Таблицы резьб и их обозначений: метрические, дюймовые, трубные BSP и NPT

1. Метрическая резьба ISO: стандарты и обозначения

Метрическая резьба по стандарту ISO представляет собой наиболее распространенный тип резьбы в мировой промышленности. Она регламентируется международными стандартами ISO 68-1, ISO 261 и ISO 724, которые были приняты в рамках создания Международной организации по стандартизации в 1947 году. Основное преимущество метрической резьбы заключается в её универсальности и простоте обозначения.

Основные характеристики метрической резьбы

Профиль метрической резьбы имеет симметричную V-образную форму с углом между боковыми сторонами 60 градусов. Вершины и впадины витков срезаны, что обеспечивает надежное соединение и снижает концентрацию напряжений. Номинальный диаметр резьбы обозначается буквой M и указывается в миллиметрах, например M6, M12, M24. Это значение соответствует наружному диаметру резьбы на болте или внутреннему диаметру отверстия без резьбы.

Крупный и мелкий шаг резьбы

Для каждого номинального диаметра существует стандартный крупный шаг, который используется по умолчанию. Например, резьба M8 подразумевает крупный шаг 1.25 мм и обозначается просто как M8. Если используется мелкий шаг, он указывается явно через знак умножения или тире: M8×1 или M8-1. Мелкий шаг применяется в тонкостенных конструкциях, точных механизмах и аэрокосмической промышленности, где требуется высокая прочность на ограниченной длине свинчивания.

Классы точности метрических резьб

Стандарт ISO 965-1 определяет классы точности для метрических резьб. Для наружной резьбы используются строчные буквы g и h, для внутренней - прописные G и H. Наиболее распространенными являются классы 6H для внутренней резьбы и 6g для наружной резьбы, которые применяются в общем машиностроении. Класс точности указывается после обозначения шага, например M10×1.5-6H для гайки или M10×1.5-6g для болта.

2. Дюймовая резьба UNC и UNF: особенности применения

Дюймовая резьба по стандарту UTS (Unified Thread Standard) широко применяется в Соединенных Штатах и Канаде. Она регламентируется стандартом ANSI B1.1 и имеет такой же профиль с углом 60 градусов, как и метрическая резьба ISO, однако все размеры выражаются в дюймах, а шаг резьбы указывается как количество ниток на дюйм (TPI - Threads Per Inch).

Система обозначений дюймовой резьбы

Обозначение дюймовой резьбы состоит из нескольких элементов: диаметр в дюймах или долях дюйма, количество ниток на дюйм (TPI) и серия резьбы. Например, обозначение 1/4-20 UNC означает резьбу с номинальным диаметром четверть дюйма (6.35 мм), 20 нитками на дюйм и серией UNC (Unified National Coarse - унифицированная национальная крупная). Для резьб меньше четверти дюйма используется система нумерации от #0 до #12.

Различия между UNC и UNF

Основное различие между крупной (UNC) и мелкой (UNF) резьбой заключается в количестве ниток на дюйм при одинаковом номинальном диаметре. Крупная резьба UNC имеет меньше ниток на дюйм, что делает её более устойчивой к загрязнениям и повреждениям, а также упрощает сборку и разборку. Мелкая резьба UNF обеспечивает более высокую прочность на растяжение за счет большей площади сечения у основания резьбы и лучше сопротивляется самоотвинчиванию благодаря меньшему углу подъема витков.

Классы посадки дюймовой резьбы

Стандарт предусматривает три основных класса посадки: класс 1 (1A для наружной, 1B для внутренней резьбы) с большими допусками для быстрой сборки в загрязненных условиях, класс 2 (2A/2B) - наиболее распространенный в коммерческом производстве с оптимальным балансом между точностью и технологичностью, и класс 3 (3A/3B) для высокоточных соединений, где требуется минимальный зазор. Более 90 процентов крепежных изделий в США производятся с классом точности 2A/2B.

Применение в промышленности

Дюймовая резьба остается стандартом де-факто в американской автомобильной промышленности, авиастроении и нефтегазовой отрасли. Крупная резьба UNC применяется в общем машиностроении, строительных конструкциях и там, где требуется частая сборка-разборка. Мелкая резьба UNF находит применение в автомобильных двигателях, точном приборостроении и аэрокосмической технике, где важна высокая прочность соединения при ограниченной длине свинчивания.

