругления дна канавки.

Так как добиться единогласия не удалось, то была принята резолюция, допускающая разнообразное толкование. По этому решению, форма основания нарезки определяется каждым конструктором и производителем самостоятельно, но величина зазора между вершиной и основанием нарезки не должна быть больше чем 1/16 полной высоты треугольника нарезки. Рекомендовалось использовать закругленное очертание дна канавки.

В результате этого соглашения французы сохранили свое прежнее прямое очертание дна канавки, допуская и небольшие закругления, полученные при изготовлении резьбы случайно или намеренно, немцы же стали использовать регламентированное закругление очертания дна канавки образованной дугой окружности касательной к сторонам профиля нарезки и, приняв величину радиуса этого закругления средним значением между 1/16 и 1 /24 полной высоты треугольника нарезки, что составило 1/19.

При стандартизации резьб во Франции выяснилось, что метрическая резьба по международной системе SI вошла в общепромышленное применение и в дюймовой витвортовской резьбе отпала необходимость. По этой причине во Франции отказались от ее стандартизации. Встречаются иногда винты по старой французской системе, но эта система незначительно отличается от резьбы по международной системе SI.

Терминология и обозначения резьбы первая треть XX века

S - шаг резьбы; do - наружный диаметр резьбы винта; dl - внутренний диаметр резьбы винта; do1 - наружный диаметр резьбы гайки; dl1 - внутренний диаметр резьбы гайки; dcp - средний диаметр резьбы; а - угол между вершинами нарезки; z - зазор при вершине нарезки; г - радиус закругления при вершине нарезки; to - высота нарезки до острого края;

И - высота нарезки; t2 - рабочая часть нарезки.

Мелкой резьбой называется резьба с меньшим отношением шага к диаметру, чем основной крепежной резьбы, т. е. такая резьба, у которой шаг меньше, чем у основной крепежной резьбы того же диаметра. Коэффициентом измельчения мелкой резьбы называется отношение (приблизительное) шага основной крепежной резьбы к шагу мелкой резьбы для каждого диаметра резьбы.

Нарезка - виток резьбы (термин «нарезка» следует отличать от термина «нарезание», обозначающее изготовление резьбы режущим инструментом).

D1 - внутренний диаметр гайки; d2 - средний диаметр винта;

D2 - средний диаметр гайки;

Н - высота исходного треугольника;

Р - шаг резьбы.

Форма впадины резьбы винта, если нет указаний, не регламентируется и может быть как закругленной, так и плоско срезанной.

89 служила основным прообразом. Поэтому никаких жалоб на старую форму профиля (совпадающего, кстати сказать, с американским селлеровским профилем) не возникает. При расширении шкалы резьб в сторону увеличения диаметра французы также приняли решение о постоянном шаге резьбы на больших диаметрах.

При стандартизации мелкой резьбы для точной механики и часовой промышленности нельзя было применить существующие шкалы резьб. Поэтому в Германии были стандартизированы две мелкие резьбы витвортовского типа и девять метрических, причем диаметры доходят иногда до 500 MM(DIN21),a c другой стороны - в DIN 243 имеются мелкие шаги и для винтов, начиная с 1 мм.

Англичане для этих целей стандартизировали особый вид витвортовской резьбы с уменьшенными шагами (BSF).

Американцы сначала установили мелкую селлерсовскую резьбу в пределах диаметров от 1,524 мм до 11,43 мм, а затем в 1922 году от 1,524 мм, до 76,2 мм (3"). К этому классу резьб присоединились и специальные автомобильные резьбовые стандарты.

Метрические резьбы

В Российской Федерации в 1921 году были впервые установлены нормы на болтовые соединения метрической системы для частей подвижного состава железнодорожного транспорта, утвержденные высшим техническим советом Главметалла ВСНХ, а с 30 декабря 1922 г. в связи с принятием Декларации об образовании Союза ССР данная работа проводилась в рамках союзного государства.

