Види різьби: класифікація, стандарти

Навіщо майстру та закупівельнику розуміти різьбові з’єднання

У будівництві, виробництві, машинобудуванні, аграрній сфері, автомобільній індустрії та енергетиці різьбові з’єднання є основою більшості конструкцій і механізмів. Для закупівельника, інженера чи майстра важливо розуміти, які є види різьби, щоб правильно підбирати болти, гайки, гвинти, трубні з’єднання й інші елементи різьбового кріплення. Невірно обрана різьба може спричинити простої, протікання, поломки обладнання або зайві витрати. У сферах, де точність та надійність визначають безпеку — від монтажу металоконструкцій до встановлення сонячних електростанцій — будь-яка помилка може мати критичні наслідки.

Цей матеріал допоможе отримати чітке розуміння основних типів, стандартів і відмінностей різьб, що використовуються у реальних робочих завданнях наших клієнтів — від монтажу важливих вузлів до складання складної техніки чи інженерних систем.

Що таке різьба: базові поняття та призначення

Різьба — це система виступів та впадин, які чергуються з постійним кроком на поверхні тіл обертання і розташовані вздовж гвинтової лінії. Вона призначена для передачі зусиль між з’єднуваними деталями, забезпечуючи надійне механічне з’єднання.

Метрична різьба відрізняється тим, що її крок та основні параметри визначаються в міліметрах, а кут при вершині зубців становить 60°. 

На практиці застосовують різні види різьби по металу, які відрізняються за формою профілю, напрямком, призначенням і умовами експлуатації.

Основні критерії класифікації різьб

За напрямком гвинтової лінії: права та ліва

Залежно від напрямку гвинтової лінії розрізняють праву та ліву різьбу. Відповідно до правил стандартизації та умовних позначень, права різьба в маркуванні не зазначається, оскільки є найбільш поширеною і приймається за стандартну. Це дозволяє спростити та скоротити умовне позначення різьбового з’єднання.

Ліва різьба, навпаки, обов’язково позначається латинськими літерами «LH» і застосовується значно рідше. Вона використовується переважно для кріплення деталей, які під час роботи обертаються проти годинникової стрілки, що дає змогу запобігти самовідгвинчуванню з’єднання в таких умовах.

Наприклад, метрична різьба діаметром 10 мм з лівим напрямком має позначення M10 LH, а аналогічна різьба з дрібним кроком позначається як M10×1,25 LH.

За формою профілю: трикутна, трапецієподібна, упорна, кругла, прямокутна

За формою профілю розрізняють трикутну, трапецієподібну, упорну, круглу та прямокутну різьбу.

Профіль різьби являє собою контур її поперечного перерізу в площині, що проходить через вісь різьбового з’єднання, і визначає основні експлуатаційні характеристики різьби.

Найбільш поширеною у практиці машинобудування та кріпильних з’єднаннях є трикутна різьба, оскільки вона забезпечує надійне з’єднання деталей і зручна для масового застосування.

За розміщенням на деталі: зовнішня, внутрішня

За розміщенням на деталі розрізняють зовнішню та внутрішню різьбу.

Зовнішня різьба формується шляхом нарізання або накатування на стержнях, болтах чи шпильках. Діаметр заготовки, як правило, дорівнює або є максимально наближеним до діаметра різьби по вершинах після завершення процесу її формування.

Внутрішня різьба виконується всередині отворів після попереднього свердління. Діаметр свердла підбирається відповідно до номінального діаметра різьби по вершинах у готовому отворі, що забезпечує правильне формування профілю та надійність з’єднання.

За типом поверхні деталі: циліндрична, конічна

За типом поверхні деталі розрізняють циліндричну та конічну різьбу.

Конічна різьба формується на конічній поверхні деталі, на відміну від циліндричної, яка наноситься на поверхню з постійним діаметром. Основним призначенням конічної різьби є забезпечення герметичних з’єднань, зокрема в трубопровідних системах. Під час затягування конічні поверхні щільно прилягають одна до одної, що дозволяє створити надійне ущільнення без додаткових елементів.

За призначенням: для кріплень, метрична, дюймова, ходова, спеціальна

За призначенням розрізняють різьби для кріплень, метричні, дюймові, ходові та спеціальні.

Різьби для кріплень найчастіше застосовуються у болтах, гвинтах, шпильках, гайках, шурупах та саморізах. Такі деталі зазвичай виготовляють зі сталі або кольорових металів, рідше — з пластику.

Метричні та дюймові різьби відрізняються системою вимірювань: метричні використовуються в більшості країн світу, а дюймові — у регіонах, де прийнята імперська система. Вибір типу різьби залежить від призначення деталі та стандартів регіону.

Ходові різьби призначені для забезпечення точного та постійного переміщення гайки вздовж осі стержня. Їх застосовують у деталях токарних станків, підйомних механізмах свердлильних верстатів та інших точних механізмах.

