Перейти к содержимому 
При создании механизмов, оборудования, зданий и сооружений существуют различные способы соединения деталей конструкций. Среди них наиболее распространены такие технологии, как сварка, клепка, склеивание и пайка. Однако ни один из этих методов не может сравниться по распространенности с резьбовым стыковкой, особенно с применением болтов.
Выбирая резьбовую стыковку, инженеры и строители ориентируются на ряд качеств, такие как простота планирования и монтажа, оперативность сборки, надежность, долговечность, возможность раскручивания и повторного использования крепежных элементов. Все эти факторы также влияют на конечную стоимость проекта, что является важным в современной экономике.
Особенности резьбовых соединений
Резьбовые соединения имеют определенные особенности. Они могут состоять из одного болта или быть совмещены с гайкой и шайбой. Существуют также модификации соединений с расширяющейся гильзой, где болты выполняют функцию натяжения для расширительного элемента.
Конструктивно резьбовые соединения состоят из головки определенной формы (плоской шестигранной, сферической с внутренним выступом, круглой с шлицем, в виде кольца) и стержня с витками резьбы. Длинные болты, предназначенные для соединения деталей через отверстия, имеют неполную резьбу – только столько, сколько необходимо для движения гайки до точки затягивания. Это делается для снижения себестоимости и повышения прочности изделия на разрыв.
Параметры резьбы, такие как высота и профиль гребня, шаг, стандартизованы в различных системах. В настоящее время существует две классификации: европейский DIN (в России — ГОСТ) метрический и британский UN и американский UNC, где размеры измеряются в дюймах. Обе системы делятся на мелкий и крупный шаг.
В процессе монтажа и дальнейшей эксплуатации на болты, являющиеся основными элементами резьбового соединения, действуют различные виды нагрузок, которые учитываются при проектировании различных конструкций.
Известны следующие виды напряжений на резьбовые соединения:
1. Преднапряжение возникает при закручивании гайки и создании прижимного усилия. Это постоянно растущее сопротивление механической нагрузке.
2. Растягивание происходит из-за силы натяжения между головкой болта и участком со спиралью, где находится гайка. Величина этого напряжения имеет свой предел. При его превышении стержень будет растягиваться и в конечном итоге ломаться. Обычно это происходит под головкой изделия.
3. Трение возникает на начальных этапах закручивания и увеличивается в процессе затягивания из-за увеличения площади и силы прижима витков соединения.
4. Срезание, или срыв резьбы, происходит, когда крутящий момент превышает силу трения и расчетную прочность изделия. Причины могут быть связаны как с низким качеством изделия, так и с нарушением технологии монтажа.
Таким образом, резьбовые соединения являются одним из основных и наиболее распространенных способов соединения деталей в различных конструкциях. Они обладают необходимыми характеристиками надежности, простоты монтажа и долговечности, что актуально для многих задач проектирования и строительства.
Факторы, влияющие на момент затяжки
При монтаже резьбовых соединений ключевым параметром является момент затяжки, который отражает силу, необходимую для достижения требуемой прочности элементов конструкции. Недостаточная затяжка может привести к самораскручиванию болта под воздействием нагрузок, а излишняя сила может привести к обломке головки или разрушению резьбы, повреждению устанавливаемой детали. Именно поэтому техническая литература предоставляет информацию о моменте затяжки для различных типов крепежей.
Момент затяжки зависит от нескольких факторов. Болт по своей конструкции представляет собой шпильку с резьбой, которая может быть полной или неполной, метрической или дюймовой. К шпильке приваривается головка, на которую передается усилие при закручивании или откручивании болта. Шестигранные головки являются наиболее распространенными, но существуют и другие варианты, выбор которых зависит от условий монтажа и технических требований.
Под моментом затяжки понимается сила, необходимая для правильного монтажа болта. Этот параметр контролируется с помощью специального инструмента — динамометрического ключа. Значение момента указывается в специальных таблицах или технической документации для сборки и ремонта машин и оборудования.
Производители предлагают рекомендуемый момент затяжки для каждого типа болта. Его величина зависит от основных характеристик крепежа, таких как диаметр шпильки, шаг резьбы, материал, из которого изготовлен болт, вид головки и ее размер, а также тип резьбы (полная или неполная).
Длина крепежных элементов практически не влияет на момент затяжки. Болты с неполной резьбой как правило обладают большей прочностью у головки, что позволяет применять более сильную силу затяжки. Кроме основного шага резьбы, доступны также метизы с мелкой резьбой для применения в машиностроении и конструкциях, подверженных вибрационным нагрузкам.
