Виды крепежных резьбовых соединений
В машиностроении применяют три основных вида резьбовых крепежных соединений: 1) болтами с гайками (рис. 65, I); 2) ввертными болтами (винтами) (рис. 65, II, III); 3) шпильками (рис. 65, IV, V).
1. Соединение болтами применимо только при возможности выполнения сквозных отверстий в стягиваемых деталях. Монтаж болтовых соединений не особенно удобен: требуется страховка болта от проворачивания при затяжке гайки. Желательна фиксация болта в осевом направлении при затяжке. При монтаже приходится манипулировать двумя деталями — болтом и гайкой.
2. Соединение ввертными болтами применяют при глухом нарезном отверстии (рис. 65, II), когда невозможно применить болт с гайкой, или при сквозном нарезном отверстии (рис. 65, III), когда возможна установка болта только с одной стороны соединения. Инертные болты по конструкции аналогичны болтам с навертной гайкой.
Деталь с нарезным отверстием должна быть выполнена из материала, который хорошо держит резьбу (например, стали, ковкого и высокопрочного чугуна, титанового сплава, бронзы). В деталях из мягких сплавов (алюминиевых, магниевых, цинковых и т. д.) требуется введение промежуточных нарезных втулок (футорок) из более твердого металла.
Нежелательно выполнение нарезных отверстий в деталях из серого чугуна для часто разбираемых соединений (резьба в сером чугуне склонна к выкрашиванию и быстро изнашивается), а также в деталях из коррозионностойких сталей (нарезание резьбы сопряжено с большими трудностями из-за вязкости сплава). При износе резьбы деталь с нарезным отверстием выходит из строя, исправить се можно только установкой нарезных втулок (если это допускает конструкция детали).
Соединение имеет определенное ограничение по высоте стягиваемых деталей: осуществить правильную затяжку длинных болтов затруднительно из-за неустранимого скручивания стержня болта при затяжке.
При сборке и разборке манипулируют одной деталью — болтом, что представляет определенное преимущество перед болтовым соединением, где приходится манипулировать болтом и гайкой.
3. Соединение шпильками в основном применяют для деталей из мягких (алюминиевых и магниевых сплавов) или хрупких (серого чугуна) материалов, а также при глухих или сквозных нарезных отверстиях (рис. 65, IV, V) в случаях, когда невозможна установка ввертных болтов.
Ввертный конец шпильки устанавливают в нарезном гнезде наглухо и притом по большей части с натягом. В этих условиях резьбовое соединение детали даже из мягких металлов получается достаточно надежным. При срыве или повреждении резьбы деталь с нарезными отверстиями выходит из строя; исправить ее можно только установкой нарезных втулок. При обрыве шпильки удаление ввертного ее конца из гнезда затруднительно.
Сборка и разборка соединения имеет особенности: детали можно соединять и разъединять только в направлении, перпендикулярном к плоскости стыка, приподнимая снимаемую деталь на полную высоту шпилек. Этим соединение существенно отличается от болтового соединения и соединения ввертными болтами, где возможен, при удаленных болтах, сдвиг деталей параллельно плоскости стыка. При сборке и разборке манипулируют одной деталью — гайкой.
Соединение шпильками вызывает определенные неудобства при сборке: выступающие концы шпилек затрудняют доступ к соседним деталям. Особенно ощущается этот недостаток в многошпилечных соединениях с «частоколом» длинных шпилек.
Кроме описанных основных видов соединений возможны и промежуточные. К ним относится, например, нередко применяемое соединение, изображенное на рис. 65, VI. Болт закрепляют с помощью гайки в гладком отверстии одной детали; другую деталь притягивают гайкой, навертываемой на свободный конец болта. Постоянное закрепление болта в одной детали и наличие свободного навертного конца болта делают похожим это соединение на шпилечное; крепление болта в гладком отверстии с помощью гайки — на болтовое соединение.
Сравнивая различные типы крепежных соединений с точки зрения компоновки, можно отметить как положительную особенность, что ввертные болты и шпильки допускают гораздо большую свободу в выборе форм деталей, чем болты.
Соединение болтами (рис. 66, I) требует наличия фланцев, которые лимитируют размеры и определяют форму внешних контуров деталей.
Соединение на шпильках и на ввертных болтах расширяет свободу формообразования. При соединении на шпильках можно сохранить фланцевую форму (рис. 66, II) или значительно видоизменить одну из корпусных деталей и при тех же координатах расположения крепежных деталей изменить (сделать большими) размеры одной из деталей (рис. 66, III—VI) с целью увеличения ее жесткости.
