Często spotykamy się (jako handlowcy) z klientem, który chce zamówić np. gwintownik calowy 1/2”. Uważa on, że to jest wystarczające określenie swojego zamówienia. Jest ogromnie zdziwiony, gdy słyszy, że istnieją dziesiątki typów gwintów calowych. Czasem się nam wydaje, że dotąd uważał, że istnieje jeden i ma właśnie taką swoją unikalną nazwę „calowy”.

Gwinty calowe nie były w Polsce zbyt popularne w czasach PRL. W zasadzie jedynym znanym szerzej był gwint calowy rurowy G, wykorzystywany w połączeniach hydrauliki budowlanej. Obecnie dociera do Polski wiele rozwiązań technicznych z krajów anglosaskich, z USA, gdzie nadal głównym systemem pozostaje system calowy. W związku z tym również i w połączeniach gwintowych stosowane są bardzo często gwinty calowe. Okazało się wkrótce, jak wielki jest wybór takich gwintów.

Nasze rozważania zacznijmy jednak od podstaw i odpowiedzmy na pytania: co to jest gwint, jak jest zbudowany i dlaczego?

Gwint (z niem. Gewinde) – śrubowe nacięcie na powierzchni walcowej lub stożkowej, zewnętrznej lub wewnętrznej. Odpowiednie gwinty: wewnętrzny i zewnętrzny mają tak dobrany kształt, że pasują do siebie. Element z gwintem wewnętrznym nazwijmy umownie nakrętką, a ten z gwintem zewnętrznym śrubą. Ruch obrotowy jednego z elementów powoduje przesuwanie wzdłużne tego elementu względem drugiego.

Gwint może być interpretowany jako równia pochyła nawinięta na powierzchnię walcową. W związku z tym mechanika gwintu jest identyczna jak równi pochyłej. Dlatego też połączenie gwintowe zalicza się, wraz z równią pochyłą do maszyn prostych (np. Wikipedii).
Tak więc możemy zwielokrotnić działanie przyłożonej siły. W przypadku połączenia gwintowego siła przyłożona, to siła z jaką obracamy jeden z elementów. Ta siła tworzy oczywiście pewien moment obrotowy. Uzyskujemy natomiast o wiele większą siłę wzdłużną (wzdłuż osi symetrii elementów gwintowanych), podobnie jak to się dzieje na równi pochyłej.

Większość gwintów jest samohamowna. Co to znaczy?

Jak wspomniano równia pochyła to maszyna prosta, która służy do zwielokrotnienia siły przyłożonej. Gdy przykładamy siłę dokręcając gwint, uzyskujemy o wiele większą siłę wzdłużną, która porusza jednym z elementów.

Co się stanie natomiast gdy siłę przyłożymy odwrotnie, w miejscu gdzie uzyskiwaliśmy siłę wzdłużną?

Czy uzyskamy moment obrotowy (czyli obrót drugiego elementu, a więc i pewną siłę)?

Czasami jest to pożądane, ale w większości przypadków absolutnie nie.

Weźmy przykład podnośnika śrubowego np. do podniesienia naszego samochodu. Co by się stało, gdyby gwint nie był samohamowny? Wzdłużna siła (podnoszony ciężar) spowodowałaby obrót śruby i ruch ciężaru do dołu.

Chyba nie o to jednak chodzi w przypadku podnośnika?

Na tym właśnie polega samohamowność. Uzyskujemy pożądany skutek działania siły tylko w jedną stronę. Odwrotne przyłożenie siły nie wywoła skutku w postaci ruchu. Samohamowność zależy od kąta pochylenia linii śrubowej gwintu i znika przy pewnej wartości przy jego zwiększaniu. To jest szeroki temat obejmujący zjawiska tarcia, kształtu zarysu i innych. Ramy tego artykułu nie pozwalają na dalsze rozwinięcie tego tematu.

Na rysunku widzimy przekrój wzdłużny typowego połączenia gwintowego trójkątnego z kątem wierzchołkowym  60 stopni. Taki zarys mają występujące w Polsce gwinty metryczne.

Istnieją również jak wiemy gwinty o innych zarysach: trapezowe, okrągłe. Gwinty nacięte na powierzchni stożkowej tworzą niezwykle szczelne połączenia niezbędne np. w hydraulice. Czasami gwint w nakrętce ma kształt walcowy a śruba lekko stożkowy z pochyleniem.

Każdy gwint ma dwa podstawowe parametry: średnicę nominalną (z której możemy określić średnicę zewnętrzną np. gwintownika) i skok w mm - P, lub w ilości zwojów na cal ang.(25,4mm) - TPI

Klienci niekiedy też, określają gwint calowy określeniem „ Gwint Whitwortha” i uważają, że to już ostateczne i wystarczające określenie typu gwintu. Nic bardziej mylnego! Pod takim określeniem kryje się nadal kilka typów gwintów.