Наиболее распространенным материалом для изготовления болтов является углеродистая сталь разных марок. Для повышения устойчивости к коррозии болты могут быть оцинкованы. Также для изготовления используют латунь, нержавеющую сталь и другие материалы. Класс прочности крепежа зависит от материала, из которого он изготовлен. Для метрических болтов этот показатель находится в диапазоне от 3.8 до 12.9, а для дюймовых — от 0 до 8. У метрических болтов класс прочности указывается на головке, а у дюймовых делаются насечки. Чем выше класс прочности, тем большую силу можно приложить при затяжке.
Таким образом, момент затяжки болтов зависит от материала, из которого они изготовлены, и геометрических размеров. Диаметр резьбовой шпильки является основным фактором, а остальные параметры, такие как длина, шаг резьбы, вид головки и размер, являются второстепенными, но также учитываются.
Еще одним важным параметром является материал детали или гайки, с помощью которых осуществляется крепление. По умолчанию предполагается использование гаек и шайб из того же материала, что и крепеж.
Определение момента затяжки
Для определения момента затяжки на конкретном болте необходимо использовать динамометрический ключ. Промышленность предлагает несколько видов таких инструментов.
Индикаторный ключ оснащается специальной системой, которая выводит прилагаемое усилие на механическую шкалу или электронный экран. Это надежная конструкция, и он применяется в строительстве, промышленности и машиностроении. Единственным минусом является недостаточная точность, так как погрешность может достигать 8%. В точном машиностроении это может стать проблемой.
Цифровой ключ представляет собой подвид индикаторного устройства. В его рукоятку встроен датчик крутящего момента и жидкокристаллический дисплей, на котором выводится прилагаемое затяжное усилие. Для удобства использования, при достижении нужного момента, может издаваться звук. Его также можно подключить к ноутбуку или компьютеру. В современных динамометрических ключах данного типа погрешность не превышает 1%.
Предельный ключ — еще один подвид, главной особенностью которого является возможность установки предельного усилия на болт. При достижении этого усилия срабатывает храповик, ключ начинает проскальзывать со щелчками, а затяжка прекращается. Это исключительно практичный инструмент, но нужно знать, что он имеет погрешность около 4%.
Для корректного определения затяжного момента необходимо соблюдать определенные правила:
— Болт устанавливается в посадочное место или поджимается гайкой.
— Первичная затяжка производится обычным рожковым или накидным ключом.
— Подбирается динамометрический ключ, максимальное значение которого минимально превышает необходимое для затяжки болта значение на 20%.
— Аккуратно подтягивается болт динамометрическим ключом до достижения нужной силы момента.
Если деталь затягивается несколькими болтами, требуется сделать контрольную подтяжку по кругу, чтобы избежать перекосов. Важно помнить, что динамометрическим ключом нельзя пользоваться как обычным ключом, он нужен только на конечном этапе затяжки с требуемым усилием.
Несмотря на то, что существуют способы затягивания болтов без динамометрического ключа, лучше всего приобрести качественный инструмент, который гарантирует надежность, прочность и долговечность монтажа конструкций, машин или оборудования.
Момент затяжки для болтов и гаек
Выбирая момент затяжки резьбового соединения, следует помнить о необходимости смазки в таком соединении, поскольку смазка или монтажная паста минимизирует трение в резьбе.
В таблице, приведённой ниже, представлены моменты затяжки для болтов и гаек из углеродистой стали с метрической резьбой, учитывая условие, что в таком соединении нет смазки.
Таблица средних значений момента затяжки метрических болтов на динамометрическом ключе
Резьба болта | Класс прочности 3.6 Нм | Класс прочности 4.6 Нм | Класс прочности 5.6 Нм | Класс прочности 5.8 Нм | Класс прочности 6.8 Нм | Класс прочности 8.8 Нм | Класс прочности 9.8 Нм | Класс прочности 10.9 Нм | Класс прочности 12.9 Нм | Размер головки болта, мм |