Спеціальні різьби розробляються для конкретних технічних завдань і мають чітко визначене призначення відповідно до умов експлуатації.

За кількістю заходів: однозахідна, багатозахідна

Розрізняють однозахідну та багатозахідну різьбу залежно від числа гвинтових заходів на стержні.

У однозахідної різьби за один повний оберт деталі переміщення вздовж осі стержня відповідає величині кроку P.

У багатозахідної різьби переміщення за оберт пропорційне кількості заходів: для двозахідної — вдвічі більше, для тризахідної — утричі більше і так далі. Така конструкція дозволяє забезпечити швидше переміщення гайки вздовж стержня при обертанні.

Внутрішня та зовнішня різьба: особливості виготовлення

Розглянемо внутрішню та зовнішню різьбу на прикладі болта та гайки. На поверхні стержня болта нарізана або накатана зовнішня різьба, тоді як у отворі гайки — внутрішня різьба.

У кресленнях та специфікаціях номінальний діаметр різьби зазначається як для болта, так і для гайки. Однак це не означає, що при вимірюванні штангенциркулем чи іншим інструментом діаметр по вершинах зубців збігається з номінальним розміром.

Для стандартних з’єднань різьба болтів виготовляється з допуском 6g, а внутрішня різьба гайок або інших деталей — з допуском 6Н. Таке поєднання створює зазор, який забезпечує легке закручування та розкручування різьб, одночасно гарантує надійне кріплення.

Для специфічних завдань поля допуску можуть змінюватися відповідно до технічного завдання або проєкту, проте це трапляється рідко. Основна мета конструктора чи проектанта — використовувати максимально стандартні деталі та комплектуючі, що спрощує конструювання, ремонт та обслуговування техніки.

Саме з цієї причини виникла стандартизація метизів, яка дозволяє легко підбирати деталі при проєктуванні та подальшій експлуатації машин, конструкцій і обладнання.

Дюймові різьби

Дюймова різьба відрізняється від метричної тим, що кут при вершині становить 55 або 60°, а крок позначається кількістю витків на 1 дюйм (25,4 мм). Вона широко використовується в США, Канаді та Великій Британії.

Види дюймової різьби

• Дюймова циліндрична (UTS – Unified Thread Standard). Поширена в США та Канаді, кут при вершині профілю – 60°.
• Британська різьба (BSW – British Standard Whitworth). Поширена у Великобританії, кут при вершині – 55°. Дрібна різьба позначається як BSF (British Standard Fine), наприклад: BSF 1¼”.
• Дюймова конічна та циліндрична (NPT/NPS). Відповідає стандарту ANSI/ASME B1.20.1, застосовується для трубних з’єднань, кут при вершині – 60°.
• Трубна різьба G (BSPP – British Standard Pipe Parallel). Використовується у сантехніці для батарей опалення, радіаторів, підведення води та фітингів.

Що означає діаметр трубної різьби?

Номінальний розмір в дюймах позначає внутрішній діаметр труби (умовний прохід). Наприклад, мітчик G 1 наріже різьбу у трубі зі зовнішнім діаметром 32 мм, оскільки внутрішній діаметр труби становить близько 25 мм (1 дюйм).

Таблиця трубної різьби BSP (G) в мм

Стандартизація різьб

Стандарти кріпильних виробів забезпечують зручність вибору та дозволяють формувати надійні з’єднання з необхідними технічними характеристиками. Основною перевагою стандартизації є можливість швидко підібрати заміну або кілька альтернативних варіантів кріплення, використовуючи регламентовані параметри виробу.

Серед основних стандартів:

• ДСТУ – Державний Стандарт України, що регламентується законодавством і є обов’язковим для застосування на території країни.
• ГОСТ – державний стандарт, запроваджений на території СРСР. Він досі використовується для продажу та обігу продукції між країнами СНД.
• DIN (Deutsches Institut für Normung) – німецькі стандарти, розроблені Інститутом стандартизації Німеччини. До вступу Німеччини в Євросоюз DIN був основним елементом національної системи стандартизації. Сьогодні більшість стандартів DIN замінені на відповідники європейських норм.
• ISO (International Organization for Standardization) – сучасний міжнародний стандарт, розроблений міжнародною організацією стандартизації. Він включає оновлені нормативи, адаптовані до сучасних вимог і попередніх стандартів DIN, що робить його універсальним для глобального застосування.

Літерне позначення основних міжнародних стандартів різьби

Висновки: як обрати потрібний тип різьби

Для правильного вибору різьбового з’єднання радимо:

• визначити сферу застосування
• визначити стандарт
• підібрати крок і профіль
• оцінити навантаження та умови роботи
• перевірити сумісність внутрішньої та зовнішньої частини

Фахівці компанії Stemax допоможуть підібрати оптимальний варіант різьбових зʼєднань для будівництва, виробництва, аграрної промисловості, автобізнесу, енергетики та оборонних проектів.