Трапецеидальная резьба. Применение трапецеидальной резьбы

Трапецеидальная резьба широко применяется для изготовления разных винтов, которые служат для различного производственного оборудования. Например, для станков, подъемных устройств, прессов. Такая резьба имеет вид равнобедренной трапеции, при этом угол профиля может иметь различные значения: 15, 24, 30, 40°. В процессе работы винта, на котором нарезана трапецеидальная резьба, появляются силы трения, вызванные естественным путем. То есть за счет наличия смазочного материала, шероховатости поверхности, а также угла профиля.

Виды резьбы

На сегодняшний день существуют такие типы:

Метрическая. Она служит для закрепления нескольких элементов. Условия нарезки установлены в нормативной документации. Профиль представляет собой треугольник с равносторонними углами. Этот показатель равен 60°. Винты с метрической резьбой выполняются с малыми и большими шагами. Первый вид применяется для закрепления тонколистовых элементов для создания повышенной герметичности. Такой вид присоединения можно встретить в точных оптических приборах.
Коническая. Она изготовляется также, как предыдущий вид, но закручивание производится на глубину 0,8 мм.
Дюймовая. На сегодняшний день нет нормативного документа, в котором указывались бы размеры резьбы. Дюймовая резьба применяется при ремонте различного оборудования. Как правило, это старые приборы и устройства. Основными ее показателями являются наружный диметр и шаг.
Трубная цилиндрическая. Данный вид представляет собой равнобедренный треугольник, верхний угол которого равен 55°. Такая внутренняя резьба применяется для соединения трубопроводов, а также деталей, выполненных из тонколистового материала. Она рекомендуется в том случае, когда предъявляются особые требования к герметичности соединения.
Трубная коническая. Внутренняя резьба должна соответствовать всем требованиям нормативных документов. Размеры полностью стандартизованы. Ее применяют для присоединения различных видов трубопроводов.
Упорная. Такой вид представляет собой неравнобокую трапецию, где одна из сторон наклонена на 3°, а другая – на 30°. Первая сторона является рабочей. Форма профиля, а также диаметр шагов определяются нормативными документами. В соответствии с ними резьба выполняется диаметром от 10 до 600 мм, при этом максимальное значение шага равно 24 мм. Они используются там, где требуются повышенные удерживающие усилия.
Круглая. Профиль резьбы представляет собой различные дуги, связанные между собой прямыми линиями. Угол профиля равен 30°. Данный вид резьбы применяют для тех соединений, на которые воздействуют агрессивные среды.
Прямоугольная. Она не закреплена никакими нормативными документами. Ее главным преимуществом является высокий КПД. По сравнению с трапецеидальным видом она мене прочна, а также вызывает множество непонятных моментов при ее производстве. Основное место применения – домкраты и различные виды винтов.
Трапецеидальная. Имеет форму равнобокой трапеции с углом профиля 30°. Трапецеидальная резьба, размеры которой закреплены в документации, применяется для соединения различных элементов производственного оборудования.

ДОПУСКИ

Числовые значения допусков диаметров наружной и внутренней резьбы должны соответствовать указанным в табл. 3 – 5.

Таблица 3

Допуски диаметров d

и
D
1

Шаг Р , мм	Наружная резьба	Внутренняя резьба	Шаг Р , мм	Наружная резьба	Внутренняя резьба
Степень точности	Степень точности
4	6	4	4	6	4
Допуск, мкм	Допуск, мкм
Td	Td
1,5	150	236	190	16	710	–	1000
2	180	280	236	18	800	–	1120
3	236	375	315	20	850	–	1180
4	300	475	375	22	900	–	1250
5	335	530	450	24	950	–	1320
6	375	600	500	28	1060	–	1500
7	425	670	560	32	1120	–	1600
8	450	710	630	36	1250	–	1800
9	500	800	670	40	1320	–	1900
10	530	850	710	44	1400	–	2000
12	600	950	800	48	1500	–	2120
14	670	–	900

