CC BY
18
УДК.621.88.082
ТЕХНИЧЕСКИЕ И ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕССА РАЗВИТИЯ РЕЗЬБЫ
1 2 © Куропаткина О.В. , Федорова Е.С.
1,2Ст. преподаватель, кафедра «Инженерная графика», Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Аннотация
В статье разобраны технические и исторические аспекты процесса развития резьбы. История развития резьб известна с античных времен. Процесс изготовления изделий требует соединения их составных частей между собой. Большое распространение в промышленности получили резьбовые соединения деталей, осуществляемые при помощи резьб. Такие соединения характеризуются универсальностью, высокой надежностью, способностью воспринимать большие нагрузки; они удобны для сборки и разборки, просты в изготовлении.
Ключевые слова: резьба, соединение деталей, упорная резьба, круглая резьба, профиль резьбы, стандартизация резьб.
Keywords: thread, connection details, buttress thread, round thread, thread profile, standardization of threads.
Практически все современные машины имеют в своем составе резьбовые соединения деталей. Резьба является главным элементом в соединении деталей, выполняя функцию собственно соединения или преобразования поступательного движения во вращательное [5, 5-11], [1, 81], [2, 6]. Конструкторы подсмотрели ее в природе. Так, в 2011 году ученые обнаружили у жука-долгоносика на поверхности сустава выступы, напоминающие конический винт. Это соединение обеспечивает более надежное крепление конечностей, чем шарнирное и гарантирует ведущему древесный образ жизни насекомому большую устойчивость.
Резьбовые соединения в технике нашли применение ещё в античные времена. Считается, что первым винт изобрел философ, математик и механик Архит Тарентский (IV-V в/в. до н. э.). Архимед (III-II в. в. до н.э.) применил винт для перемещения жидкостей и сыпучих тел.
По-настоящему широкое применение резьбы началось лишь в Средневековье. Первые резьбовые соединения, стали применять в ювелирных украшениях, медицинских инструментах и других дорогостоящих изделиях. Изготовление наружной резьбы происходило следующим образом: на цилиндрическую заготовку наматывалась смазанная мелом или краской верёвка, затем по образовавшейся винтовой разметке нарезалась канавка. Вместо гаек с внутренней резьбой использовались втулки с двумя или тремя радиально расположенными штифтами. В XV-XVI веках началось изготовление трёх- и четырёхгранных метчиков для нарезания внутренней резьбы. Обе сопрягаемые детали (с наружной и внутренней резьбой) перед свинчиванием подгонялись друг под друга вручную. Какая-либо взаимозаменяемость деталей полностью отсутствовала. Значительный вклад в развитие резьбы внес Леонардо да Винчи [4, 52]. В списке изобретений Леонардо да Винчи резьба нашла себе место, но считается, что его любимое детище - винт Retrosa (рис.1).
Британский изобретатель Генри Модели (1771-1831) считается одним из создателей токарно-винторезного станка, с помощью которого стало возможным нарезание точной резьбы. Ходовой винт и гайку для своего первого станка он изготовил вручную. Затем он
© Куропаткина О.В., Федорова Е.С., 2016 г.
выточил на станке винт и гайку более высокой точности. Заменив первый винт и гайку новыми, более точными, он выточил еще более точные детали. Так продолжалось до тех пор, пока точность резьбы не перестала увеличиваться. Модели впервые изобрёл микрометр с точностью измерения до одной десятитысячной доли дюйма (0.0001 дюйма ~ 3 мкм). Он назвал его «лорд-канцлером», поскольку им пользовались, чтобы уладить любые вопросы относительно точности измерения деталей в его мастерских.
Рис. 1
Джозеф Витворт (Уитуорт) (Whitworth) (1803-1887) - британский инженер-механик и изобретатель предложил профиль винтовой канавки и разработал систему стандартизации резьбы (резьба Витворта) и калибров, а также создал мерительную машину большой точности. После принятия резьбы Витворта английскими железнодорожными компаниями, она стала национальным стандартом для Великобритании - стандарт Витворта (BSW), который явился основой для создания различных национальных стандартов, например, стандарта Селлерса {Sellers) в США, резьбы Лёвенхерц (Lowenherz) в Германии и т.д. Количество национальных стандартов в тот период было очень велико. Так, в Германии в конце XIX века насчитывалось 11 систем резьбы с 274 разновидностями.
В 1898 году Международный Конгресс по стандартизации резьбы в Цюрихе определил новые международные стандарты метрической резьбы на основе резьбы Селлерса, но с метрическими размерами.
В Российской империи стандартизация резьб на государственном уровне отсутствовала. Каждое предприятие, выпускающее резьбовые детали, использовало собственные стандарты, основанные на зарубежных аналогах. Первые мероприятия по стандартизации резьб были предприняты в 1921 году Наркоматом путей сообщения РСФСР. На основе немецких стандартов метрической резьбы. Наркоматом были выпущены таблицы норм НКПС-1 для резьбы, используемых на железнодорожном транспорте. Таблицы включали в себя метрические резьбы диаметром от 6 до 68 мм. В 1927 году на основе данных таблиц комитетом по стандартизации при Совете труда и обороны был разработан один из первых государственных стандартов СССР - ОСТ 32. В этом же году для резьбы по стандарту Витворта был разработан ОСТ 33А. К началу 1932 года были разработаны ОСТ для трапецеидальных резьб на основе модернизированных американских стандартов Акме (Acme). В 1947 году была основана Международная организация по стандартизации (ISO). Стандарты резьбы ISO в настоящее время являются общепринятыми во всем мире, в том числе и в России.