При создании нормативов на метрические болтовые резьбы в СССР было решено использовать нормы на резьбовые соединения, предусмотренные международной системы SI, как имеющую наибольшую перспективу на распространение в странах с метрической системой мер. Вследствие того, что на первых этапах работа проводилась лишь в рамках наркомата путей сообщения (НКПС), то таблица норм НКПС-1 для резьб включала резьбы, использующиеся на железнодорожном транспорте.

Тем самым был определен верхний предел диаметра стандартизируемых резьб равный 68 мм. Что касается профиля дна канавки нарезок, то во время составления таблиц зарубежные работы по допускам и формам резьбы в СССР еще не были широко известны, вследствие чего было принято решение использовать немецкий опыт. В частности приняли предложение специалистов завода им. Л. Леве использовать радиус закругления дна канавки резьбы равного 1/19 от высоты полного треугольника нарезки.

На основании этого допущения были вычислены и другие параметры необходимые для определения нормативов, регламентирующих метрические резьбы.

Впоследствии радиус закругления равный 1/19 от высоты полного треугольника нарезки был официально принят и в Германии при разработке нормативной документации по стандартизации резьбы.

Комитет по стандартизации при Совете труда и обороны начал заниматься разработкой стандартов (ОСТ) на резьбы с 1927 года. Одним из первых утвержденных стандартов явился стандарт на метрические резьбы диаметром от 6 до 68 мм - ОСТ 32. Практически он совпадает с требованиями на резьбы, предусмотренные DIN 14, за исключением верхнего предела диаметра резьбы, по DIN 14 таковым являлся диаметр 52 мм, а по ОСТ 32 -68 мм. После появления ОСТ 32 вводится стандарт на метрические резьбы для диаметров от 1 до 5 мм - ОСТ 94, совпадающий с требованиями к резьбам, регламентированными в DIN 13, за исключением диапазона диаметров. DIN охватывает диаметры резьб от 3 до 10 мм, а ОСТ от 1 до 5 мм. Одновременно с ОСТ 94 утвержден стандарт на метрические резьбы диаметром от 72 до 600 мм - ОСТ 193 соответствующий требованиям к резьбам, предусмотренных в DIN 14 и DIN 241 (резьба по DIN 241 является 1-й мелкой метрической резьбой). Шаг резьбы по ОСТ 193 принят постоянный, равным 6 мм.

Развитие промышленности вызвало необходимость в стандартизации мелких резьб. В связи с этим были утверждены стандарты на первую и вторую мелкую метрическую резьбу.

Первая мелкая метрическая резьба - ОСТ 271 для диаметров от 1 до 400 мм соответствует 3-й мелкой метрической резьбе по DIN 243. Различие между этими стандартами заключается в ином распределении шагов по диаметрам и в увеличении верхнего предела диаметра до 400 мм по ОСТу против предельного диаметра 300 мм по DIN. Начиная с диаметра 56 мм, шаг резьбы становится постоянным и равняется 4 мм. Коэффициент измельчения резьбы - 1,5.

Вопрос о первой мелкой метрической резьбе обсуждался технической комиссией ISA на международной конференции 30 сентября 1929 года в Цюрихе. По некоторым аспектам этого вопросам возникли серьезные разногласия, так не был решен вопрос о шаге резьбы для диаметров 8 и 12 мм.

Для шага резьбы диаметром 12 мм ОСТом принято значение 1,25 мм, и это значение поддержало большинство стран, участвовавших в комиссии ISA, а не 1,5 мм, рекомендуемое Германией и Францией. Шаг для резьбы диаметром 8 мм принят ОСТом 1 мм. На Цюрихской конференции в защиту этого шага основным критерием было то, что увеличение шага резьбы до 1 мм против 0,75 мм повышает производительность оборудования при нарезании винтов резцами.

