Дюймовая резьба: американская, британская и трубная — как в ней не запутаться

Если вы хоть раз держали в руках документацию от импортного станка, американского мотоцикла или японского принтера, то видели на нем странную маркировку вроде 3/8"-16 UNC. Половина мастеров в этот момент достает штангенциркуль, вторая половина — телефон с поиском. Эта статья для обеих половин. Разбираемся, чем дюймовая резьба отличается от метрической, что такое UNC и UNF, почему британский болт не хочет дружить с американской гайкой и зачем сантехникам понадобился какой-то NPT.

Оглавление

1. Чем дюймовая резьба отличается от метрической
2. Как читать маркировку: что значит 3/8"-16 UNC × 1"
3. Крупная, мелкая и особо мелкая: UNC, UNF, UNEF и UNS
4. Что означают 2A и 2B: классы допусков дюймовой резьбы
5. Британская резьба Уитворта: BSW и BSF
6. Совместимы ли BSW и UNC?
7. Трубная резьба BSP: цилиндрическая G и коническая R
8. Что такое NPT и почему у американцев своя трубная резьба
9. Какой диаметр у дюймового болта: таблица и как измерить
10. Можно ли заменить дюймовый болт метрическим?
11. Кто придумывает правила: ASME, ASTM, SAE и компания

1. Чем дюймовая резьба отличается от метрической 

Начнем с главного вопроса, который гуглят чаще всего: в чем вообще разница между метрической и дюймовой резьбой? Разниц три, и все они простые.

Первая — система измерений. Все размеры дюймовой резьбы заданы в дюймах и их дробях, а один дюйм равен ровно 25,4 мм.

Вторая — способ описания шага. В метрике шаг это расстояние между соседними витками в миллиметрах: M8×1,25 означает шаг 1,25 мм. В дюймовой системе вместо расстояния указывают количество ниток на один дюйм длины — TPI (threads per inch). То есть логика перевернута: чем больше число, тем мельче резьба. Перевести одно в другое элементарно: шаг в мм = 25,4 / TPI. Резьба с 16 нитками на дюйм имеет шаг 25,4 / 16 ≈ 1,59 мм.

Третья разница — геометрия профиля. Американские резьбы UN имеют угол при вершине 60°, как и метрическая ISO, а вот британские резьбы Уитворта — 55° с закругленными вершинами и впадинами. Об этом ниже, там же станет понятно, почему этот пятиградусный нюанс разрушил надежды тысяч людей, пытавшихся скрестить британский болт с американской гайкой.

2. Как читать маркировку: что значит 3/8"-16 UNC × 1" 

Разберем классическую запись на упаковке болта: 3/4" – 10 UNC × 1". Здесь:

• 3/4" — наружный диаметр резьбы в дюймах (19,05 мм);
• 10 — количество ниток на один дюйм (TPI), то есть шаг 2,54 мм;
• UNC — серия резьбы, в данном случае крупная (Unified National Coarse);
• 1" — длина болта.

Для крепежа диаметром меньше 1/4" вместо дроби используют условные номера от No. 0 до No. 12. Например, маркировка #10-24 UNC читается так: болт «десятого номера» (диаметр 4,83 мм) с 24 нитками на дюйм, крупная серия. Номера — историческое наследие, и запомнить их наизусть невозможно, поэтому держите под рукой таблицу из раздела 9.

3. Крупная, мелкая и особо мелкая: UNC, UNF, UNEF и UNS 

Американский стандарт ASME B1.1 описывает целое семейство унифицированных резьб UN с углом профиля 60°. Основные серии такие:

• UNC (Unified National Coarse) — крупная резьба, базовая для общего крепежа. Прощает грязь и повреждение ниток, быстрее заворачивается, лучше сидит в мягких материалах вроде алюминия;
• UNF (Unified National Fine) — мелкая резьба. Больше витков на дюйм — выше сопротивление вибрационному откручиванию и чуть больше площадь сечения стержня, поэтому болты UNF примерно на 10% прочнее таких же UNC;
• UNEF (Unified National Extra Fine) — особо мелкая, для тонкостенных деталей и точной регулировки, например, в оптике и авиационных фитингах;
• UNS (Unified Special) — специальные серии с нестандартным шагом; любопытный бытовой пример — резьба микрофонных штативов 1/4"-20 и 3/8"-16, это тоже UNS-производные.

Кроме серий с «плавающим» шагом существуют серии с постоянным шагом: 4-UN, 8-UN, 12-UN и так далее. Их вы встретите в таблицах гаек: крупная гайка 1 1/4"-8 UN — это как раз постоянная серия.

Практический вывод простой. Резьба одного диаметра, но разных серий — это разные резьбы. Гайка 1/2"-13 UNC не накрутится на шпильку 1/2"-20 UNF, даже если диаметр совпадает миллиметр в миллиметр.

4. Что означают 2A и 2B: классы допусков дюймовой резьбы

В системе UN три класса точности, от свободного к плотному: 1, 2 и 3. Буква A означает наружную резьбу (болт, шпилька), буква B — внутреннюю (гайку).