Таблица 4

Допуски диаметров d

2 и
D
2

Номинальный диаметр резьбы d , мм	Шаг P , мм	Наружная резьба	Внутренняя резьба
Степень точности
6	7	8	9	6	7	8	9
Допуск, мкм
Св. 5,6 до 11,2	1,5	132	170	212	265	180	224	280	355
2	150	190	236	300	200	250	315	400
3	170	212	265	335	224	280	355	450
Св. 11,2 до 22,4	2	160	200	250	315	212	265	335	425
3	180	224	280	355	236	300	375	475
4	212	265	335	425	280	355	450	560
5	224	280	355	450	300	375	475	600
8	280	355	450	560	375	475	600	750
Св. 22,4 до 45	2	170	212	265	335	224	280	355	450
3	200	250	315	400	265	335	425	530
5	236	300	375	475	315	400	500	630
6	265	335	425	530	355	450	560	710
7	280	355	450	560	375	475	600	750
8	300	375	475	600	400	500	630	800
10	315	400	500	630	425	530	670	850
12	335	425	530	670	450	560	710	900
Св. 45 до 90	3	212	265	335	425	280	355	450	560
4	236	300	375	475	315	400	500	630
5	250	315	400	500	335	425	530	670
8	315	400	500	630	425	530	670	850
9	335	425	530	670	450	560	710	900
10	335	425	530	670	450	560	710	900
12	375	475	600	750	500	630	800	1000
14	400	500	630	800	530	670	850	1060
16	425	530	670	850	560	710	900	1120
18	450	560	710	900	600	750	950	1180
20	450	560	710	900	600	750	950	1180
Св. 90 до 180	4	250	315	400	500	335	425	530	670
5	280	355	450	560	375	475	600	750
6	300	375	475	600	400	500	630	800
8	335	425	530	670	450	560	710	900
12	400	500	630	800	530	670	850	1060
14	425	530	670	850	560	710	900	1120
16	450	560	710	900	600	750	950	1180
18	475	600	750	950	630	800	1000	1250
Св. 90 до 180	20	475	600	750	950	630	800	1000	1250
22	500	630	800	1000	670	850	1060	1320
24	530	670	850	1060	710	900	1120	1400
28	560	710	900	1120	750	950	1180	1500
32	600	750	950	1180	800	1000	1250	1600
Св. 180 до 355	8	355	450	560	710	475	600	750	950
10	400	500	630	800	530	670	850	1060
12	425	530	670	850	560	710	900	1120
18	500	630	800	1000	670	850	1060	1320
20	530	670	850	1060	710	900	1120	1400
22	530	670	850	1060	710	900	1120	1400
24	560	710	900	1120	750	950	1180	1500
32	530	800	1000	1250	850	1060	1320	1700
36	670	850	1060	1320	900	1120	1400	1800
40	670	850	1060	1320	900	1120	1400	1800
44	710	900	1120	1400	950	1180	1500	1900
48	750	950	1180	1500	1000	1250	1600	2000
Св. 355 до 640	12	450	560	710	900	600	750	950	1180
16	500	630	800	1000	670	850	1060	1320
20	560	710	900	1120	750	950	1180	1500
24	600	750	950	1180	850	1060	1320	1700
48	800	1000	1250	1600	1060	1320	1700	2120