Возможности формоизменения детали при соединении на ввертных болтах аналогичны.
Крепежные детали рядового назначения изготовляют чаще всего из стали 45, ответственного назначения (шатунные болты, силовые шпильки и т. д.) — из хромистых сталей типа 40Х, хромансиля типа З0ХГС, жаропрочных сталей типа З0ХМ, 50ХФА, 25Х12М1Ф, из коррозионностойких сталей типа 30X13, 40X13.
Шпильки со стержнем диаметром, равным диаметру резьбы, изготовляют обычно из прутков с повышенной чистотой (качеством) поверхности и повышенной точностью размеров (серебрянка). Поверхность гладкой части стержня оставляют необработанной. Болты из непластичных сталей изготовляют из круглого проката с высадкой головки в горячем состоянии, а из пластичных сталей — в холодном.
В серийном и массовом производстве резьбу нарезают методами вихревого нарезания и фрезерования. Наиболее производительным и вместе е тем обеспечивающим наивысшую прочность резьбы является метод накатывания резьбы.
Болты и шпильки с утоненными стержнями изготовляют из круглых заготовок обтачиванием. Диаметры стержней крепежных деталей ответственного назначения уменьшают уковкой стержня на ротационно-ковочных машинах.
Источник
Проверяем фиксаторы резьбы: какой выбрать?
Принцип действия и методика испытаний
Термин «анаэробные» пришел в технику из биологии. Так называются микробы, которые предпочитают существовать и развиваться в отсутствие кислорода. Кстати, именно поэтому все приобретенные нами тюбики с анаэробными составами продаются полупустыми: для хранения им нужен воздух! А при попадании в ограниченный объем без притока воздуха (например, в резьбовой зазор) состав быстро полимеризуется, то есть затвердевает. Подобные средства используются не только для стопорения резьбовых соединений, но и для герметизации сварных швов, уплотнения фланцев, склеивания плоских поверхностей.
Зачем понадобилась замена гроверам и прочим древним средствам? Повысился класс точности резьбы, в производстве применяются оптимальные моменты затяжки, используются болты с увеличенной опорной поверхностью. Поэтому дедовские способы практически вымерли: на современной машине гровер уже почти не сыскать. А вот составы-фиксаторы применяют всё чаще — при креплении тормозных суппортов, шкивов распределительных валов, в коробках передач, рулевых механизмах.
Для испытания анаэробных фиксаторов мы подготовили крепежные элементы с резьбой М10×1,25 — болты и гайки. Для каждого проверяемого средства брали болт вместе с навернутой на него гайкой, предварительно очистив и обезжирив их, обрабатывали резьбовую часть болта фиксатором, после чего накручивали на нее вторую гайку с небольшим фиксированным моментом затяжки (0,1 Н·м). Малая величина момента затяжки выбрана для того, чтобы она не оказывала влияния на итоговый замер, целью которого является определение момента отвертывания на незатянутом резьбовом соединении. Иными словами, мы проверяли исключительно действие фиксаторов, а не собственные мускулы. Каждое из резьбовых соединений было пронумеровано согласно условному номеру фиксатора, которым она обрабатывалась.
Производители по-разному декларируют способности препаратов, но в основном используется цветовая градация. Красный цвет говорит о том, что перед нами средство с максимально возможными способностями — термостойкое и даже «неразъемное». Синий цвет свидетельствует о более скромных фиксирующих возможностях — соединение останется разъемным. Встречаются и совсем слабые препараты — зеленые.
Не советуем ориентироваться только на цвет: точную информацию о назначении изделия ищите либо на упаковке, либо в описании. Однако и тут не всё прозрачно. Например, с какого момента соединение объявляется «неразъемным», из описаний не понять. Некоторые производители указывают момент сопротивления, который обеспечивает их средство, но при этом не говорят про соответствующий размер резьбового соединения. А это важно, ведь крошечный винтик от очков требует куда меньшего момента для отвертывания, чем огромная ступичная гайка. В народе бытует мнение, что «на сильный фиксатор соберешь — и всё». Но это не так. Сильные фиксаторы действительно могут умертвить мелкий крепеж, но никакой герметик не превратит в монолит даже среднеразмерные соединения, например в подвеске автомобиля с резьбами М10…М14.
