Отличие резьбы метрической от трубной и их параметры
Резьбовые соединения являются одними из основных методов стыковки элементов трубопроводных магистралей, иногда при монтаже линий с трубами своими руками можно столкнуться с их различными типами. Поэтому при подборе материалов и комплектующих при самостоятельном устройстве трубопроводов, полезно знать отличие резьбы метрической от трубной.
По принятым стандартам трубную резьбу измеряют в специальных и обычных дюймах, она насчитывает несколько видов, которые в зависимости от назначения отличаются определенными параметрами. При самостоятельном ручном или механическом нарезании на токарных станках эти различия необходимо учитывать для того, чтобы правильно выбрать размеры, обеспечивающие наиболее качественные стыки для определенных условий эксплуатации.
Рис.1 Профильные размеры конусной резьбы
Почему в дюймах
Хотя в странах мира повсеместно распространена метрическая система измерений, и резьбовой шаг привязан к миллиметру, вся современная сантехника, насосное, отопительное оборудование и прочие системы с использованием трубопроводов рассчитаны на систему измерения в дюймах.
Связано это с тем, что неметрическая система вместе со всем оборудованием пришла к нам из развитых стран мира, где вся промышленность с 15 века были ориентирована на английский дюйм, приблизительно равный ширине большого пальца в 25,4 мм. Появившаяся значительно позднее в 19 веке система с основной размерной единицей в 1 метр используется везде, но так и не смогла вытеснить дюймы из измерений элементов оборудования, газовых и водопроводных магистралей.
Частично это произошло потому, что считать десятые доли миллиметров слишком неудобно и при этом страдает точность, в то время, как резьбовые элементы в полдюйма, три четверти, полтора и так далее проще обозначать и производить. При изготовлении бытовой сантехники стандартный дюймовый шаг составляет 1/4″ — это в 6 раз больше миллиметра и позволяет существенно уменьшить число типоразмеров соединительных патрубков сантехнической арматуры.
Рис.2 Цилиндрический профиль и его размерные показатели
Параметры резьбы
Любая резьба определяется показателями:
Трубные резьбы, применяемые в быту
Отечественными ГОСТ регламентируется два основных вида трубной резьбы: конические и цилиндрические, главное отличие которых состоит в профиле заготовки. В первом случае он конической формы (конусность 1 к 16), во втором типе основанием является цилиндрическая заготовка.
Также известны американские разновидности стандартов трубных дюймовых накаток NPSM и NPT, главное отличие которых — профильный угол в 60 градусов. Отечественный аналог американского стандарта NPT — ГОСТ 6111-52 на коническую резьбу с углом конуса гребня в 60 градусов.
Рис. 3 Таблица резьбы трубной конической
Коническая трубная резьба по ГОСТ 6211-81 и ее маркировка
Резьбовые соединения этого вида предназначены для работы в условиях высокого давления, применяются в гидравлических системах мобильного инструмента, приводящих в движение тяжелые механизмы (гидростанции), для подключения гибких рукавов и муфт, рассчитанных на давление 700 и более бар. Данный вид резьбового соединения имеет следующие особенности:
Рис.4 Трубная цилиндрическая дюймовая резьба
Цилиндрическая трубная резьба по ГОСТ 6357-81 и ее обозначение
Применяют дюймовые резьбы цилиндрической формы для состыковки металлических трубопроводов водопроводных и газовых систем, внутренняя накатка согласуется с наружной конической по ГОСТ 6211-81. При ее изготовлении за основу была принята мелкая резьба Уитворта (европейская маркировка BSW), она совместима еще с одним евростандартом BSP, ее основные параметры следующие:
Рис. 5 Таблица стандартов дюймовых конических резьб NPT и ГОСТ 6111-52
Отличие резьбы метрической от трубной
Основными показателями резьбовых накаток являются их диаметр и шаг, которые регламентируются соответствующими нормативами.
Широко распространенная метрическая резьба, применяемая во всех сферах промышленности, отличается от трубной по следующим параметрам:
Размеры. Трубная имеет наружный диаметр, кратный специальному фиксированному трубному дюйму (33,24 мм.) и его десятым долям, при этом дюйм не является величиной, кратно связанной с единицами измерения в миллиметрах. Понятно, что элемент с дюймовой нарезкой не может подойти по размерным показателям к изделию, выполненному по метрическим стандартам. В трубной резьбе шаг измеряется в количестве ниток на дюйм — из этого следует, шаг резьбы в миллиметрах не будет совпадать с дюймовым.
Все вышесказанное означает, что на практике метрическую гайку не накрутишь на болт с дюймовой накаткой — детали не совпадут по ходу и диаметру.