3. Трубная резьба BSP: цилиндрическая и коническая

Трубная резьба BSP (British Standard Pipe) представляет собой британский стандарт, который широко используется во всем мире за исключением Северной Америки. Этот стандарт основан на резьбе Витворта (Whitworth) и регламентируется международными стандартами ISO 228 и ISO 7. Отличительной особенностью BSP является профиль с углом 55 градусов и округленными вершинами и впадинами витков.

Два типа резьбы BSP

Существует два основных типа резьбы BSP: параллельная BSPP (British Standard Pipe Parallel) и коническая BSPT (British Standard Pipe Taper). Параллельная резьба, обозначаемая буквой G, имеет цилиндрический профиль как на наружной, так и на внутренней резьбе. Герметичность соединения обеспечивается с помощью уплотнительных колец, прокладок или герметиков. Коническая резьба, обозначаемая буквой R, имеет конусность примерно 1 градус 47 минут (1:16 по диаметру) и обеспечивает герметичность за счет сжатия витков при затяжке.

Система обозначений BSP

Номинальный размер резьбы BSP указывается в дюймах и первоначально соответствовал внутреннему диаметру стальной трубы, для которой предназначалась резьба. Однако современные трубы имеют другие размеры стенок, поэтому номинальный размер является условным обозначением, а не фактическим диаметром. Например, резьба G1/2 имеет наружный диаметр около 20.955 мм, что значительно больше половины дюйма (12.7 мм).

Особенности профиля Витворта

Профиль резьбы Витворта характеризуется углом 55 градусов между боковыми сторонами и радиусным скруглением вершин и впадин. Радиус скругления составляет примерно 0.1373 от шага резьбы. Теоретическая высота профиля равна 0.6403 от шага. Это отличается от метрической и дюймовой резьбы с плоскими вершинами и углом 60 градусов, что делает эти стандарты несовместимыми друг с другом.

Применение резьбы BSP

Резьба BSPP широко применяется в гидравлических и пневматических системах по всей Европе, Азии, Австралии и Африке. Она используется в промышленном оборудовании, системах водоснабжения, отопления и кондиционирования. Коническая резьба BSPT особенно популярна в Китае и Японии для газовых и жидкостных соединений, где требуется герметичное соединение без дополнительных уплотнителей. В сантехнических системах Великобритании и стран Содружества BSP является стандартом де-факто.

4. Трубная резьба NPT: американский стандарт

Резьба NPT (National Pipe Taper) представляет собой американский стандарт конических трубных резьб, регламентируемый стандартом ANSI B1.20.1. Этот тип резьбы является основным для трубопроводных соединений в США и Канаде, а также широко применяется в нефтегазовой промышленности по всему миру. Профиль NPT имеет угол 60 градусов и коническую форму с конусностью 1:16.

Основные характеристики NPT

Конусность резьбы NPT составляет 3/4 дюйма на фут длины (или 1 дюйм на 16 дюймов), что соответствует углу конуса 1 градус 47 минут 24 секунды относительно оси. Эта конусность обеспечивает постепенное уплотнение витков при затяжке, создавая герметичное соединение за счет механического сжатия. Профиль резьбы представляет собой усеченный треугольник с углом 60 градусов, аналогичный дюймовой резьбе UNC/UNF, но с заостренными вершинами для лучшего уплотнения.

Система обозначений и номинальные размеры

Номинальный размер трубы (NPS - Nominal Pipe Size) лишь приблизительно связан с внутренним диаметром трубы Schedule 40. Фактический диаметр резьбы NPT больше номинального размера, особенно для малых диаметров. Например, резьба 1/4 NPT имеет наружный диаметр около 13.716 мм, что значительно превышает 6.35 мм (1/4 дюйма). Наиболее распространенные размеры NPT: 1/8, 1/4, 3/8, 1/2, 3/4, 1, 1-1/4, 1-1/2 и 2 дюйма.

Особенности монтажа NPT

При сборке соединения NPT наружная и внутренняя резьбы свинчиваются вручную на несколько оборотов до момента, когда конусность создаст сопротивление. Эта точка называется положением ручной затяжки. Затем производится дополнительная затяжка ключом для окончательного уплотнения. Важно использовать уплотнительные материалы: ПТФЕ-ленту (тефлоновую ленту) или специальную резьбовую пасту, чтобы заполнить спиральный зазор между витками и обеспечить абсолютную герметичность.