Pozostaje najbardziej dokładna i wystarczająca metoda: posługiwanie się symbolami z katalogów. Gwinty calowe (jak i metryczne) mają swoje oznaczenia i symbole. Dla przykładu wystarczającym określeniem gwintu metrycznego zwykłego jest M10. Podobnie i przy gwintach calowych mamy zawsze pewien zestaw liter i cyfr.

Oto zestaw spotykanych w Polsce gwintów calowych

ACME – gwint trapezowy symetryczny,

BSF – gwint calowy Whitwortha, drobnozwojny,

BSW – gwint calowy Whitwortha, zwykły,

E – gwint Edisona, elektrotechniczny,

G (lub BSPP;BSP) – gwint rurowy Whitwortha, walcowy,

NC – gwint specjalny elektryczny

NPT – gwint rurowy Briggsa, stożkowy

Pg – gwint specjalny instalacyjny, pancerny,

R (lub BSPT) – gwint rurowy Whitwortha, stożkowy, zewnętrzny,

Rc – gwint rurowy Whitwortha, stożkowy, wewnętrzny,

Rd – gwint okrągły,

Rp – gwint rurowy, walcowy wewnętrzny,

RW, FG – gwint rowerowy,

UN – gwinty zunifikowane o skoku uprzywilejowanym,

UNC – gwint calowy, zunifikowany, zwykły,

UNEF – gwint calowy, zunifikowany, bardzo drobnozwojny,

UNF – gwint calowy, zunifikowany, drobnozwojny,

UNS – gwinty zunifikowane specjalne,

W – gwint stożkowy do zaworów gazowych,

Wśród tych gwintów są gwinty:
- z zarysem trójkątnym o kącie wierzchołkowym 55° i 60°,
- trapezowym symetrycznym i niesymetrycznym,
- okrągłym, jak również gwinty na powierzchni walcowej i stożkowej.

Częstym błędem podczas doboru gwintów jest np. mylenie gwintów Rurowych Whitwortha G (dla przykładu średnica zewnętrzna G 1" = 33,25 mm) z gwintami Calowymi Whitwortha – BSW  (średnica zewnętrzna BSW 1" = 25,40 mm), albo podawanie średnicy zewnętrznej dla gwintu, który nie ma w oznaczeniu takiej średnicy (np. UNC No 4 - 40). Często również zapomina się o skoku TPI.

Dlatego też przy określaniu rozmiarów gwintu calowego, oprócz średnicy nominalnej należy koniecznie określić skok TPI.

Przeanalizujmy określenia kilku wybranych gwintów calowych.

UNC No 4 - 40
Gwint amerykański zunifikowany zwykły wg norm USA ANSI B - 1.1.

Jest to calowa pochodząca z USA odmiana zwykłego gwintu (jak nasz metryczny M), kąt zarysu 60°;
średnica zewnętrzna ok. 2,845 mm (otwór pod gwint Ø 2,35 mm ), skok TPI = 40 ( P = 0,635 mm).
Nasz metryczny zbliżony M3 ma skok P = 0,5mm.

UNC 3/4 - 10
Jak wyżej wg norm USA ANSI B - 1.1.

Gwint jak wyżej (od średnicy ok. 10mm zmienia się nieco oznaczenie),
średnica zewn. ok. 19,050 mm, skok TPI = 10 (P = 2,504 mm), kąt zarysu 60º.
Metryczny M20 ma skok P = 2,5mm.

UNF No 12-28
Gwint amerykański zunifikowany drobnozwojny wg norm USA ANSI B - 1.1.

Jest to amerykańska odmiana gwintu drobnozwojnego,
średnica zewn. ok. 5,486 mm, skok TPI = 28 ( P = 0,907 mm), kąt zarysu 60°.

G 3/8”
Gwint rurowy walcowy Whitwortha wg DIN - ISO 228.

Najbardziej znany u nas od dawna gwint calowy, średnica zewnętrzna ok. 26,44 mm, skok TPI = 14 (P = 1,814 mm), kąt zarysu 55°.

BSW 3/8 - 16
Gwint calowy zwykły Whitwortha wg BS - 84:1956.

Średnica zewnętrzna ok. 9,525 mm, skok TPI = 16 (P = 1,588 mm), kąt zarysu 55°.

Rp - 3/4”
Gwint rurowy walcowy Whitwortha wg DIN EN 10226-1.

Średnica zewnętrzna ok. 26,441 mm, skok TPI = 14 (P = 1,814), kąt zarysu 55º.

NPT 3/8”
Gwint amerykański rurowy stożkowy Briggsa wg norm USA ANSI B - 1.20.1.

Średnica zewnętrzna ok. 26,67 mm (umowna – jest to gwint stożkowy), skok TPI = 14 (P = 1,814 mm), kąt zarysu 60º, pochylenie 1:16.

Podsumowanie

Gdy dobieramy odpowiednie narządzie do wykonania gwintu calowego (gwintownik, narzynka , płytka skrawająca), musimy precyzyjnie określić typ tego gwintu i jego podstawowe parametry: średnicę zewnętrzną i skok TPI. Mimo wielu podobieństw pomiędzy niektórymi typami, nie są one identyczne i nie można ich stosować zamiennie.