Трапецеидальная резьба: размеры, обозначение и где применяют
Трапецеидальная резьба имеет симметричный профиль с углом 30° и рабочей высотой витка, равной половине шага. Её ставят туда, где резьба передаёт движение и усилие: в ходовые винты станков, винты тисков, домкраты и подъёмные механизмы. Обозначение Tr 20×4 значит наружный диаметр 20 мм и шаг 4 мм. Профиль задаёт ГОСТ 9484-81, диаметры и шаги ГОСТ 24738-81, основные размеры ГОСТ 24737-81, допуски ГОСТ 9562-81, многозаходную резьбу ГОСТ 24739-81.
Профиль по ГОСТ 9484-81
Основной профиль строят на исходном треугольнике высотой H = 1,866P с углом при вершине 30°. Вершины срезаны, рабочая высота профиля, по которой винт и гайка касаются друг друга, H1 = 0,5P. Между вершиной витка одной детали и впадиной другой оставлен зазор ac:
- ac = 0,15 мм при шаге 1,5 мм;
- ac = 0,25 мм при шаге 2-5 мм;
- ac = 0,5 мм при шаге 6-12 мм;
- ac = 1 мм при шаге от 14 мм.
Высота профиля винта и гайки h3 = H4 = 0,5P + ac. Остальные диаметры считают от наружного диаметра d:
- средний диаметр винта и гайки d2 = D2 = d − 0,5P;
- внутренний диаметр винта d3 = d − 2h3;
- внутренний диаметр гайки D1 = d − P;
- наружный диаметр гайки D4 = d + 2ac.
Вершину винта скругляют радиусом до 0,5ac или снимают фаску не больше 0,5ac, впадину скругляют радиусом до ac. Для накатанной резьбы стандарт требует скруглённую впадину и уменьшает внутренний диаметр винта на 0,15P.
Диаметры, шаги и таблица размеров
ГОСТ 24738-81 охватывает диаметры от 8 до 640 мм и шаги от 1,5 до 48 мм. Диаметры разбиты на два ряда, первый предпочтительнее второго. У каждого диаметра несколько шагов: у 20 мм шаги 2 и 4 мм, у 40 мм 3, 6, 7 и 10 мм. Шаги, отмеченные в стандарте звёздочкой, в новых конструкциях не применяют, например шаг 2 мм для диаметров 22-28 мм и шаг 6 мм для 38-42 мм.
В таблице основные размеры по ГОСТ 24737-81 для диаметров первого ряда с шагом, который чаще всего встречается у ходовых винтов, в миллиметрах:
| Резьба | Средний d2 = D2 | Внутренний винта d3 | Внутренний гайки D1 | Наружный гайки D4 | Высота профиля h3 | Другие шаги для этого диаметра |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Tr 10×2 | 9 | 7,5 | 8 | 10,5 | 1,25 | 1,5 |
| Tr 12×3 | 10,5 | 8,5 | 9 | 12,5 | 1,75 | 2 |
| Tr 16×4 | 14 | 11,5 | 12 | 16,5 | 2,25 | 2 |
| Tr 20×4 | 18 | 15,5 | 16 | 20,5 | 2,25 | 2 |
| Tr 24×5 | 21,5 | 18,5 | 19 | 24,5 | 2,75 | 3; 8; 2* |
| Tr 28×5 | 25,5 | 22,5 | 23 | 28,5 | 2,75 | 3; 8; 2* |
| Tr 32×6 | 29 | 25 | 26 | 33 | 3,5 | 3; 10 |
| Tr 36×6 | 33 | 29 | 30 | 37 | 3,5 | 3; 10 |
| Tr 40×7 | 36,5 | 32 | 33 | 41 | 4 | 3; 10; 6* |
| Tr 44×7 | 40,5 | 36 | 37 | 45 | 4 | 3; 12; 8* |
| Tr 48×8 | 44 | 39 | 40 | 49 | 4,5 | 3; 12 |
| Tr 52×8 | 48 | 43 | 44 | 53 | 4,5 | 3; 12 |
| Tr 60×9 | 55,5 | 50 | 51 | 61 | 5 | 3; 14; 8*; 12* |
| Tr 70×10 | 65 | 59 | 60 | 71 | 5,5 | 4; 16 |
| Tr 80×10 | 75 | 69 | 70 | 81 | 5,5 | 4; 16 |
| Tr 100×12 | 94 | 87 | 88 | 101 | 6,5 | 4; 20; 5* |
Шаги со звёздочкой ГОСТ 24738-81 не рекомендует для новых конструкций. Размеры для других сочетаний диаметра и шага считают по формулам выше: ГОСТ 24737-81 получен по ним же.