Применение в промышленности

Резьба NPT широко применяется в системах водоснабжения, газоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха на территории США и Канады. Она является стандартом для пневматических систем, гидравлических соединений низкого давления и приборных соединений. В нефтегазовой промышленности NPT используется для обсадных труб, насосно-компрессорных труб и арматуры. Благодаря конической форме, обеспечивающей самоуплотнение, NPT особенно подходит для применения с горючими газами и жидкостями под давлением.

5. Таблицы соответствия и взаимозаменяемость резьб

Понимание взаимозаменяемости различных стандартов резьб критически важно для инженеров и технических специалистов, работающих с международным оборудованием. Несмотря на то, что различные стандарты могут иметь близкие номинальные размеры, прямая совместимость между ними обычно отсутствует или строго ограничена из-за различий в профилях, шагах резьбы и углах.

Несовместимость BSP и NPT

Резьбы BSP и NPT принципиально несовместимы по нескольким причинам. Во-первых, угол профиля различается: у BSP он составляет 55 градусов, у NPT - 60 градусов. Во-вторых, форма вершин витков отличается: BSP имеет округлые вершины и впадины, тогда как NPT - плоские и заостренные. В-третьих, шаг резьбы (количество ниток на дюйм) различается для большинства размеров. Например, резьба 1/4 дюйма имеет 19 TPI для BSP и 18 TPI для NPT.

Отличия метрической и дюймовой резьбы

Метрическая резьба ISO и дюймовая резьба UNC/UNF имеют одинаковый угол профиля 60 градусов и схожую форму витков, но они абсолютно несовместимы из-за различий в системе измерений. Метрическая резьба измеряется в миллиметрах для диаметра и шага, тогда как дюймовая - в дюймах для диаметра и в нитках на дюйм для шага. Даже там, где размеры кажутся близкими (например, M6 и 1/4 дюйма), фактические диаметры и шаги не совпадают.

Идентификация типа резьбы

Для правильной идентификации резьбы необходимо определить несколько параметров. Сначала следует установить, является ли резьба цилиндрической или конической, измерив диаметр в нескольких точках по длине. Затем нужно измерить наружный диаметр штангенциркулем и определить количество ниток на дюйм с помощью резьбомера или линейки. Форму вершин витков можно определить визуально или на ощупь: резьбы BSP имеют округлые вершины, а NPT и дюймовые - более острые.

Частичная совместимость в малых размерах

Существует распространенное заблуждение о том, что малые размеры BSP и NPT (1/4 и 3/8 дюйма) можно соединять напрямую. Действительно, некоторые специалисты отмечают, что такое соединение физически возможно и может работать в системах низкого давления. Однако это не соответствует требованиям промышленных стандартов и норм безопасности. Разница в один шаг TPI (например, 19 против 18 для 1/4 дюйма) создает значительные зазоры, которые невозможно надежно уплотнить даже большим количеством герметика.

6. Адаптеры и переходники между стандартами

Когда необходимо соединить компоненты с различными стандартами резьб, единственным надежным решением является использование специализированных адаптеров и переходников. Эти компоненты имеют разные типы резьб на противоположных концах и изготавливаются с высокой точностью для обеспечения герметичности обоих соединений.

Типы адаптеров по материалам

Адаптеры изготавливаются из различных материалов в зависимости от условий эксплуатации. Латунные адаптеры наиболее распространены благодаря хорошей коррозионной стойкости, обрабатываемости и относительно низкой стоимости. Они подходят для большинства применений в системах водоснабжения, сжатого воздуха и гидравлики при температурах до 200 градусов Цельсия. Адаптеры из нержавеющей стали 316 используются в агрессивных средах, пищевой промышленности и морских применениях, где требуется максимальная коррозионная стойкость.

Конструктивные особенности адаптеров

Качественные адаптеры изготавливаются на прецизионном оборудовании из цельного прутка, а не из отливок. Это обеспечивает точность резьбы и отсутствие внутренних дефектов. Адаптер должен иметь достаточную толщину стенки для безопасной работы под рабочим давлением системы. Типичные номинальные давления составляют 150-300 фунтов на квадратный дюйм для латунных адаптеров и до 3000 фунтов на квадратный дюйм для адаптеров из нержавеющей стали.