Профильный угол. Трубная нарезка, регламентированная отечественными ГОСТ 6211-81, 6357-81, имеет профиль равностороннего треугольника с углом конусного гребня в 55 град., в то время как в метрической этот показатель равен 60 град. Понятно, что помимо различного диаметра и шага, эти резьбовые соединения не смогут работать в паре по причине разного угла конусных гребней.
Накатка. Трубная резьбовая накатка проводится на заготовки с учетом толщины их стенок и внешних габаритов — это позволяет получить максимально прочную стыковку изделий, зависящую от их физических и механических характеристик заготовок. Трубная резьба отличается от метрической тем, что по стандарту для каждого диаметра установлен свой шаг — это позволяет при соблюдении нормативов обеспечить резьбовому стыку высокую и заранее рассчитанную прочность.
Маркировка и обозначение. В государственных стандартах основные трубные резьбовые размеры привязаны к дюйму (обозначается одной или двумя косыми чертами), в то время как метрические приведены в миллиметрах. Основная разница видов в указании хода — в дюймовом варианте указывается количество ниток на 1″.
Рис. 7 Таблица метрической конической резьбы
Нарезка трубной резьбы своими руками
Как и метрическая, трубная резьба бывает наружной и внутренней, выполняется ручными или механическими способами. Для создания нарезки ручным способом используют метчики (для внутренней насечки) и плашки (для нарезания внешних поверхностей).
Самостоятельная нарезка резьбы на трубе внутри и снаружи проводится в следующем порядке:
Рис.8 Ручной способ создания резьбы
Для качественного выполнения нарезаемой резьбы используются два типа плашек и метчиков: черновые и чистовые, первыми, более выработанными, проход совершают в начале, после чего проходку довершают чистовыми.
При наличии в домашнем хозяйстве токарного станка, применяют механический способ нарезания, при этом выполняемая работа состоит из следующих операций:
Рис. 9 Изготовление резьбы на токарном станке
Определение размеров резьбы
Определение диаметра и хода дюймовой резьбы может понадобиться в случае подбора деталей по своим параметрам, аналогичным используемым.
Для установления данных значений используется инструменты, аналогичные метрическим — калибры, гребенчатые резьбомеры, штангенциркули. Еще одним бытовым вариантом получения необходимой информации является использование изделий, с известными характеристиками. В этом случае накручивание гайки с известным диаметром и шагом на болт или наоборот, если процесс прошел без затруднений и соединение плотно зафиксировано, помогает в определении искомых размеров.
Процесс определения диаметра при помощи штангенциркуля не вызовет затруднений даже у школьника, как и замер хода с помощью гребенчатого резьбомера. Для определения шага к нарезной поверхности прикладывают гребенчатые пластинки с порезанным профилем, при их взаимном совпадении шаг определяется по маркировке на гребенках.
Для точного определения внутреннего диаметра, шага и проверки качества выполнения изделия в промышленности используются специальные калибры. Определить резьбу на трубе с их помощью можно вкручиванием во внутренние или на внешние стенки изделия.
Рис.10 Инструмент для определения резьбового шага и диаметра
Параметров, по которым трубная резьба отличается метрической, довольно много: помимо того, что угол витка первой составляет 55 градусов, ее размерные показатели взаимосвязаны между собой (каждый диаметр имеет соответствующее количество витков) и привязаны к дюймам. При этом в ГОСТ для измерения диаметра указаны специальные трубные дюймы (соответствуют 33,24 мм.), а шаг определяется количеством витков на обычный дюйм (25,4 мм.) и включает четыре типоразмера.
Чем дюймовая резьба отличается от метрической
Одна из технологий соединения различных деталей — нанесение резьбы. Резьба — чередующиеся винтовые выступы и впадины, расположенные внутри и снаружи детали. Чтобы соединить два резьбовых объекта, один из них с помощью выступов вкручивается в другой по линии впадин. Различают несколько вариантов резьбовых соединений, а одной из самых популярных технологий является дюймовая резьба. Но как наносится дюймовая резьба ГОСТ на заготовку? Какими инженерными особенностями обладает эта технология нарезки? И как расшифровать маркировку на запчасти? В статье эти вопросы будут рассмотрены.
Основные сведения
Дюймовая резьба — это разновидность резьбового соединения. Обычно ее наносят на бетонные или железобетонные трубы, хотя при необходимости ее можно адаптировать для обработки и других деталей (болты, шурупы, стержни, электронные запчасти). Такая резьба широко распространена в США и Великобритании, однако ее применяют и во многих других странах (Франция, Германия, Южная Корея, Япония, Италия). В России ее правила регулируются с помощью стандартов ГОСТ, а основным нормативным документом является ГОСТ 6111-52.