Вторая мелкая метрическая резьба - ОСТ 272 для диаметров от 3 до 300 мм соответствует 2-й мелкой метрической резьбе по DIN 242, отличие заключается в ином распределении шагов и в увеличении верхнего предела диаметров. Резьба по DIN ограничивается диаметром 189 мм, для резьбы по ОСТу верхний продел составляет 300 мм.

И все же стандарты на первую и вторую мелкие метрические резьбы не могли удовлетворить всех требований машиностроения СССР. Вследствие этого были утверждены стандарты на третью мелкую метрическую резьбу с коэффициентом измельчения равным 3 для резьб диаметром от 8 до 200 мм (ОСТ 4120), четвертую мелкую метрическую резьбу с коэффициентом измельчения 4 для резьб диаметром от 9 до 150 мм (ОСТ 4121) и пятую мелкую метрическую резьбу с коэффициентом измельчения 6 для диаметров от 42 до 125 мм (ОСТ 4122).

Основным преимуществом мелких резьб по ОСТу против мелких резьб по DIN является связанность резьб по ОСТу между собой одной системой построения. Основной принцип измельчения и выбор шагов резьбы в зависимости от диаметра по ОСТу совпадает с основными принципами резьбы по ISA.

После того как люди научились обрабатывать металлы, в употребление вошли крепительные болты.

Первый аппарат для изготовления винтов был создан Леонардо да Винчи (1452-1519).

Но применявшийся в то время токарный станок не годился для такой работы.

Любовь Кириллова, директор

«Санкт-Петербургского Музея Инструмента»

В СССР к 1933 г. было принято пять стандартов для мелких резьб, но этого было недостаточно для удовлетворения всех потребностей промышленности в стандартизации.

В оптико-механической промышленности СССР был утвержден свой стандарт на оптико-механическую резьбу с шагов 0,35; 0,5; 0,75: 1 и 1,5 мм. При этом вследствие тонкостенности деталей, а также конструктивных особенностей приборов шаг резьбы не был связан с диаметром резьбы. Шаг и диаметр резьбы выбирается из таблицы нормальных диаметров (ВООМП).

Дюймовые резьбы

В 1927 г. из дюймовых резьб ОСТом были стандартизированы следующие резьбы:

- ОСТ ЗЗА - дюймовая резьба по системе Витворта без зазора при вершине нарезки;

- ОСТ ЗЗБ - дюймовая резьба с зазором при вершине нарезки.

Эти два стандарта практически соответствуют дюймовым резьбам по DIN 11 и DIN 12. Отличие дюймовых резьб по ОСТу от дюймовых резьб по стандартам DIN заключалось в том, что у ОСТа наибольший диаметр равнялся 4", а не 6", как у DIN. Вопрос о зазорах при вершине и основании нарезки определялся установленными допусками на дюймовую резьбу. Допуски для резьбы нормировались по ОСТ ЗЗА, зазоры по ОСТ ЗЗБ и находились в пределах допусков наружных диаметров.

В 1932 г. профиль дюймовой резьбы в ОСТе был изменен. Изменения касались регламентации закруглений у основания резьбы. Наибольший внутренний диаметр ограничивался плоско срезанным профилем резьбового кольца, вследствие чего радиус закругления при основании резьбы мог находиться в пределах этого ограничения, принимая любые значения. Это позволило увеличить срок службы резьбонарезного инструмента.

По ОСТ 266 трубная резьба для диаметров от 1/8" до 18" изготавливается без зазора при вершине нарезки и соответствует всем встречающимся в промышленности СССР вариантам цилиндрических трубных резьб, имевших наименование газовых резьб. Практически эта резьба соответствует резьбе по DIN 259. По построению профиля трубная резьба ничем не отличается от дюймовой резьбы по ОСТ ЗЗА.

Трапецеидальные резьбы

К началу 1932 г. были выпущены нормы по ОСТу на трапецеидальные резьбы. Эти резьбы служат для передачи движения, поэтому она строится совсем по другим принципам, чем резьбы крепежные.

