Унифицированный стандарт резьбы

Унифицированный стандарт резьбы ( UTS ) определяет стандартную форму резьбы и серию — вместе с допусками, допусками и обозначениями — для винтовых резьб, обычно используемых в Соединенных Штатах и Канаде . Это основной стандарт для болтов, гаек и широкого спектра других резьбовых крепежных деталей, используемых в этих странах. Он имеет тот же профиль 60°, что и метрическая винтовая резьба ISO , но характерные размеры каждой резьбы UTS (наружный диаметр и шаг) были выбраны как доля дюйма, а не миллиметра . В настоящее время UTS контролируется ASME / ANSI в Соединенных Штатах.

Происхождение

Базовый профиль

Каждая резьба в серии характеризуется своим основным диаметром D _maj и шагом P . Резьбы UTS состоят из симметричной V-образной резьбы. В любой плоскости, содержащей ось резьбы, боковые стороны V имеют угол 60° друг к другу. Внешняя 1 ⁄ 8 и внутренняя 1 ⁄ 4 высоты H V-образной формы отсекаются от профиля.

Наружный диаметр D _maj — это диаметр винта, измеренный от внешнего края резьбы. Наружный диаметр D _min (также известный как диаметр корня) — это диаметр винта, измеренный от внутреннего края резьбы. Наружный диаметр может немного отличаться от диаметра стержня, который является диаметром нерезьбовой части винта. Диаметры иногда указываются приблизительно в долях дюйма (например, наружный диаметр винта № 6 составляет 0,1380 дюйма, приблизительно 9 ⁄ 64 дюйма = 0,140625 дюйма ).

Шаг P — это расстояние между вершинами резьбы. Для резьб UTS, которые являются однозаходными резьбами, он равен шагу , осевому расстоянию, на которое продвигается винт при повороте на 360°. Резьбы UTS обычно не используют параметр шага; вместо этого используется параметр, известный как количество ниток на дюйм (TPI), который является обратной величиной шага.

Соотношение между высотой H и шагом P находится с помощью следующего уравнения, где — половина угла наклона резьбы, в данном случае 30 градусов: ^[1] $\тета$

$H={\frac {1}{2\tan \theta }}\cdot P={\frac {\sqrt {3}}{2}}\cdot P\approx 0,866025\cdot P$

или

$P=2\tan \theta \cdot H={\frac {2}{\sqrt {3}}}\cdot H\approx 1.154701\cdot H.$

В наружной (наружной) резьбе (например, на болте) наибольший диаметр D _maj и наименьший диаметр D _min определяют максимальные размеры резьбы. Это означает, что наружная резьба должна заканчиваться плоско на D _maj , но может быть закруглена ниже наименьшего диаметра D _min . Наоборот, во внутренней (внутренней) резьбе (например, в гайке) наибольший и наименьший диаметры являются минимальными размерами, поэтому профиль резьбы должен заканчиваться плоско на D _min , но может быть закруглен за пределами D _maj . Эти положения предназначены для предотвращения любых помех.

Малый диаметр D _min и эффективный диаметр шага D _p выводятся из большого диаметра и шага следующим образом:

${\begin{aligned}D_{\text{min}}&=D_{\text{maj}}-2\cdot {\frac {5}{8}}\cdot H=D_{\text{maj}}-{\frac {5{\sqrt {3}}}{8}}\cdot P\approx D_{\text{maj}}-1.082532\cdot P\\D_{\text{p}}&=D_{\text{maj}}-2\cdot {\frac {3}{8}}\cdot H=D_{\text{maj}}-{\frac {3{\sqrt {3}}}{8}}\cdot P\approx D_{\text{maj}}-0.649519\cdot P.\end{aligned}}$

Обозначение

Стандартное обозначение резьбы UTS представляет собой число, указывающее номинальный (основной) диаметр резьбы, за которым следует шаг, измеряемый в нитках на дюйм . Для диаметров меньше ⁠1/4⁠ дюйм, диаметр обозначается целым числом, определенным в стандарте; для всех остальных диаметров указывается цифра в дюймах.

За этой парой чисел могут следовать буквы UNC, UNF или UNEF (унифицированный), если комбинация диаметра и шага относится к грубой , мелкой или сверхмелкой серии, а также за ней может следовать класс допуска.

Пример: #6-32 UNC 2B (большой диаметр: 0,1380 дюйма, шаг: 32 tpi)

^ В течение многих лет нестандартные гайки и болты 1 дюйм 14 tpi широко использовались вместо стандартных креплений 1 дюйм 12 tpi; следовательно, крепеж 1″-14 легче найти и он менее дорогой, чем крепеж 1″-12. Спустя несколько десятилетий крепеж 1″-14 теперь стал обычно называться «стандартной мелкой резьбой» или «UNF». Хотя технически это неправильно (стандарт UNF указывает 1″-12), размер 1″-14 повсеместно принят в качестве стандарта для мелкой резьбы 1 дюйм, а «1-дюймовый 14-tpi NF» стал общепринятым термином «общего использования» или «обобщенным фирменным наименованием/стандартом». Другими словами, стандарт 1″-12 не имел эффективного исполнения в течение достаточно долгого времени (многие десятилетия), чтобы придать крепежу 1 дюйм 14-tpi статус общей торговой марки .