Таблица 5

Допуски диаметра d

Номинальный диаметр резьбы d , мм	Шаг Р Читайте также: Использование газа в сварочных работах - виды, характеристики, особенности применения , мм	Основное отклонение диаметра d 2
с	е	g
Степень точности
8	9	6	7	8	6	7
Допуск , мкм
Св. 5,6 до 11,2	1,5	405	471	232	279	332	197	245
2	445	525	259	309	366	226	276
3	501	589	298	350	416	261	313
Св. 11,2 до 22,4	2	462	544	271	321	383	238	288
3	520	614	310	365	435	273	328
4	609	721	360	426	514	325	391
5	656	775	386	456	550	351	421
8	828	965	482	576	695	435	529
Св. 22,4 до 45	2	481	569	284	336	402	251	303
3	564	670	335	397	479	298	361
5	681	806	401	481	575	366	446
6	767	899	449	537	649	411	499
7	813	950	475	569	688	433	527
8	859	1015	507	601	726	460	554
10	925	1087	544	650	775	490	596
12	998	1173	589	701	833	534	646
Св. 45 до 90	3	589	701	350	116	504	313	379
4	659	784	390	470	564	355	435
5	712	837	419	500	606	384	465
8	890	1052	526	632	757	479	585
9	943	1118	559	671	803	509	621
10	963	1138	569	681	813	515	627
12	1085	1273	639	764	920	584	709
14	1142	1355	680	805	967	620	745
16	1213	1438	721	853	1028	661	793
18	1288	1525	763	900	1088	703	840
20	1313	1550	775	912	1100	708	845
Св. 90 до 180	4	690	815	408	489	595	373	454
5	775	912	456	550	669	421	515
6	830	986	493	587	712	455	549
8	928	1103	551	663	795	504	616
12	1122	1335	670	795	958	615	740
14	1193	1418	711	843	1018	651	783
Св. 90 до 180	16	1263	1500	753	890	1078	693	830
18	1338	1588	794	950	1138	734	890
20	1363	1613	806	962	1150	739	895
22	1450	1700	849	1011	1224	780	943
24	1538	1800	899	1074	1299	828	1003
28	1625	1900	950	1138	1375	880	1068
32	1718	2005	1015	1203	1453	945	1133
Св. 180 до 355	8	965	1153	576	695	832	529	648
10	1088	1300	650	775	938	596	721
12	1173	1398	701	833	1008	646	778
18	1400	1650	825	987	1200	765	928
20	1488	1750	875	1050	1275	808	983
22	1513	1775	887	1062	1287	818	993
24	1600	1875	936	1124	1361	865	1053
32	1780	2092	1053	1265	1515	983	1195
36	1885	2210	1118	1343	1605	1048	1273
40	1925	2250	1138	1363	1625	1063	1288
44	2030	2380	1203	1440	1715	1128	1365
48	2145	2545	1273	1523	1810	1188	1438
Св. 355 до 640	12	1223	1460	733	870	1058	678	815
16	1375	1625	815	978	1190	755	918
20	1550	1825	912	1100	1337	845	1033
24	1663	1950	986	1174	1424	915	1103
48	2233	2670	1335	1585	1898	1250	1500

Условия изготовления

По сравнению с другими видами трапецеидальная резьба намного легче в изготовлении.

Именно поэтому ее чаще применяют в различных сферах. Самым популярным является винт с трапецеидальной резьбой, имеющий угол профиля в 30°. Технология производства очень схожа с той, которая применяется для нарезания прямоугольной резьбы. Но все же есть существенные отличия, касающиеся точности и чистоты изготовления. Нарезание трапецеидальной резьбы ничем не отличается от той же процедуры с прямоугольным видом. На данный момент существует несколько таких способов.

Применение

Раньше резьба с прямоугольным сечением использовалась преимущественно при изготовлении винтовых механизмов. Сейчас этот вид нарезки применяется очень редко из-за технологических сложностей, возникающих во время создания резьбового соединения, и большого количества зазоров, появляющихся между винтовыми витками при износе. В нынешнее время этот вид нарезки полностью заменен трапецеидальной резьбой. В ней зазоры устраняются при помощи стягивания разрезной гайки.

Резьбу с прямоугольным сечением продолжают применять в промышленном секторе для изготовления креплений, регулировочных инструментов и соединений, где необходимо свести самоотвиничивание силовых элементов к минимальным значениям. С применением технологии прямоугольной нарезки производятся следующие устройства:

Болт – стержень цилиндрической формы с головкой. Согласно ГОСТ 7798-70, это крепежное изделие изготавливается в 3 исполнениях, различающимися местоположением отверстий. Размеры стержня и головки болта должны соответствовать длине диаметра резьбового соединения. Чаще всего болты с прямоугольной резьбой изготавливаются с шестигранной головкой.
Шпильки – цилиндрические стержни, на обоих концах которых присутствует резьба с квадратным профилем. Применяются для соединения различных устройств и деталей. Пример обозначения шпильки: M300´1.6-6g´110.59, где соответственно указывается диаметр изделия, его шаг, поле допуска, длина и класс прочности. Шпильки применяются в тех случаях, когда соединить детали невозможно при помощи болтов, что связано с высокими показателями толщины изделия.
Винты – стержень цилиндрической формы с головкой и резьбой. Эти устройства отличаются от болтов наличием углублений для отверток и других инструментов. Они применяются для фиксации деталей во время процедуры их сборки или ремонта. Существует 3 разновидности винтовых конструкций: установочные, регулирующие и крепежные. Согласно ГОСТ № 1491-80 и ГОСТ № 17474-80 винты обязаны изготавливаться с цилиндрической или полупотайной головкой. Резьба с квадратным профилем используется при изготовлении ходовых или грузовых винтов.
Гайки – детали, навинчиваемые на болты или шпильки. Они обладают резьбовыми отверстиями и характеризуются по параметру высоты: низкие, средние, высокие и особо высокие.
Шайбы – штампованные кольца, подкладываемые под гайки или головки крепежных инструментов. Они могут исполняться как с фаской, так и без нее. ГОСТ 11371-78 устанавливают для шайб параметры толщины, длины, материала и покрытия.