Дюймовая резьба может быть цилиндрической или конусной. В случае конусного соединения резьба сохраняет размер внешнего и внутреннего диаметра по всей длине запчасти. Резьбовой шаг обладает фиксированными размерами, а количество витков напрямую определяется шагом, длиной диаметра. Запчасти с цилиндрическим соединением являются более прочными, надежными, универсальными.
В случае конусного соединения резьба имеет переменный показатель диаметра. Обычно применяется модель сужающегося диаметра, когда диаметр у основания больше диаметра у конца запчасти. Конусные соединения могут иметь двойную маркировку, когда указывается не только начальный, но и конечный диаметр. Конусная дюймовая резьба является более прочной, реже растрескиваются, имеет повышенный срок годности. Однако ее сложнее наносить, а ошибки нарезки могут серьезно ухудшить качество соединения.
Чем отличается от метрической резьбы
Способы нарезки
Дюймовая резьба может наноситься практически на любые цилиндрические или конические детали. Это могут быть трубы, болты, специальные заготовки и так далее. Основные способы нарезки:
Каждая из технологий обладает своими плюсами и минусами. Ручную нарезку рекомендуется использовать в случае небольшого количества деталей (домашнее производство или небольшая мастерская). Токарная нарезка подойдет для крупных или средних производств с высокой производственной загруженностью. Перед проведением работ необходимо оценить параметры изделия (толщина, жесткость, габариты). В случае больших крупногабаритных деталей рекомендуется станковый способ обработки, поскольку ручная нарезка может быть невозможна по объективным причинам (рабочий будет быстро уставать, что снизит скорость нарезки).
Как читать маркировку
По ГОСТ на все резьбовые детали должна быть нанесена специальная маркировка, которая отражает ее существенные технические особенности. Маркировка отражает диаметр детали, направление резьбы и другие параметры. Маркировка должна наноситься на саму деталь либо на упаковку с однотипными деталями. При изготовлении чертежа какой-либо резьбовой запчасти, маркировочный код должен наноситься и на чертеж. В случае изготовления резьбовых запчастей на продажу маркировка должна проставляться на упаковках, однако в сопроводительной документации маркировочный код можно не указывать (код указывается в добровольном порядке по согласованию с покупателем).
Маркировка представляет собой буквенно-числовой код фиксированной структуры. Код выглядит так: T1 T2 X Y1 Y2 — Z.
Расшифровка кода
Расшифровывается код следующим образом:
Примеры маркировки
Заключение
Дюймовая резьба — особая разновидность резьбового соединения. Эта технология распространена в некоторых западных странах (США, Великобритания, Япония и другие). В России ее применение регулируется с помощью государственного стандарта ГОСТ 6111-52. Технология обычно применяется для нарезки бетонных или железобетонных труб, а также для производства шурупов, болтов, специальных деталей для электроники. Основные технические параметры резьбы — внутренний и внешний диаметр, ширина шага, тип профиля (цилиндрический или конический).
Основное отличие дюймовой резьбы от метрической — гребни расположены под углом 54-55 градусов (а не 60). Это делает профиль более вытянутым, прямоугольным (то есть гребень будет более длинным, но менее широким у основания). Небольшая угловая разница делает невозможным вкручивание метрических деталей в дюймовые и наоборот. Для создания резьбового соединения используется ручная или токарная нарезка. Первую технологию лучше использовать в случае домашнего или мелкосерийного производства, а вторая технология подходит для крупных производств.
Различия метрической и дюймовой резьбы
Резьбовое соединение — наиболее распространенный способ сопряжения деталей при сборке механизмов, машин, конструкций, промышленного оборудования, различных изделий. Одной из важных характеристик резьбы является применяемая единица измерения ее параметров. По этой характеристики они бывают метрическими и дюймовыми.
Различия между ними не ограничиваются единицами измерения, но затрагивают и конструктивные характеристики. Это приводит к несовместимости крепежных элементов и деталей с резьбой разных типов, даже если внешне они кажутся идентичными. Поэтому необходимо иметь представление о том, чем отличается метрическая резьба от дюймовой.
Распространение дюймовой резьбы
Несмотря на распространение метрической системы в большинстве стран мира, применение дюймовой резьбы остается очень широким. Она используется для соединения деталей трубопроводов и всего связанного оборудования, включая насосы, арматуру, сантехнику. Поэтому дюймовую резьбу часто называют трубной. Также ее применяют для изготовления многих крепежных элементов, деталей техники. Поэтому сегодня существует множество отраслей, где используется дюймовая резьба.