• 1A/1B — широкий допуск, для быстросборных и легко ходящих соединений, встречается редко;
• 2A/2B — стандартный допуск для 90% крепежа: 2A у болтов с шестигранной головкой, 2B у обычных шестигранных гаек;
• 3A/3B — узкий допуск для ответственных соединений, стандарт для винтов с цилиндрической головкой и внутреннего шестигранника.

Зачем это знать практику? Затем, что допуск — это гарантированный зазор в паре «болт–гайка». Тот самый зазор потом придется заполнять анаэробному фиксатору резьбы, о котором речь пойдет во второй статье. И еще: после горячего цинкования резьба «обрастает» покрытием, и пара 2A/2B может собираться туго — это нормально и учитывается стандартами.

5. Британская резьба Уитворта: BSW и BSF 

Теперь перенесемся через океан. Британский инженер Джозеф Уитворт стандартизировал свою резьбу еще в 1841 году — фактически это первый в мире национальный стандарт винтовой резьбы. Его идеи были революционны: каждому диаметру — свое число витков на дюйм, угол профиля 55°, вершины и впадины закруглены (радиус закругления r = 0,137329 × шаг). (ссылка на статью про Уитворта)

Оригинальная крупная резьба получила имя BSW (British Standard Whitworth). Она была крупной не от хорошей жизни: сталь середины XIX века была слабой на разрыв, и тонкие нитки просто срывались бы при затяжке. Когда к 1908 году металлургия подтянулась, британцы ввели мелкую серию BSF (British Standard Fine) с тем же профилем 55°, но более частым шагом.

Немного цифр для ориентира: BSW 1/4" — 20 ниток на дюйм, 3/8" — 16, 1/2" — 12, 1" — 8. У BSF: 1/4" — 26, 3/8" — 20, 1/2" — 16 ниток.

Где с этим сталкиваются сегодня? Классика — реставрация и обслуживание британской техники: мотоциклы Triumph и BSA, автомобили до 1970-х, станки, насосы. Мелкий шаг BSF, как и UNF, лучше сопротивляется вибрации, а крупный BSW предпочтителен там, где основной материал мягче крепежа, например шпильки в алюминиевой головке блока.

6. Совместимы ли BSW и UNC? 

Самый коварный вопрос. Смотрите: у BSW 3/8" — 16 ниток на дюйм, и у UNC 3/8" — тоже 16. Диаметры одинаковые. Значит, взаимозаменяемы? Нет. И это тот случай, когда «почти» хуже, чем «совсем нет».

Формально гайка BSW иногда даже наворачивается на болт UNC на пару витков, но угол профиля 55° против 60° означает, что нитки контактируют не плоскостями, а точками и кромками. Результат — потеря удерживающей силы, смятие витков, падение усталостной прочности соединения. Единственное честное исключение из внешнего сходства — размер 1/2": у BSW там 12 ниток на дюйм, а у UNC — 13, так что хотя бы не перепутаете.

С мелкими сериями все еще строже: у BSF и UNF совершенно разные шаги, они не взаимозаменяемы ни в каком виде.

Правило для мастерской: увидели на резьбе маркировку W или WW (например, 3/8"W) — подбирайте только витвортовский крепеж и витвортовский инструмент-плашку, американский UNC оставьте в покое.

7. Трубная резьба BSP: цилиндрическая G и коническая R

Трубная резьба — это тоже дюймовая резьба Уитворта, только живущая в мире сантехники, гидравлики и пневматики. BSP (British Standard Pipe) имеет профиль 55° и существует в двух исполнениях:

• BSPP, она же G — цилиндрическая трубная резьба. Герметичность достигается не самой резьбой, а прокладкой, уплотнительным кольцом или герметиком;
• BSPT, она же R (наружная) и Rp/Rc (внутренняя) — коническая резьба с конусностью 1:16, самоуплотняющаяся: при затяжке нитки сминаются и плотно прижимаются друг к другу.

Важная особенность, из-за которой новички путаются в измерениях: номинальный размер трубной резьбы — это условный проход трубы, а не реальный наружный диаметр. У резьбы G 1/2" наружный диаметр около 21 мм, а не 12,7 мм, как можно было бы ожидать. Поэтому «какой диаметр у дюймовой трубной резьбы 1/2"» — вопрос с подвохом, и отвечается он только по таблице.

Шагов у BSP всего четыре значения: 28, 19, 14 и 11 ниток на дюйм. Это сильно упрощает идентификацию: если резьбомер показывает 19 ниток при диаметре около 13 или 17 мм — перед вами трубная резьба 1/4" или 3/8", а не крепежная.

8. Что такое NPT и почему у американцев своя трубная резьба

NPT (National Pipe Tapered) — американская коническая трубная резьба, стандарт ANSI/ASME B1.20.1, отечественный исторический аналог — ГОСТ 6111-52 с углом профиля 60° [[1]]. Как и у BSPT, конусность NPT составляет 1:16, то есть диаметр резьбы уменьшается на единицу на каждые 16 единиц длины, и герметичность достигается уплотнением по конусу [[4]].

