Кто изобрел резьбу

ТЕХНИЧЕСКИЕ И ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЦЕССА РАЗВИТИЯ РЕЗЬБЫ

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

резьба, соединение деталей, упорная резьба, круглая резьба, профиль резьбы, стандартизация резьб, thread, connection details, buttress thread, round thread, thread profile, standardization of threads

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.

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 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 S (рис.3). Упорная резьба нарезается на деталях, образующих резьбовое соединение, подверженное значительной осевой нагрузке, действующей в одном направлении. 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].

publikacia.net

История винтовой резьбы

torodinsson (torodinsson) wrote, 2016-08-04 16:55:00 torodinsson torodinsson 2016-08-04 16:55:00 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.Но современная история резьбы начинается только в 19-м веке.Британский изобретатель Генри Модсли (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 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. Модсли впервые изобрёл микрометр с точностью измерения до одной десятитысячной доли дюйма (0.0001 дюйма ! 3 мкм). В середине 19-го века 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 в Германии и т.д.Дату появления резьбы можно считать датой начала промышленной революции.Обычная вещь, не имеющая аналогов в живой природе, без которой были невозможны станки и промышленное производство.Но хитрость заключается в том, что изготовить резьбу без станка невозможно, как невозможно использовать станок не имея винта подачи.Аналогично, твердость материала инструмента для нарезки резьбы в металле (метчика или плашки) должна быть выше твердости обрабатываемого материала.А чтобы изготовить этот обрабатывающий инструмент, нужны еще более твердые материалы и, опять же, образец резьбы.

Первое резьбовое соединение это объединение металлургии, материаловедения, станкостроения и множества других прикладных наук.

Tags: история технологий

torodinsson.livejournal.com

Болт и гайка: драгоценная история крепкой дружбы

Мы же с вами не в джунглях выросли, правда! И прекрасно знаем, что болт и гайка – это звенья одной цепи. А вот знаете ли вы, как и когда появились на свет болт и гайка? Кто их придумал, и почему соединение на болтах считается одним из самых надежных.

Дружба между людьми является крепкой силой, перед которой падет практически каждая преграда. Так настоящую дружбу можно сравнить с механическим соединением при помощи болта и гайки, которое при разных условиях эксплуатации обеспечивает надежное крепление.

История возникновения болта и гайки

Прототипами болта и гайки можно считать крепежные детали с резьбой, которые применялись в Древнем Риме в начале н.э. Стоит отметить, что на тот момент это был наиболее дорогой способ крепления элементов между собой, что сказалось на малом распространении первых крепежных элементов с резьбой. В основном примитивные резьбовые соединения в Древнем Риме применялись при изготовлении дорогих украшений.

Представляете? Болты и гайки – элементы дорогих украшений!

Широко применять резьбовой способ крепления начали только в пятнадцатом столетии. При этом стоит отметить, что болт появился ранее, а гайка уже возникла лишь полторы сотни лет спустя.

Вот такая грустная история одиночества! Больше 150 лет болты существовали без гаек.

Резьбовое соединение на тот момент применялось при создании подвижных частей брони доспехов и часовых механизмов, а также при создании первых станков для печати. Примечательно то, что для каждого болта подходила лишь одна гайка, что делало соединение практически уникальным.

Болт и гайка: современная версия. Перезагрузка.

Гайка и болт получили нынешний вид лишь в семнадцатом столетии. Сначала шаг резьбы на этих крепежных элементах был дюймовый, а уже в начале девятнадцатого века французы создали и ввели в обиход метрическую резьбу. После того, как весь мир опробовал механизм резьбового соединения на практике, все узнали об их уникальных эксплуатационных качествах.

И резьбовое механическое соединение с использованием болта и гайки в дальнейшем постоянно совершенствовалось, видоизменялось, неоднократно приобретало новые виды и формы.

Достоинства. Из-за чего сложилась крепкая дружба между болтом и гайкой?