Одной из причин такого положения вещей является то, что промышленная революция берет свое начало из Англии, где дюйм и по сей день остается одной из основных единиц измерения длины. Сегодня неметрическая система, в которой используются дюймы, применяется в США, Великобритании, ряде других крупных промышленных стран.
Кроме того, распространение дюймовой резьбы связано и с удобством ее использования. Измерение десятых долей миллиметра может быть затруднительным и ухудшает точность. Дюймовая резьба измеряется с шагом в 1/4 дюйма. Это значительно упрощает обозначение и точность замеров резьбовых элементов, а также сокращает количество типоразмеров.
Основные отличия резьб
Любая резьба характеризуется следующими основными параметрами:
Разница резьбы метрической и дюймовой заключается в измерении этих основных параметров. Так, диаметры метрической резьбы указываются в миллиметрах, а дюймовой — дюймах (2,54 см). Дюймы указываются в целых и дробных долях, например, 1 1/4″. Существенные отличия есть и в принципах измерения шага. Для метрической резьбы он представляет собой расстояние между вершинами соседних профильных гребней, выраженное в миллиметрах. Шаг дюймовой резьбы — это количество витков (ниток) на один дюйм длины.
В отличие от метрической, у трубной резьбы по стандарту для каждого диаметра устанавливается свое значение шага. Это позволяет учитывать толщину стенок труб и их прочностные характеристики для образования наиболее надежного резьбового соединения, устойчивого к переменным нагрузкам и повышенному внутреннему давлению в трубопроводе.
Важным конструктивным отличием является профильный угол. Более того, по этому параметру можно отличить метрическую резьбу от дюймовой. В соответствии с нормами ГОСТ 6211-81 и 6357-81 гребни резьбы должны иметь профиль равностороннего треугольника. При этом угол наклона профильного гребня у метрической равняется 60°, а у трубной — 55°. Поэтому для специалиста доступно определение дюймовой резьбы визуально по данному параметру.
Эти отличия делают детали с разными видами резьб несовместимыми друг с другом. Они не подходят в связи с разными значениями диаметра и шага. Даже если эти параметры будут приблизительно совпадать, разный профильный угол не позволит создать рабочее резьбовое соединение.
Измерения
Несмотря на отличия метрической и дюймовой резьбы, их измерение выполняется одинаковыми инструментами:
Механические измерители могут применяться только для измерения внешнего диаметра. Поэтому такие инструменты используются только для предварительных измерений.
Удобным способом определить шаг дюймовой резьбы, является использование калибра. Этот же метод может применяться и для метрической нарезки. Калибром выступает штуцер или муфта, на которых нарезана соответственно внутренняя или наружная резьба, параметры которой точно соответствую стандарту. Деталь с измеряемой резьбой вкручивается в калибр или накручивается на него.
Если при этом не возникает затруднений, и образуется плотное соединение, значит, измеряемый шаг соответствует стандартному значению, указанному на калибре. Если же выполнить соединение не удалось, нужно взять калибр с другими параметрами и повторить попытку. Для проведения таких измерений калибры используются с учетом различия метрической и дюймовой резьбы.
Резьбомер еще более упрощает процесс промеров. Он представляет собой комплект пластинок с гребенками, размеры которых соответствуют стандартным размерам резьб. Пластинку прикладывают к резьбе гребенкой. Ее профиль должен точно совпасть с профилем резьбы. Это позволяет говорить, что параметры последней соответствуют стандартным значениям, которые указаны на пластинке резьбомера.
Виды резьбовых соединений
Наиболее распространенным способом стыковки элементов различных конструкций является резьбовое соединение. Оно широко применяется в строительстве, при монтаже трубопроводов, в машиностроении и многих других отраслях. Популярность этого способа обусловлена следующими преимуществами:
Для использования при изготовлении и монтаже деталей необходимо знать существующие виды и параметры резьбовых соединений.
Назначение и виды резьбовых соединений
Резьбовые соединения любых видов резьб выполняют несколько основных функций. Основным назначением является обеспечение плотного соединения стыкуемых деталей с достижением необходимого значения. Кроме того, обеспечивается фиксация деталей в заданном положении, предотвращается возможность их смещения при эксплуатации конструкции или механизма. Еще одним распространенным назначением резьбовых соединений является обеспечение заданного расстояния между деталями.
Классификация соединений этого типа осуществляется по нескольким параметрам. При этом она имеет большое значение, поскольку от вида резьбовых соединений зависит их область применения, особенности эксплуатации, нормы отбраковки.