Следующая формула используется для расчета наружного диаметра пронумерованного винта, который больше или равен 0: наружный диаметр = номер винта × 0,013 дюйма + 0,060 дюйма. Например, наружный диаметр винта № 10 составляет 10 × 0,013 дюйма + 0,060 дюйма = 0,190 дюйма. Чтобы рассчитать наружный диаметр винтов размера «ноль», подсчитайте количество дополнительных нулей и умножьте это число на 0,013 дюйма и вычтите из 0,060 дюйма. Например, наружный диаметр винта № 0000 составляет 0,060 дюйма − (3 × 0,013 дюйма) = 0,060 дюйма − 0,039 дюйма = 0,021 дюйма.

Числовой ряд крепежных винтов был расширен вниз, чтобы включить винты #00-90 (0,047 дюйма = 0,060 дюйма − 0,013 дюйма) и #000-120 (0,034 дюйма = 0,060 дюйма − 2 × 0,013 дюйма); ^[3] однако основным стандартом для винтов размером меньше #0 является стандарт ANSI/ASME B1.10 Unified Miniature Screw Threads. Он определяет серию метрических винтов, названных по их наибольшему диаметру в миллиметрах, от 0,30 UNM до 1,40 UNM. Предпочтительные размеры — 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,8, 1,0 и 1,2 мм, с дополнительными определенными размерами посередине между ними. ^[2]^{: 1861} Стандартный шаг резьбы составляет приблизительно ⁠1/4⁠ большего диаметра. Форма резьбы немного изменена для увеличения меньшего диаметра, и, таким образом, прочности винтов и метчиков. Большой диаметр все еще простирается в пределах ⁠1/8⁠ H теоретического острого V , но общая глубина резьбы уменьшается на 4% от ⁠5/8⁠ Н = ⁠5/8⁠ cos(30°) P ≈ 0,541 P до 0,52 P . ^[2]^{: 1858–1859} Это увеличивает величину теоретического острого V , который обрезается на меньшем диаметре, на 10% от 0,25 H до ⁠7/8⁠ − ⁠0,52/соз 30°⁠ ≈ 0,27456 Н .

Числовой ряд винтов для машин когда-то включал больше нечетных чисел и дошел до #16 и более. Усилия по стандартизации в конце 19-го и начале 20-го века значительно сократили диапазон размеров. Теперь реже можно увидеть винты для машин больше #14 или нечетные размеры, отличные от #1, #3 и #5. Несмотря на то, что винты #14 и #16 все еще доступны, они не так распространены, как размеры #0 по #12. ^{[ необходима цитата ]}

Иногда используются «специальные» комбинации диаметра и шага (UNS), например, основной диаметр 0,619 дюйма (15,7 мм) с 20 нитями на дюйм. Резьба UNS редко используется для болтов, а скорее на гайках, резьбовых отверстиях и резьбовых наружных диаметрах. Благодаря этому метчики UNS легко доступны. ^[4]^[5] Большинство резьб UNS имеют больше нитей на дюйм, чем соответствующие стандарты UNF или UNEF; поэтому они часто являются самой прочной резьбой из имеющихся. ^[6] Благодаря этому они часто используются в приложениях, где возникают высокие напряжения , таких как шпиндели станков ^[7] или автомобильные шпиндели . ^[8]

Измерение

Система контроля резьбы винта включает в себя перечень характеристик резьбы винта, которые необходимо проверить для установления приемлемости размеров резьбы винта на резьбовом изделии, а также калибр(ы), которые следует использовать при проверке этих характеристик.

В настоящее время замеры для UTS контролируются:

ASME/ANSI B1.2-1983 Калибры и измерения для унифицированных дюймовых резьб

В настоящем стандарте приведены основные технические характеристики и размеры калибров, используемых на унифицированных дюймовых резьбах UN [унифицированная] и UNR [только наружная резьба], а также технические характеристики и размеры резьбовых калибров и измерительного оборудования, перечисленных в таблицах 1 и 2. Также описаны основное назначение и применение каждого калибра.