М 1.6 | 0.05 | 0.07 | 0.09 | 0.11 | 0.14 | 0.18 | 0.21 | 0.26 | 0.31 | 3.2 |
М 2 | 0.11 | 0.14 | 0.18 | 0.24 | 0.28 | 0.38 | 0.42 | 0.53 | 0.63 | 4 |
М 2.5 | 0.22 | 0.29 | 0.36 | 0.48 | 0.58 | 0.78 | 0.87 | 1.09 | 1.31 | 5 |
М 3 | 0.38 | 0.51 | 0.63 | 0.84 | 1.01 | 1.35 | 1.52 | 1.9 | 2.27 | 5.5 |
М 4 | 0.71 | 0.95 | 1.19 | 1.59 | 1.91 | 2.54 | 2.86 | 3.57 | 4.29 | 7 |
М 5 | 1.71 | 2.28 | 2.85 | 3.8 | 4.56 | 6.09 | 6.85 | 8.56 | 10.3 | 8 |
М 6 | 2.94 | 3.92 | 4.91 | 6.54 | 7.85 | 10.5 | 11.8 | 14.7 | 17.7 | 10 |
М 8 | 7.11 | 9.48 | 11.9 | 15.8 | 19 | 25.3 | 28.4 | 35.5 | 42.7 | 13 |
М 10 | 14.3 | 19.1 | 23.8 | 31.8 | 38.1 | 50.8 | 57.2 | 71.5 | 85.8 | 17 |
М 12 | 24.4 | 32.6 | 40.7 | 54.3 | 65.1 | 86.9 | 97.7 | 122 | 147 | 19 |
М 14 | 39 | 52 | 65 | 86.6 | 104 | 139 | 156 | 195 | 234 | 22 |
М 16 | 59.9 | 79.9 | 99.8 | 133 | 160 | 213 | 240 | 299 | 359 | 24 |
М 18 | 82.5 | 110 | 138 | 183 | 220 | 293 | 330 | 413 | 495 | 27 |
М 20 | 117 | 156 | 195 | 260 | 312 | 416 | 468 | 585 | 702 | 30 |
М 22 | 158 | 211 | 264 | 352 | 422 | 563 | 634 | 792 | 950 | 32 |
М 24 | 202 | 270 | 337 | 449 | 539 | 719 | 809 | 1011 | 1213 | 36 |
М 27 | 298 | 398 | 497 | 663 | 795 | 1060 | 1193 | 1491 | 1789 | 41 |
М 30 | 405 | 540 | 675 | 900 | 1080 | 1440 | 1620 | 2025 | 2430 | 46 |
М 33 | 550 | 734 | 917 | 1223 | 1467 | 1956 | 2201 | 2751 | 3301 | 50 |
М 36 | 708 | 944 | 1180 | 1573 | 1888 | 2517 | 2832 | 3540 | 4248 | 55 |
М 39 | 919 | 1226 | 1532 | 2043 | 2452 | 3269 | 3678 | 4597 | 5517 | 60 |
М 42 | 11391 | 1518 | 1898 | 2530 | 3036 | 4049 | 4555 | 5693 | 6832 | 65 |
М 45 | 1425 | 1900 | 2375 | 3167 | 3800 | 5067 | 5701 | 7126 | 8551 | 70 |
М 48 | 1716 | 2288 | 2860 | 3813 | 4576 | 6101 | 6864 | 8580 | 10296 | 75 |
М 52 | 2210 | 2947 | 3684 | 4912 | 5895 | 7859 | 8842 | 11052 | 13263 | 80 |
М 56 | 2737 | 3650 | 4562 | 6083 | 7300 | 9133 | 10950 | 13687 | 16425 | 85 |
М 60 | 3404 | 4538 | 5673 | 7564 | 9076 | 12102 | 13614 | 17018 | 20422 | 90 |
М 64 | 4100 | 5466 | 6833 | 9110 | 10932 | 14576 | 16398 | 20498 | 24597 | 95 |
М 68 | 4963 | 6617 | 8271 | 11029 | 13234 | 17646 | 19851 | 24814 | 29777 | 100 |
Крутящий момент
Процесс создания надежных соединений имеет важный аспект – крутящий момент и его угол затяжки. Прочность и надежность являются основными критериями при рассмотрении крутящего момента в соединениях. Для измерения показателей затяжки используются специальные инструменты, которые могут производить измерения в процессе закручивания или после его завершения. Значение крутящего момента может значительно различаться в зависимости от требований к соединениям. Особенно высокие требования предъявляются к ответственным узлам транспортных средств, в то время как для блоков регулировки этот показатель не играет такой значимой роли.
Для достижения наивысших показателей соединений с использованием болтов, технические характеристики этих болтов должны включать информацию об угле затяжки. Угол затяжки используется для проверки качества будущего соединения, где будут присутствовать прокладки. Чтобы удостовериться в соответствии болта маркировке, проводят измерение угла до контакта головки болта соединяемой детали, а также до полного затяжения.
Возможные ошибки при затяжке болтов
Ошибки при затяжке могут привести к проблемам. Главной задачей при контролируемом закручивании болтов с установленным моментом затяжки является достижение желаемого усилия сжатия, соответствующего классу изделия. Однако, даже строгое соблюдение всех нормативов не может гарантировать, что соединение будет выдерживать расчетную нагрузку. Всегда существует вероятность скрытых дефектов или возникновения погрешностей при затяжке резьбового соединения.
Наиболее распространенной причиной возникновения проблем является состояние резьбы. Деформация, сколы, недостаточная прочность или длина резьбы создают дополнительное сопротивление при закручивании. В таких случаях прибор может показывать нужное значение, прежде чем достигнут требуемый момент сжатия. Повреждения резьбы можно обнаружить визуально или проверкой метизов перед установкой, путем сравнения углов затяжки с контрольными показателями.