Современное состояние развития техники не исключает возможность создания новых профилей резьбы, несмотря на кажущуюся простоту проблемы [6, 101]. В связи с возрастающим применением полимерных материалов все чаще можно встретить изделия с круглой резьбой, названной в честь американского изобретателя в области электротехники Эдисона Томаса Алва (1847-1931) резьбой Эдисона ГОСТ 6042-83 (рис.2). Резьба применяется в соединениях электротехнических изделий, таких как цоколь электролампы -патрон и т.п. Выступ круглой резьбы ограничен винтовыми поверхностями, в образовании которых участвуют сопряжённые дуги окружностей.
Профиль круглой резьбы Эдисона обозначают буквой Е. Такой же профиль имеет круглая резьба по ГОСТ 13536 — 68. Круглая резьба обозначается Кр. Улучшение конструкции и качества выпускаемой продукции, а также технологии ее изготовления приводит к усовершенствованию резьбы. Так, для выведения мелких частиц материала, разрушающегося в процессе нарезания в нем внутренней резьбы; выполняются разнообразные проточки. Для вкручивания в мягкие материалы (дерево, ДСП, пластмассы) на кончике крепежной детали создаются углубления и зазубрины, которые устраняют предварительное сверление под резьбу.
Шурупы по дереву имеют резьбу с крупным шагом, а саморезы по металлу - резьбу с мелким шагом или метрическую.
Развитие инженерной мысли привело к созданию ассиметричной резьбы. Это, так называемая упорная резьба (ГОСТ 10177-82), у которой отличие от традиционной крепежной резьбы угол между сторонами ее витков и перпендикуляром, проведенным к оси крепежного элемента, неодинаков. Профиль упорной резьбы - несимметричный трапецеидальный, обозначают его буквой £ (рис.3). Упорная резьба нарезается на деталях, образующих резьбовое соединение, подверженное значительной осевой нагрузке, действующей в одном направлении.
Рис.2
Рис. 3
Ассиметричная ударная (зонтичная) резьба - состоит из покатых витков с тупым углом вершины (рис.4). Эта резьба используется в резьбовых крепежных деталях, монтаж которых осуществляется ударным способом, что значительно быстрее, чем традиционное ввинчивание. Демонтаж таких крепежных деталей осуществляется традиционным вывинчиванием.
Рис.4
Нанесение резьбы разных видов на отдельных участках одного крепежного элемента привело к созданию двухзаходной переменная резьбы, профиль которой состоит из чередующихся высоких и низких витков (рис.5). Нарезают фактически две резьбы, только одна резьба нанесена посередине между витками другой.
Рис.5
Разница в высоте между высокой и низкой резьбой обычно составляет от 40 до 50% от высоты высокой резьбы.
Двухзаходную переменную резьбу используют в соединениях, в которых закрепляемый элемент монтируется в ПВХ и подвержен опасности выдергивания, а также тогда, когда необходимо достичь прочного закрепления крепежной детали в разнородных материалах.
Разреженная резьба предназначена для закрепления в мягкие или пористые материалы, такие, как мягкие породы дерева (рис.6), шаги такой резьбы сопоставимы с размером диаметра крепежной детали.
Рис.6
В последние годы возрос интерес к творческому наследию Леонардо да Винчи. В разных странах мира организуются выставки машин и механизмов, созданные современными инженерами по эскизам изобретателя эпохи Возрождения. Ниже приводится пример использования винта Retrosa, в конструкции патрона для закрепления детали при ее обработке на токарно-винторезном станке. На рис.7 приведено изображение патрона, выполненное в программе 3D STUDIO МАХ.
Рис. 7. Двухкулачковый патрон: а - общий вид; б - в разрезе
На винт с правой и левой трапецеидальной резьбой Тг26х5 навинчены два кулачка, на которых закреплены другие два кулачка. При вращении винта с помощью торцевого ключа кулачки сходятся или расходятся, так как сухарь, входящий в расточку винта предотвращает его осевое перемещение [3, 220].
Литература
1. Бурлай В.В., Юренкова Л.Р. - Соединения деталей. Изображение соединений: учеб. пособие. -М.: ИНФРА-М. - 2013. - 127 с.
2. Гусев В.И., Демидов С.Г., Смирнова К.В., Юренкова Л.Р. - Изображение соединений.
Методические указания по курсу инженерной графики. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, -1998. - 24 с.
3. Левицкий В.С. Машиностроительное черчение и автоматизация выполнения чертежей. - Юрайт, - 2010. - 422 с.
4. Роберт Уоллес. Мир Леонардо. - М.: Терра, 1997. —192 с.
5. Сенченкова Л.С., Горячкина А.Ю., Горюнова И.А. - Соединения и их элементы. Методическое пособие. - М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, - 2013. - 70 с.
6. Фролов С. А. Начертательная геометрия. - М.: Машиностроение, - 2010. - 240с.