Крепкую дружбу между гайкой и болтом можно характеризовать следующими достоинствами данного механического соединения:

Простота конструкции. Рассматривая конструкцию составных частей резьбового соединения можно отметить, что более простой механизм крепления очень сложно встретить. Так, к примеру, даже если дать ребенку в руки болт и гайку через некоторое время он непременно соединит их. Большинство детских конструкторов предусматривает применение данного вида механического соединения.
Надежность. О надежности соединение свидетельствует его использование при соединении элементов практически всех вещей, конструкций (от дверной ручки, до крепления колес в автомобиле).
Массовость. Отличные эксплуатационные показатели привели к увлечению числа подобного соединения, что повлияло на рост производства его составных элементов. На сегодняшний день найти необходимую гайку или болт не составляет большого труда.
Взаимозаменяемость. Резьбовое соединение можно отнести к подвижным видам крепления, а учитывая массовость производства можно сделать вывод о таком показателе, как взаимозаменяемость – он присущ резьбовому способу крепления.
Низкая стоимость изделий.

Риски совместной жизни. Каковы вероятные причины развода?

Однако, в нашем мире практически не бывает абсолютного совершенства, и в этом типе соединения можно выявить следующие недостатки:

Раскручивание при возникновении переменных нагрузок.
Концентрация напряжения в районе отверстия.
Большинство изделий изготовлены из материалов, которые подаются коррозии, что обуславливает возникновении сложности при необходимости рассоединить детали, когда болт и гайка покрылись ржавчиной. Наверняка многие, кто имеет дело с данным соединением (автомобилисты или слесари, инженеры) встречались с этой проблемой, когда резьба покрылась ржавчиной, и для того чтобы скрутить гайку или выкрутить болт необходимо приложить немалые усилия (бывает, что без особого инструмента просто не обойтись).

Как выглядят незаменимые герои современности?

Болт и гайку можно назвать героями не только современности, но и целых столетий, прошедших за время массового распространения этих крепежных элементов.

Ведь появление этого способа соединения позволило создать много механизмов, которые улучшают жизнь человека.

К примеру, незаменимые качества резьбового соединения позволило обеспечить надежное крепление ответственных частей автомобиля. Надежность гайки и болта — гарантия безопасности здоровья и жизни автомобилиста. Таким образом, их по праву можно назвать героями современности, так как их прочный союз неоднократно спасал жизнь не одному человеку.

Со времени возникновения первого резьбового механизма в Древнем Риме, резьбовой принцип крепления сильно изменился.

Зачастую болт представлен продолговатым цилиндрическим стержнем с головкой и нарезанной наружной резьбой. Размеры и диаметры такого крепежного элемента могут быть различными, но обычно все размеры стандартны. Неудивительно, что для характеристик болтов и гаек существует отдельный ГОСТ, строго нормирующий все параметры.

Головка на стержне может быть разной формы: цилиндрической, шестигранной, эллиптической, овальной, квадратной. Наиболее часто встречающийся вид головки – шестигранная форма.

Гайка имеет более простую конструкцию, в отличии от болта, и является в этом неразлучном тандеме как бы ведомой: Во всех подобных соединениях гайку подбирают под болт, что характерно также из-за более позднего появления гайки.

Гайка – металлическая деталь квадратной или шестигранной формы, с отверстием, которое образовано по продольной оси изделия. Также они бывают следующими:

Стопорными (препятствует раскручиванию при помощи вкладыша из найлона).
С продольными шлицами или корончатые (имеют отверстие для шплинта или контровочной проволоки).

На сегодняшний день существует огромное количество разновидностей данных крепежных элементов, и это неудивительно. Ведь каждая из них выполняет определенную задачу и обеспечивает строго определенные условия соединения.

Дружба, или другими словами прочность, надежность соединения при помощи болта и гайки проверена многими годами. И она настолько стабильна, что остается только надеяться, чтобы дружба между людьми оставалась настолько же крепкой на протяжении долгих лет.

pro-krepezh.ru

История болта

В современном мире в сфере крепежных инструментов мы четко отличаем одно крепежное изделие от другого. Современные стандарты, например, отличают разные виды болтов по форме, назначению, материалу изготовления, классу прочности. В хозяйственном магазине каждый из нас может купить анкерный болт, обыкновенный винт, необходимое количество гаек. Однако в далекой древности такого разделения не существовало, оно пришло к нам лишь с появлением промышленных патентов, стандартов изготовления и с промышленной революцией. Поэтому история болта сводится к началу появления винта — инструмента, обладавшего резьбой, но не имевшего разнородных специализаций.