ASME/ANSI B1.3-2007 Системы контроля резьбы винтов для приемлемости: дюймовые и метрические резьбы винтов (UN, UNR, UNJ, M и MJ)

В настоящем стандарте представлены системы калибровки резьбы винта, подходящие для определения приемлемости унифицированных [UN], UNR [только наружная резьба], UNJ [внутренняя и наружная резьба], M и MJ резьб винтов на изделиях с наружной и внутренней резьбой. Он устанавливает критерии приемлемости резьбы винта при использовании системы калибровки.
Система контроля резьбы винта включает в себя перечень характеристик резьбы винта, которые необходимо проверить для установления приемлемости размеров резьбы винта на резьбовом изделии, а также калибр(ы), которые следует использовать при проверке этих характеристик.
Использование федеральным правительством. Когда этот стандарт будет одобрен Министерством обороны и федеральными агентствами и включен в Федеральный стандарт H28/20 [FED-STD-H28/20], Стандарты резьбы для федеральных служб, Раздел 20, использование этого стандарта федеральным правительством будет подчиняться всем требованиям и ограничениям Федерального стандарта H28/20 [FED-STD-H28/20].

Эти стандарты содержат основные характеристики и размеры калибров, используемых на унифицированных дюймовых резьбах (форма резьбы UN, UNR, UNJ) на изделиях с наружной и внутренней резьбой. Они также охватывают характеристики и размеры резьбовых калибров и измерительного оборудования. Также описываются основное назначение и использование каждого калибра. Они также устанавливают критерии приемки резьбы при использовании системы калибровки.

Классы толерантности

Существует система классификации для простоты производства и взаимозаменяемости изготовленных резьбовых деталей. Большинство (но, конечно, не все) резьбовых деталей изготавливаются по стандарту классификации, называемому Unified Screw Thread Standard Series. Эта система аналогична посадкам, используемым для собранных деталей.

Резьба класса 1 имеет свободную посадку, что облегчает сборку или использование в загрязненной среде.
Резьба класса 2 является свободной и наиболее распространенной. Она разработана для максимальной прочности с учетом типичных возможностей механического цеха и практики машинного оборудования.
Резьба класса 3 имеет среднюю посадку, все еще довольно распространена и используется для более жестких допусков при выполнении высококачественных работ.
Ранее резьба класса 4 обозначала плотную посадку для еще более жестких допусков, но сейчас эта классификация устарела.
Класс 5 соответствует резьбе с натягом , требующей использования гаечного ключа для поворота. Такие можно увидеть в таких приложениях, как рессорные скобы на автомобиле.

Буквенный суффикс «A» или «B» обозначает, являются ли резьбы внешними или внутренними соответственно. Классы 1A, 2A, 3A применяются к внешним резьбам; Классы 1B, 2B, 3B применяются к внутренним резьбам. ^[9]

Класс резьбы относится к приемлемому диапазону диаметра шага для любой заданной резьбы. Диаметр шага обозначен как Dp на рисунке выше. Существует несколько методов измерения диаметра шага. Наиболее распространенный метод, используемый в производстве, — это калибр « проходной/непроходной» .

Сопутствующие стандарты

ASME/ANSI B1.1 – 2019 Унифицированная дюймовая резьба, форма резьбы UN, UNR и UNJ
ASME/ANSI B1.10M – 2004 Унифицированные миниатюрные винтовые резьбы

Смотрите также

Примечания

^ Оберг и др. 2000, стр. 1706 .
^ abc Оберг, Эрик (2012). Справочник по машиностроению (29-е изд.). Нью-Йорк: Industrial Press. ISBN 978-0-8311-2900-2.
^ Винты #00-90 и #000-120 на продажу
↑ McMaster-Carr, стр. 2520 , получено 28 августа 2009 г.
↑ McMaster-Carr, стр. 2501 , получено 28 августа 2009 г.
^ Шваллер 2004, стр. 55.
↑ Специальные связи, архивировано из оригинала 18 мая 2009 г. , извлечено 28 августа 2009 г..
^ Компоненты концентратора (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 17 июня 2009 г. , извлечено 29 августа 2009 г..
^ "AFT Thread Terminology" (PDF) . aftfasteners.com . Получено 9 января 2019 г. .

Библиография

Райффел, Генри Х. и др., ред. (1988), Справочник по машиностроению (23-е изд.), Нью-Йорк: Industrial Press, ISBN 978-0-8311-1200-4.
Шваллер, Энтони Э. (2004), Total Automotive Technology (4-е изд.), Cengage Learning, ISBN 978-1-4018-2476-1.

Внешние ссылки

Унифицированные винтовые резьбы с допусками
Унифицированные грубые/мелкие диаметры и размеры метчиков (единицы США)
Унифицированные размеры сверл для грубой/тонкой резьбы (единицы США)
Таблицы перевода метрических и имперских размеров крепежа
Международные стандарты резьбы
Таблица перевода единиц Уитворта/BSF/AF и метрической системы. Архивировано 2 мая 2010 г. на Wayback Machine.
Размеры губок гаечных ключей Дополнительная информация и таблица размеров губок гаечных ключей.
Серия унифицированных винтовых резьб
ASME B1.1-2003 Унифицированная дюймовая винтовая резьба (форма резьбы UN и UNR)
Унифицированная дюймовая резьба