Правила установки адаптеров

При установке адаптера важно соблюдать правильную последовательность операций. Для конических резьб (NPT, BSPT) необходимо обязательно использовать уплотнительные материалы - ПТФЕ-ленту или резьбовую пасту. Ленту следует наматывать в направлении закручивания (по часовой стрелке для правой резьбы) в два-три оборота, избегая попадания материала в проточную часть. Для цилиндрических резьб BSP уплотнение обеспечивается торцевой прокладкой или О-образным кольцом, а не самой резьбой.

Альтернативные решения

В некоторых случаях вместо адаптеров можно использовать альтернативные методы соединения. Компрессионные фитинги с развальцовкой позволяют соединять трубы без резьбы, что исключает проблему несовместимости стандартов. Быстроразъемные соединения с толкателями обеспечивают быстрый монтаж-демонтаж без инструментов. Для постоянных соединений может применяться сварка или пайка с последующим нарезанием нужного типа резьбы. Однако адаптеры остаются наиболее надежным и технологичным решением для большинства применений.

7. Области применения различных типов резьб

Выбор типа резьбы для конкретного применения зависит от множества факторов: географического региона, отрасли промышленности, условий эксплуатации, требований к прочности и герметичности. Понимание типичных областей применения помогает инженерам принимать правильные решения при проектировании и обслуживании оборудования.

Метрическая резьба ISO: универсальное применение

Метрическая резьба является стандартом для общего машиностроения во всем мире, за исключением Северной Америки. Она применяется в автомобилестроении всех европейских и азиатских производителей, где используется для крепления узлов и агрегатов. В станкостроении и робототехнике метрическая резьба обеспечивает точное позиционирование и высокую повторяемость сборки. Электронное и электротехническое оборудование повсеместно использует метрическую резьбу для крепления корпусов, монтажа на DIN-рейки и подключения кабельных вводов.

Дюймовая резьба UNC/UNF: североамериканский стандарт

В США и Канаде дюймовая резьба остается преобладающей в автомобильной промышленности, где она используется для крепления двигателей, трансмиссий и элементов подвески. Аэрокосмическая промышленность широко применяет мелкую резьбу UNF и экстрамелкую UNEF из-за их высокой прочности при минимальном весе и лучшей сопротивляемости вибрации. Нефтегазовое оборудование, производимое в США, традиционно использует дюймовую резьбу для крепежа, хотя трубные соединения выполняются по стандарту NPT.

Трубная резьба BSP: европейские и азиатские системы

Резьба BSP доминирует в гидравлических и пневматических системах промышленного оборудования, произведенного в Европе, Азии и Австралии. Она используется в гидравлических прессах, литьевых машинах, металлорежущих станках и подъемном оборудовании. В системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха по всей Европе применяется BSP для подключения насосов, вентилей и теплообменников. Сантехнические системы в Великобритании, Индии, Австралии и других странах Содружества полностью основаны на стандарте BSP.

Трубная резьба NPT: американские трубопроводы

Резьба NPT является стандартом для всех трубопроводных систем в США и Канаде. В системах водоснабжения и канализации она применяется для соединения труб, установки запорной арматуры и подключения сантехнических приборов. Газовые распределительные системы используют NPT благодаря её способности обеспечивать герметичное соединение под давлением. Системы сжатого воздуха на промышленных предприятиях, пневматические инструменты и компрессоры стандартно комплектуются портами NPT.

Выбор резьбы для новых проектов

При проектировании нового оборудования выбор стандарта резьбы должен учитывать целевой рынок сбыта. Для оборудования, предназначенного для международного рынка, рекомендуется использовать метрическую резьбу ISO для крепежа и BSP для гидравлических и пневматических соединений, поскольку эти стандарты имеют наибольшее распространение. Для оборудования, ориентированного исключительно на североамериканский рынок, целесообразно использовать дюймовую резьбу UNC/UNF и NPT. В случае необходимости адаптации оборудования между рынками следует предусмотреть использование стандартных адаптеров или сменных портов.

Часто задаваемые вопросы