Ограниченность применения резьбы с прямоугольным профилем обусловлена невозможностью устранения ее главных недостатков. Ее нельзя подвергнуть фрезерованию или шлифовке. По этой причине этот вид нарезки очень трудно создавать в промышленных масштабах. Основной областью применения прямоугольного вида резьбы является машиностроительный и приборостроительный сектора, где часто используются крепежные устройства (болты, гайки, шайбы, шпильки и винты).

Изготовление винта с одним резцом

Резьба трапецеидальная однозаходная изготавливается таким образом:

подготавливается заготовка и наводятся каналы для заточки;
выполняется заточка резца по специальному подготовленному шаблону;
производятся установка и закрепление заточенного элемента. Он должен располагаться так, чтобы центры совпадали и были параллельные оси нарезки;
включается оборудование и подается заготовка на нарезку резьбы;
готовая деталь проверяется в соответствии с готовым шаблоном.

Распространенный производственный метод

Именно на производстве нарезание трапецеидальной резьбы проходит таким образом:

проверяется и настраивается рабочее оборудование;
благодаря прорезному резцу делаются небольшие углубления на винте;
при помощи узкого прорезного элемента производится нарезка винта до определенного диаметра;
при помощи профильного прорезного элемента производится окончательное изготовление трапецеидальной резьбы;
готовая деталь проверяется в соответствии с готовыми шаблонами.

Процесс нарезания

Перед тем, как приступить к нарезке, следует с помощью свёрл проделать в заготовке отверстие. Диаметр отверстия от сверла должен совпадать с внутренним размером резьбы. Когда размер сделанного свёрлами отверстия подобран неправильно, можно сломать инструмент или канавки получатся некачественными.

Например, при нарезке М5 (диаметр канавки составляет 5 мм) следует выбирать сверло под отверстие 4,2 миллиметра. Для нарезания М4 диаметр сверла должен составлять 3,3 миллиметра, а перед работой метчиком М6 предварительно выполняется отверстие сверлом 5 мм. Вычисляется этот показатель с учетом шага резьбы. Шаг можно вычислить математически, но на практике прибегают к таблицам соответствия, где для метчика М5 шаг составляет 0,8, для М4 этот показатель составляет 0,7, для М6 — 1. Из диаметра вычитаем показатель шага и получаем нужный диаметр сверла. При работе с хрупкими металлами, например, чугуном, диаметр сверла следует уменьшить на 0,1 мм по сравнению с рекомендованным в таблице размером.

Формула вычисления диаметра отверстия при работе с трехпроходными метчиками:

здесь: Дм — диаметр метчика.

Тип	Диаметр	Шаг
М1	0,75	0,25
М1,2	0,95	0,25
1,4	1,1	0,3
1,7	1,3	0,36
2,6	1,6	0,4
2,8	1,9	0,4
М3	2,1	0,46
М3	2,5	0,5
М4	3,3	0,7
М5	4,1	0,8
М6	4,9	1
М8	6,7	1,25
М10	8,4	1,5

Таблица 1. Соответствие диаметров резьбы и подготовительного отверстия

Перед началом работы метчик вставляют в квадратный хвостовик — вороток. Воротки могут быть обычными или с трещоткой. Резьба выполняется аккуратно, первый проход делают метчиком №1 до конца

Особое внимание необходимо обратить на направление движения: только по часовой стрелке, при этом необходимо приложить некоторое усилие. Выполняется так: 12 оборота по ходу чередуется с 14 оборота против хода винта для разрушения стружки

Резьба в дюймах	Наружный Д, мм	Диаметр, в мм	Шаг, мм
18″	2,095	0,74	1,058
14″	6,35	4,72	1,27
316″	4,762	3,47	1,058
516″	7,938	6,13	1,411
716″	11,112	8,79	1,814
38″	9,525	7,49	1,588

Таблица 2. Диаметры отверстия под дюймовые резьбы

Трапецеидальная резьба: размеры

Как говорилось ранее, данный вид резьбы имеет форму трапеции, в которой угол между сторонами может иметь различные значения. Все основные размеры устанавливаются в соответствии с ГОСТ.