Древнейшая история винта

О том, что винт был известен человеку с древних времен, рассказывают археологические раскопки. Первые винты, как оказалось, использовались уже в Китае, в Азии, на Американском континенте еще задолго до Рождества Христова. У исследователей порой складывается впечатление, что винт переоткрывался на протяжении истории неоднократно. В Европе изобретение винта приписывается Архитасу Тарентийскому, отцу геометрического чертежа механизмов, жившему в V столетии до нашей эры. Над винтовым механизмом работал также знаменитый Архимед, создавший устройство ныне называемое «Архимедов винт». В Древнем Риме был известен даже крепеж с резьбой, который применялся уже в период нашей эры, однако он был очень дорог и использовался в основном при изготовлении ювелирных украшений и медицинских инструментов. С исчезновением Древней Империи в Европе забыли надолго не только культуру Рима, но и сам этот крепеж.

Возрождение болта

Как ни странно, но достижения античного мира были забыты надолго христианизировавшимся европейским человеком. О винтовом крепеже вспомнили только в эпоху Возрождения, когда возродили не только крепеж с резьбой, но и возрождали человеческую культуру в противовес церковному господству. Изготавливаемый в те времена винтовой крепеж в основном использовали в креплении сегментов рыцарской брони. А саму резьбу нарезали примитивным методом с помощью гребенок в виде пластин, имевших резцы. О винторезочной машине Леонардо да Винчи мастера резьбы почему-то не ведали, а поэтому изготовление такого крепежа было делом кустарным, и купить болты средневекового производства в больших количествах было не так-то просто. Впрочем, это не помешало Гуттенбергу в своей печатной машине использовать винтовой крепеж, а первый винтовой станок был изобретен лишь только в 1568 году, что практически на столетие позже изобретения печатного станка: у истоков появления винторезного станка стоял француз Ж.Бессон. К концу семнадцатого столетия винтовой крепеж начали широко использовать в огнестрельном оружии.

В эпоху Средневековья появился также прообраз гайки. Делали ее с помощью проволоки, которую навивали на стержень, а затем спаивали ее вместе со стержнем, затем добавляли еще проволоки, получая дополнительным впаиванием нечто похожее на гайку. Впервые о гайках, имеющих резьбу, в документальных источниках упоминают уже в XVI веке, а одна из английских книг от 1611 года упоминает выражение «гайка для болта».

Эра стандартов и токарных станков

Проблема нарезки резьбы была решена с помощью токарно-винторезного станка, изобретенного в Российской Империи. В 1738 году он был создан русским ученым и изобретателем Андреем Нартовым. Его изобретение перевело создание винтового крепежа на совершенно другой уровень, позволяющий изготавливать болты и винты в промышленных масштабах. Уже в начале восемнадцатого столетия русские токарные станки с копиром вызывали изумление у европейской публики своим совершенством. Аналогичное станку Нартова решение было создано в 1797 году английским изобретателем Генри Модслеем, использовавшим в своем станке привод от паровой тяги. Хотя самые ранние документальные записи о первых британских шурупах, сделанных на токарном станке, датируются 1760 годом. Патент был зарегистрирован на имена Джоба и Уильяма Уаттов из Стаффордшира и излагал использование токарного станка и набора металлических режущих инструментов. Речь уже шла о промышленных масштабах производства болтов с резьбой, хотя, конечно же, специализации такого рода крепежа в виде анкерного болта или же в виде стандартного шурупа в те времена еще не наблюдалось.

В продолжение последующих десятилетий вплоть до 1841 года начали появляться первые стандарты в производстве болтов с резьбой, однако они преимущественно не выходили за рамки отдельных компаний. Только лишь с разработкой Джозефа Витуорта начинает появляться общепринятая стандартизация в области крепежной резьбы. Стандарт Витуорта был принят большинством железнодорожных компаний и был превращен в национальный стандарт Великобритании. На его основе свой стандарт предложил американец Селлерс. К концу девятнадцатого века количество стандартов оказалось настолько большим, что в 1898 году в Цюрихе было решено унифицировать эти стандарты резьбы и были представлены единые международные стандарты на основе стандарта Селлерса. На основе Витуорта появились и первые стандарты резьбы в Советском Союзе.

Сегодня же крепежные детали представлены на рынке широкой номенклатурой изделий, созданных по различным стандартам. Чтобы купить необходимые болты, вам потребуется всего лишь пройтись в ближайший хозяйственный магазин. Однако совершенствование крепежных деталей продолжается. Появились уже даже «умные болты», разработанные компанией «Мицубиси», которые можно извлекать из отверстия без отвертки и которые умеют принимать форму любого стержня.

2663937.ru