Типичные размеры: NPT 1/8" — 27 ниток на дюйм, 1/4" и 3/8" — 18, 1/2" и 3/4" — 14, от 1" — 11,5 [[2]]. Существует «сухая» герметичная версия NPTF (National Pipe Tapered Fuel) для топливных и гидравлических систем, где уплотнение происходит за счет смятия ниток резьбы [[4]].

Главный вопрос поиска: совместимы ли NPT и BSP? Нет. У NPT угол 60° со сглаженными вершинами (профиль Селлерса), у BSP — 55° с закруглениями Витворта. Даже при совпадении числа витков на дюйм формы не совпадают, и попытка скрестить американский фитинг с британским даст спиральную утечку и поврежденную резьбу. В системах высокого давления и там, и там дополнительно применяют резьбовой герметик или тефлоновую ленту.

9. Какой диаметр у дюймового болта: таблица и как измерить

Отвечаем на самый частый поисковый запрос напрямую. Диаметр дюймового болта равен дроби в маркировке, умноженной на 25,4 мм: 1/4" — это 6,35 мм, 3/8" — 9,53 мм, 1/2" — 12,7 мм, 3/4" — 19,05 мм, 1" — 25,4 мм. Для номеров-малышей: No. 6 — 3,5 мм, No. 8 — 4,17 мм, No. 10 — 4,83 мм, No. 12 — 5,49 мм.

Сводная таблица ходовых размеров (наружный диаметр и нитки на дюйм):

Как определить дюймовую резьбу на неизвестном болте? Алгоритм такой. Штангенциркулем измерьте наружный диаметр и найдите ближайшую дробь в таблице. Затем резьбомером (или линейкой: посчитайте число гребней на отрезке 25,4 мм) определите TPI. Сверьте пару «диаметр + TPI» с таблицей: 12,7 мм и 13 ниток — это 1/2" UNC, 12,7 и 20 — это 1/2" UNF, а 12,7 и 12 — подозрительно похоже на британский BSW, проверяйте угол профиля. Если нет резьбомера и штангельциркуля (всякое бывает), а только метрическая линейка, прокатываем по резьбе бумажку, до получения ясного оттиска резьбы, откладываем 25,4 мм, считаем число гребней на отрезке.

Кстати, полезный лайфхак из практики сверловки: отверстие под внутреннюю дюймовую резьбу меньше наружного диаметра. Под 1/4" UNC сверлят 5,35 мм, под 3/8" UNC — 8,25 мм, под 1/2" UNC — 11,15 мм; для UNF отверстия чуть больше: 5,5 / 8,5 / 11,5 мм соответственно.

10. Можно ли заменить дюймовый болт метрическим?

Короткий ответ: нет. Длинный ответ: нет, и вот почему.

Возьмем «почти совпадающую» пару: 3/8"-16 UNC (9,53 мм, шаг 1,59 мм) и M10×1,5 (10 мм, шаг 1,5 мм). Диаметры различаются на полмиллиметра, шаги — на 0,09 мм. Метрическая гайка даже начнет накручиваться на дюймовый болт, но через два-три витка упрется, и дальше каждый оборот будет резать и мять чужой профиль. Вы получите испорченную резьбу и соединение, которое держит на честном слове.

С британскими резьбами еще хуже из-за угла 55°. Поэтому единственно правильный путь ремонта — подбор крепежа той же системы, а при отсутствии такового — перенарезание обеих деталей (болт + отверстие) метрическим или дюймовым инструментом одного стандарта, либо установка резьбовой вставки.

11. Кто придумывает правила: ASME, ASTM, SAE и компания

Чтобы ориентироваться в каталогах, запомните несколько аббревиатур. Геометрию американских резьб описывает стандарт ASME B1.1 (UNC/UNF/UNEF) и ASME B1.20.1 (NPT). Британские резьбы Уитворта исторически стандартизованы BS 84, трубные BSP — стандартами ISO 228 и ISO 7.

Вокруг крепежа работают и другие организации: IFI (Industrial Fastener Institute) — институт индустриального крепежа, ASTM — американское общество по тестированию и материалам (им принадлежат стандарты покрытий и механических испытаний), SAE — общество автомобильных инженеров (знаменитые классы прочности Grade 2/5/8 — это SAE J429).

А вот сами изделия — болты, гайки, шайбы — и их механические свойства мы разберем во второй статье. Там же расскажу, как подобрать гайку под дюймовый болт, что означают полоски на головке и чем застопорить соединение, когда стопорного крепежа под рукой нет.

Продолжение — Дюймовый крепеж: классы прочности, подбор гаек и стопорение резьбы.

Источники: Стандарты ASME, SAE, ASTM, таблицы диаметров и длин), материалы в сети интернет по британской и американской дюймовой резьбе.