Для однозаходного вида трапецеидальная резьба (размеры — ГОСТ 9481-81) имеет размеры и шаги различных диаметров — от 10 до 640 мм. Кроме того, она может быть многозаходной, а также закрученной в левую или правую сторону. Эти показатели нормируются ГОСТ 24738-81.

Стороны трапеции

Парные стороны трапеций имеют свои названия:

Основания трапеции – стороны, которые располагаются на параллельных прямых.
Боковые – стороны, которые не находятся на параллельных прямых.

Закрепим это с помощью рисунка:

В данном случае стороны АВ и CD параллельны друг другу. А значит, именно они являются основаниями. А вот АС и BD – наоборот, явно не параллельны. И соответственно, это боковые стороны.

Кстати, расположение сторон не зависит от расположения самой фигуры. Даже вот в таких положениях

все равно параллельные стороны будут считаться основаниями, а непараллельные – боковыми.

Особенности многозаходной резьбы

Чтобы наделить винт прочностными характеристиками и увеличить его ход используют многозаходную трапецеидальную резьбу. В данном случае все параметры, такие как высота резьбы, ее диаметр — абсолютно одинаковые, с однозаходовым видом. Единственным отличием является количество ходов на один шаг. Например, трехзаходовые виды резьб имеют ход втрое больше их шага. Все это можно наблюдать на рисунках.

Приведем пример, чтобы данный вид стал понятным каждому человеку. Все используют обычные крышки для консервирования овощей и фруктов. Для их открытия необходимо приложить минимум усилий. При использовании цилиндров больших диаметров попасть в пазы одноходовой резьбы гораздо сложнее. Именно поэтому используют многоходовые.

Такой вид резьбы можно определить визуально, достаточно посмотреть на рисунок.

Видно, сколько именно витков идут от начала винта. Многоходовые резьбы изготовляются по сложным технологиям, а соответственно и дороже стоят.

Контроль качества

Чтобы удостовериться в том, что заготовка была обработана правильно, необходимо воспользоваться резьбовыми шаблонами. С их помощью проверяется шаг резьбы.
Но для комплексной оценки применяется резьбовой калибр. Для удобства его устанавливают в стойке, и настраивают по эталону или шаблону, затем проверяется ход самой детали.

Также можно воспользоваться самым простым и часто используемым методом. Берётся гайка или болт, и прокручивается по выполненной детали.

Если походу движения на резьбе заметны задиры, или нужно прикладывать больше усилий, тогда вы допустили погрешность в работе. Теперь вы уже знаете, как пользоваться токарным станком для выполнения различных гаек, болтов или резьбовых соединений.

Важно помнить, что такие детали, требуют к себе большой осторожности и нежности при каждом проходе, и даже проверки качества. Лучше потратить больше времени на работу, чем потом испортить несколько заготовок

Другие достоинства

Трапецеидальные соединения обладают множеством положительных качеств. Именно поэтому их применяют в различных производственных отраслях. Наиболее распространенной сферой является машиностроение. Итак, к их достоинствам можно отнести следующие:

возможность собирать и разбирать различные устройства неограниченное количество раз;
удобный процесс разбора и сборки;
надежность резьбового соединения;
легкий процесс изготовления;
самостоятельное регулирование силы сжатия;
изготовление деталей в различных исполнениях.

Недостатки соединений

Отрицательных сторон у данного вида соединений не так уж и много. Одна из них – это возникновение большого напряжения во впадинах. Кроме того, их нельзя применять в устройствах и механизмах, которые обладают высокой вибрацией, так как винты могут самостоятельно выкручиваться, что не является хорошим знаком.

Поэтому необходимо следить за этим, и в случае возникновения такой ситуации — исправить положение винтов.

Такое качество, как стоимость, можно отнести как к положительным, так и к отрицательным сторонам.