Обозначение трапецеидальной резьбы
В обозначение однозаходной резьбы входят буквы Tr, наружный диаметр и шаг, для левой резьбы добавляют LH. Пример из ГОСТ 24738-81: Tr 40×6 и Tr 40×6LH. Трапециевидной в обиходе называют ту же резьбу.
Поле допуска пишут после размера через дефис: цифра степени точности и буква основного отклонения среднего диаметра, строчная для винта и прописная для гайки. По ГОСТ 9562-81 это выглядит так: Tr 32×6-7e для винта, Tr 32×6-7H для гайки, Tr 32×6-7H/7e для соединения. Длину свинчивания N в обозначении не указывают, длинную L пишут в миллиметрах в конце.
| Класс точности | Винт, длина N | Винт, длина L | Гайка, длина N | Гайка, длина L |
|---|---|---|---|---|
| Точный | 6e, 6g | 7e | 6H | 7H |
| Средний | 7e, 7g | 8e | 7H | 8H |
| Грубый | 8c, 8e | 9c | 8H | 9H |
На чертеже резьбу изображают упрощённо, а обозначение по ГОСТ 2.311-68 относят к наружному диаметру. Если диаметр и шаг взяты не из ГОСТ 24738-81, а профиль стандартный, перед обозначением ставят Сп.
Многозаходная резьба
У многозаходной резьбы ход Ph равен шагу, умноженному на число заходов. ГОСТ 24739-81 предусматривает 2, 3, 4, 6 и 8 заходов для диаметров от 10 до 320 мм, профиль тот же, что у однозаходной. В обозначении после диаметра пишут ход, а шаг в скобках: Tr 20×8(P4) значит диаметр 20 мм, ход 8 мм, шаг 4 мм, два захода. Левая резьба Tr 20×8(P4)LH, с полем допуска Tr 20×8(P4)-8e. Средний класс точности у многозаходной на ступень грубее: 8c или 8e для винта и 8H для гайки.
Многозаходную резьбу берут, когда гайка за оборот должна проходить больше, а глубину профиля и прочность витка хочется сохранить. Ходы, отмеченные в стандарте звёздочкой, дают угол подъёма больше 10°, а сочетания без указанного хода запрещены: угол подъёма там больше 30°.
Число заходов видно на торце винта: посчитайте, сколько витков начинается на окружности. Шаг меряют между соседними вершинами, ход по перемещению гайки за один оборот.
Самоторможение: когда винт держит нагрузку сам
Однозаходная трапецеидальная резьба с малым углом подъёма не даёт гайке провернуться под осевой нагрузкой: винт тисков не раскручивается от зажатой детали. Условие самоторможения ψ < ρ, где угол подъёма ψ = arctg(Ph / (π × d2)), а приведённый угол трения ρ = arctg(f / cos 15°). Ориентировочные коэффициенты трения f в паре винт-гайка при граничной смазке:
- сталь по бронзе 0,08-0,10;
- сталь по антифрикционному чугуну 0,10-0,12;
- сталь по серому чугуну 0,12-0,15;
- сталь по стали 0,15-0,18.
Пример: у Tr 20×4 средний диаметр 18 мм, угол подъёма arctg(4 / (3,14 × 18)) ≈ 4,0°. Для пары сталь по бронзе ρ = 4,7-5,9°, резьба самотормозящая. У двухзаходной Tr 20×8(P4) угол подъёма около 8,1°, и в той же паре она уже не держит нагрузку сама: механизму нужен тормоз или стопор. Плата за самоторможение: низкий КПД передачи винт-гайка скольжения.
Где применяют и чем её заменяют
Трапецеидальную резьбу выбирают для передач винт-гайка, где нагрузка меняет направление: ходовые винты и винты подач станков, тиски, подъёмные механизмы. ГОСТ 4045-75 прямо требует, чтобы ходовой винт слесарных тисков имел трапецеидальную резьбу по ГОСТ 9484 или упорную по ГОСТ 10177, винт там из стали 45, гайка из бронзы БрОЦС5-5-5. Как выбрать сами тиски, разобрано в статье слесарные тиски.