В зависимости от способа исполнения различают соединения, которые выполняются посредством крепежных элементов и непосредственные соединения. В первом случае монтаж выполняется при помощи болтов, шпилек, гаек, винтов и других вспомогательных элементов. Непосредственное соединение монтируется путем скручивания друг с другом соединяемых элементов, например, труб с нарезанной резьбой.
В зависимости от формы поверхности различают цилиндрические и конические резьбы. Оба этих типа резьб могут быть наружными и внутренними. По направлению витков нарезка может быть левой или правой.
Ключевым параметром для классификации является тип профиля нарезки. По этому признаку выделяют следующие виды резьбовых соединений деталей:
Рассмотрим эти типы более подробно.
Метрическая резьба
Самым распространенным видом резьбовых соединений является метрическая резьба. Ее профиль выполняется в соответствии с ГОСТ 9150-81 в форме равностороннего треугольника с углом 60°. Шаг метрической резьбы может составлять 0,25-6 мм, а внешний диаметр — от 1 мм до 600 мм. Такой тип резьбового соединения применяется при изготовлении большинства крепежных деталей.
Кроме того, применяется коническая метрическая резьба с диаметром 6–60 мм конусностью 1:16. Этот тип нарезки позволяет выполнять герметичные соединения. При ее использовании достигается стопорение крепежа, что исключает необходимость применения стопорных гаек.
Дюймовая резьба
Дюймовая резьба имеет профиль в форме равнобедренного треугольника со значением угла 55°, что отличает ее от формы профиля метрической нарезки. Диаметры резьбы измеряются в дюймах. Шаг определяется в количестве витков на 1 дюйм длины резьбовой части изделия. В промышленности применяются резьбовые соединения с наружным диаметром от 3/16 до 4 дюймов с числом витков на один дюйм от 3 до 28. Этот тип нарезки широко применяется на деталях трубопроводов, а также на крепеже производства США, Великобритании и ряда других стран.
Также выпускаются изделия с конической дюймовой резьбой. Благодаря конической форме достигается улучшенная герметичность соединения, что позволяет не использовать уплотнительные элементы. Коническая дюймовая нарезка широко применяется при прокладке напорных трубопроводов малого диаметра в гидравлических системах.
Трубная резьба
Трубная цилиндрическая резьба выполняется по ГОСТ 6357-81. Она имеет профиль в форме равнобедренного треугольника, угол наклона гребней составляет 55°. Верхние грани гребней скруглены. Благодаря этому устраняются дополнительные зазоры в зоне выступов и впадин, что обеспечивает повышенную герметичность соединения. Трубная резьба относится к дюймовым. Ее диаметр составляет от 1/16 до 6 дюймов, а шаг — от 11 до 28 витков.
По сравнению с другими видами дюймовых резьб шаг трубной резьбы сокращен. Уменьшенный шаг позволяет не допустить критического сокращения толщины стенки трубы, что необходимо для сохранения прочностных характеристик трубопровода.
Трубная резьба может быть цилиндрической и конической. В последнем случае ее конусность определяется соотношением 1:16.
Трапецеидальная
К резьбовым соединениям этого вида относятся чаще всего соединения типа винт-гайка. Трапецеидальная резьба выполняется в соответствии с ГОСТ 9481-81. Ее форма представляет собой равнобокую трапецию. Угол наклона граней составляет 30°. Для резьбы крепежных элементов, применяемых в червячных передачах, предусмотрен угол наклона 40°.
Трапецеидальный профиль резьбы позволяет достичь повышенной прочности соединения. Благодаря этому ее применяют для соединения деталей механизмов, работающих под воздействием динамических нагрузок, например, в ходовых гайках, которыми фиксируются штоки задвижек и т. д.
Упорная резьба
Упорная резьба в соответствии с ГОСТ 10177-82 имеет профиль в виде неравнобокой трапеции. Угол наклона одной грани гребня составляет 3°, а второй грани — 30°. Этот тип применяют для крепежных элементов диаметром от 10 мм до 600 мм. Шаг резьбы составляет 2–25 мм. Этот вид резьбового соединения используется для крепления деталей, которые в процессе эксплуатации испытывают значительные осевые нагрузки в одном направлении. Профиль нарезки позволяет эффективно противостоять таким нагрузкам.
Круглая резьба «Эдисона»
Круглая резьба, выполняемая в соответствии с ГОСТ 6042-83, имеет профиль, формируемый дугами. Угол наклона сторон составляет 60°. Благодаря такой форме профиля круглая резьба обладает высокой стойкостью к механическому износу. Это позволяет применять ее в деталях конструкций и механизмов, которые подвержены регулярным переменным нагрузкам, например, в деталях трубопроводной арматуры.