Одноходовые резьбы стоят значительно ниже, чем многоходовые. Здесь каждый выбирает в соответствии с личными предпочтениями. Многие конструкторские организации используют именно многоходовые резьбы, так как они отличаются надежностью и прочностью.

Итак, мы выяснили, что собой представляет такой вид соединения, как трапецеидальная резьба, размеры ее, преимущества и недостатки.

Выполним расчет винтовой передачи на примере домкрата.

Домкрат, изображенный ниже на рисунке, должен поднимать груз массой полторы тонны.

Итак, открываем в программе Excel файл программы и начинаем работу. Файл с программой можно скачать по ссылке внизу поста. Писать значения мы будем только в бирюзовые ячейки! В ячейках со светло-желтой заливкой записаны формулы, в них мы будем считывать результаты расчетов.

База данных для расчета находится на этом же листе Excel. В ней записаны различные табличные данные, которые программно будут поступать в расчет и вам не придется обращаться к справочникам. Как это реализуется в Excel при помощи функции «ИНДЕКС» я расскажу в одном из ближайших постов в рубрике «Справочник Excel». Ниже на рисунке представлен фрагмент этой базы.

Запишем осевое усилие в ньютонах (это заданная нагрузка в полторы тонны)

в ячейку D3: 15000

Выбираем тип резьбы в поле со списком, расположенном

в объединенных ячейках C4, D4, E4: трапецеидальная

Для выбранного типа резьбы программа выбирает из «Базы данных для расчета» и записывает из ячейки H8 коэффициент высоты резьбы

в ячейку D5: 0,5

Из ячейки I8 — угол наклона рабочей стороны профиля резьбы в градусах

в ячейку D6: 15

Далее выбираем материалы для винта и гайки в поле со списком, расположенном

в объединенных ячейках C7, D7, E7: сталь (закал.) / бронза

Для выбранных материалов Excel выбирает из «Базы данных для расчета» и записывает из ячейки K10 допускаемое удельное давление в винтовой передаче в МегаПаскалях

в ячейку D8: 12

Из ячейки L10 коэффициент трения скольжения в резьбе (со смазкой)

в ячейку D9: 0,1

Выбираем относительную высоту гайки в поле со списком, расположенном

в ячейке D10: 1,2

Программа выдает первый промежуточный результат: расчетный средний диаметр резьбы (по критерию — износостойкость) в миллиметрах, рассчитанный по формуле

в ячейке D11: =(D3/ПИ()/D8/D5/D10)^0,5 =25,8

На основании данных, полученных в предыдущем шаге, задаем наружный диаметр резьбы винта (внутренний диаметр резьбы гайки) в миллиметрах, выбирая соответствующее значение в поле со списком, расположенном

в ячейке D12: 30

Аналогично задаем шаг резьбы – тоже в миллиметрах

в ячейке D13: 3

Программа выдает второй промежуточный результат: средний диаметр резьбы в миллиметрах, который определяется по формуле

в ячейке D14: =ЕСЛИ(C4=»Метрическая»;D12-6/8*0,866025*D13;D12-D5*D13) =28,5

Внимание! Важный момент! Если средний диаметр резьбы в ячейке D14 окажется по какой либо причине меньше расчетного из ячейки D11, то программа «зальет» поле ячейки D14 красным цветом. Это привлечет внимание пользователя, и он должен будет изменить наружный диаметр и/или шаг резьбы так, чтобы средний диаметр по факту стал немного больше предварительного расчетного значения.

Программа предлагает рассмотреть и утвердить высоту гайки в миллиметрах, выдавая расчетное значение по формуле

в ячейке D15: =D10*D14 =34,2

Принимаем высоту гайки в миллиметрах чуть больше расчетной и пишем

в ячейку D16: 35

Далее Excel выдает нам ряд очередных промежуточных результатов расчета винтовой передачи. Число витков резьбы гайки

в ячейке D17: =D16/D13 =11,7

Угол подъема витка резьбы по среднему диаметру в градусах

в ячейке D18: =D16/D13 =1,919

Приведенный угол трения в градусах

в ячейке D19: =ATAN (D9/COS (D6/180*ПИ()))/ПИ()*180 =5,911

Проверку условия самоторможения передачи

в объединенных ячейках C20, D20, E20: =ЕСЛИ(D19>D18;»Выполняется»;»Не выполняется»)=Выполняется