| Резьба | Угол профиля | Стандарт, обозначение | Где применяют |
|---|---|---|---|
| Метрическая | 60° | ГОСТ 9150, M | крепёж |
| Трапецеидальная | 30° | ГОСТ 9484-81, Tr | ходовые винты, тиски, нагрузка в обе стороны |
| Упорная | 3° с рабочей стороны и 30° с нерабочей | ГОСТ 10177-82, S | домкраты, прессы, нагрузка в одну сторону |
| ACME | 29°, дюймовые размеры | ASME B1.5 | американские ходовые винты, с Tr не взаимозаменяема |
| Прямоугольная | 0° | не стандартизована | не рекомендуется: нетехнологична, витки слабее |
Для домкратов и прессов, где винт нагружен в одну сторону, выгоднее упорная резьба: малый наклон рабочей стороны даёт более высокий КПД. Гайки ходовых винтов делают из бронзы, антифрикционного или серого чугуна, винты из сталей 45, 40Х и других. Механизмы с ручным приводом часто смазывают пластичной смазкой, ходовые винты станков маслом по карте смазки из паспорта: у 16К20, например, задние опоры ходового винта смазывают маслом И-30А раз в неделю. Индустриальные масла для станков есть в каталоге.
Как нарезают трапецеидальную резьбу
- Резцом на токарном станке. Резец с профилем 30°, ширина его вершины не больше ширины дна впадины винта 0,366P − 0,536ac: для Tr 20×4 это 1,33 мм. Резьбу с шагом от 2,5 мм сначала прорезают черновыми проходами с боковой подачей, затем доводят по профилю. Радиальная подача на крупном шаге даёт вибрации и плохо отводит стружку, поэтому на станках с ЧПУ Sandvik Coromant советует модифицированную боковую подачу, а при шаге больше 5 мм попеременную подачу по обеим сторонам профиля.
- Многозаходную нарезают по одному заходу: подачу станка настраивают на ход резьбы, а после каждого захода деталь поворачивают на 360°/n или смещают резец вдоль оси на шаг.
- Фрезерованием и вихревым методом. Длинные винты в серии фрезеруют дисковой фрезой на резьбофрезерных станках или нарезают вихревой головкой, это в несколько раз быстрее работы резцом. Винты также накатывают роликами.
- Метчиком. Вручную внутреннюю резьбу нарезают комплектом из трёх метчиков: черновым, средним и чистовым, для станка есть и одинарные машинные метчики. Отверстие сверлят чуть больше D1: для комплекта Tr 20×4 класса 7H в каталоге Hoffmann Group указано 16,25 мм при D1 = 16 мм. Крупную гайку растачивают резцом.
Профиль у трапецеидальной резьбы глубокий, металла снимается много, и без СОЖ резец и метчик быстро изнашиваются, а на боковых сторонах витков появляются задиры. Подберите СОЖ для нарезания резьбы под материал детали, какие составы работают лучше, разобрано в статье СОЖ для нарезания резьбы.
Частые вопросы
Какой угол у трапецеидальной резьбы?
30° по ГОСТ 9484-81, по 15° на каждую сторону профиля. У американской резьбы ACME угол 29°, у упорной резьбы 3° с рабочей стороны и 30° с нерабочей.
Как расшифровать Tr 20×4 и Tr 20×8(P4)?
Tr 20×4 это однозаходная резьба диаметром 20 мм с шагом 4 мм. Tr 20×8(P4) двухзаходная: диаметр 20 мм, ход 8 мм, шаг 4 мм. Буквы LH в конце означают левую резьбу.
Какое отверстие сверлить под метчик Tr 20×4?
Внутренний диаметр гайки D1 = 16 мм, отверстие делают чуть больше: в каталоге Hoffmann Group для комплекта метчиков Tr 20×4 указано 16,25 мм. Точное значение смотрите в паспорте вашего метчика.
Чем трапецеидальная резьба отличается от метрической?
Углом профиля 30° вместо 60°, плоскими вершинами и впадинами и назначением. Метрическая резьба крепёжная, трапецеидальная передаёт движение: из-за меньшего угла профиля приведённое трение в ней ниже, а КПД передачи винт-гайка выше.
Какие ГОСТы действуют на трапецеидальную резьбу?
ГОСТ 9484-81 на профиль, ГОСТ 24738-81 на диаметры и шаги, ГОСТ 24737-81 на основные размеры однозаходной резьбы, ГОСТ 9562-81 на её допуски и ГОСТ 24739-81 на многозаходную резьбу.
Подберём СОЖ для нарезания резьбы резцом и метчиком под ваш материал и масло для смазки винтовых пар по карте смазки станка. Звоните +7 (495) 135-25-88 или выбирайте СОЖ для резьбы в каталоге, доставляем по России. Размеры крепёжной резьбы собраны в статье метрическая резьба: таблица размеров и шагов.