У крепежных резьб малый шаг и большой угол между сторонами нарезки, это увеличивает самоторможение резьбового соединения. У резьб, служащих для передачи движения, самоторможение должно быть по возможности минимальным. Исходя из особенностей трапецеидальной резьбы, угол между сторонами нарезки делают равным 30'.

У прямоугольных резьб самоторможение несколько меньшее, чем у трапецеидальных. Однако прямоугольные резьбы не рекомендуется применять, так как изготовление их более сложное (в особенности фрезерованием и шлифованием) и при эксплуатации сложнее устранить мертвый ход в резьбовых соединениях путем сближения разъемных частей гайки.

В СССР были стандартизированы следующие трапецеидальные резьбы:

- Резьба трапецеидальная одноходовая нормальная для диаметров от 10 до 300 мм - ОСТ 2410, соответствует резьбе по DIN 103, отличается величиной шага.

- Резьба трапецеидальная одноходовая мелкая для диаметров от 10 до 300 мм - ОСТ 2411, соответствует резьбе по DIN 378, отличается величиной шага и охватывает меньшее число диаметров.

- Резьба трапецеидальная одноходовая крупная, для диаметров от 22 до 300 мм - ОСТ 2409, соответствует резьбе по DIN 379, отличается величиной шага и охватывает меньшее число диаметров.

До стандартизации трапецеидальной резьбы в Европе использовался американский стандарт трапецеидальной дюймовой резьбы Акме с углом между сторонами нарезки в 29'. При разработке стандарта на эту резьбу в Германии, а затем и в СССР величину угла между сторонами нарезки приняли 30'.

Трубные резьбы

Что касается резьб для стальных труб (так называемых трубных резьб), то надо, прежде всего, отметить факт, что в этой области, по всей вероятности, и в будущем сохранятся дюймовые размеры.

В Америке наибольшее применение имеет трубная бриггсовская резьба. Она обладает значительными преимущества перед другими трубными резьбами, но требует особой точности изготовления. В СССР, а сегодня и в России трубная бриггсовская резьба встречается в нефтяном машиностроении.

В Европе в основном использовалась газовая витвортовская резьба, но в зависимости от производителя эта резьба имела много мелких отступлений.

Собственно Витворт предложил резьбу для труб только до 4", а на больших диаметрах существовало множество различных вариантов. В 1903 году в Германии для упорядочения трубных резьб была предложена шкала витвортовской газовой резьбы, но пересчитанная в метрическую систему, то есть в миллиметры. Перевод витвортовской дюймовой резьбы в метрическую систему был сделан со значительными округлениями.

Стандартизацией витвортовской резьбы серьезно занялся английский комитет по стандартизации. В 1914 г., накануне Первой мировой войны, в Париже собрался Международный конгресс по газовой резьбе, где в принципе было принято решение о международном использовании английского стандарта для этого вида резьб, но разразившаяся война не позволила согласовать отдельные детали по стандарту и работа была прервана. Только в 1918 г. англичане выпустили в свет окончательную редакцию стандарта резьбы для труб диаметром от 1 /8" до 18". При этом стандарт вышел в двух вариантах. Первый вариант соответствовал настоящей витвортовской газовой резьбе, где закругленный выступ верха нарезки прикасается повсюду к дну впадины. Второй вариант газовой резьбы соответствовал онвиновскому варианту болтовой резьбы, где между выступом и канавкой имелся зазор. К этому стандарту сразу присоединились французы, изменив только пересчет 11 ниток на дюйм на 55 ниток на 127 мм. Далее данный стандарт поддержали немцы, выпустив DIN 259 и DIN 260 и пересчитав дюймы в миллиметры, приняв соотношение 1" равный 25,40095 мм.

В дальнейшем к стандарту присоединились шведы, швейцарцы, австрийцы и другие страны. Завершая разработку стандарта по газовой резьбе, англичане разработали норматив нарезки на концах труб и муфт. В германии эти параметры вошли в DIN 871.