Именно поэтому мы решили испытывать все приобретенные препараты по единой методике. После 24‑часовой выдержки при комнатной температуре каждое соединение поочередно зажималось на неподвижной станине так, чтобы головка поверенного динамометрического ключа захватывала только верхнюю гайку, которую и предстояло открутить. Начальный момент, установленный на ключе, равен 5 Н·м, что менее 10% от максимального момента затяжки такого крепежа (на соединениях М10 в автомобилях момент доходит до 80 Н·м). Если соединение выдерживало заданное усилие, момент последовательно увеличивали с шагом 5 Н·м. Чем выше момент, при котором резьбовое соединение начинало раскручиваться, тем выше качество проверяемого фиксатора.
Итоговую оценку корректировали с оглядкой на обещания производителя: те средства, чьи описания ничего не сулили, получали щадящую оценку, в то время как мощные «красные», откровенно недотягивающие до заявленных показателей, подвергались более жесткой критике. Заодно оценивали вязкость препаратов. Они заметно разнятся по этому параметру, но прямой взаимосвязи между вязкостью и профпригодностью средства мы не обнаружили.
Между прочим, фиксаторы защищают резьбу от окисления и герметизируют соединение. А то порой самым лучшим фиксатором является ржавчина. Заодно с анаэробными фиксаторами решили испытать иные способы стопорения соединений — просто для сравнения. О них — чуть ниже.
Примерная цена 70 руб.
Заявленная масса 2 г
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 4 до 12 мм
Жидкий, как водичка, герметик сдался на первом же испытании. Впрочем, его инструкция ничего конкретного и не обещала.
Примерная цена 190 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы 6–20 мм
Удаляемый американский фиксатор самоудалился на первом же шаге испытаний — при минимальном приложенном усилии 5 Н·м.
Примерная цена 190 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы 9,5–25 мм
Довольно жиденький состав успешно выдержал приложенный момент 5 Н·м, однако сдался на следующем рубеже — 10 Н·м. Результат слабый, но подавляющее большинство препаратов не смогло и этого.
Примерная цена 150 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы не указан
Довольно густое средство обещало продержаться до момента 35 Н·м. Трудно сказать, что имели в виду производители, но для отвертывания наших болтов и гаек не потребовалось более 5 Н·м. Незачет.
Примерная цена 150 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы не указан
Густой герметик обещал выстоять до момента 35 Н·м, но на практике сдался при 10 Н·м. Лучше, чем многие, но по сути — неважно.
Примерная цена 150 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы не указан
Средство обещало продержаться до момента 17 Н·м, причем независимо от диаметра резьбы. А рекомендуемый диапазон применения по диаметру резьбы не указан. Результат негативный: соединение легко раскрутилось уже при скромных 5 Н·м. Незачет.
Примерная цена 290 руб.
Заявленный объем 3 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 5 до 25 мм
Средство средней консистенции выдержало момент 5 Н·м, но на втором шаге сдалось. Что ж, большинство и этого не смогло.
Примерная цена 390 руб.
Заявленный объем 10 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 2 до 27 мм
Довольно текучее средство ничем себя не проявило, позволив гайке открутиться при первой же попытке. Но и конкретных обещаний не было.
Примерная цена 310 руб.
Заявленный объем 3 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы 8–25 мм
Дорогущее американское средство скромного объема ничего, кроме гонора, не продемонстрировало. Фиксатор средней текучести сдался при первом же контакте с динамометрическим ключом. А как же определение «высокопрочный»? Незачет!
Примерная цена 105 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 20 мм
Российское средство — субстанция средней вязкости. Испытания закончились очень быстро: приложенный момент 5 Н·м мгновенно стронул гайку с места. Впрочем, производитель никаких конкретных обещаний не давал.
Примерная цена 105 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 25 мм
Довольно густой состав на практике повел себя так же плохо, как и его коллега под номером 10: при первой же попытке гайка легко отвернулась. И это называется «неразъемный»? Незачет.
Примерная цена 190 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 9 до 25 мм
Не самое густое средство, склонное к каплепадению, выиграло соревнования с большим отрывом от соперников! Стронуть с места зафиксированную им гайку удалось, только приложив момент 30 Н·м. Отлично!
Примерная цена 190 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 6 до 20 мм
Жиденький состав отказался выполнять свои обязанности, сдавшись на первом же этапе проверки. Будем считать, что это и означает «среднепрочность».
Примерная цена 160 руб.
Заявленный объем 9 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 20 мм и более
Как понимать противоречивую формулировку «до 20 мм и более»? Для любой резьбы? Звучит оптимистично, да и момент обещан не менее 35 Н·м. Но результат оказался никакой — средство неоднородной консистенции сдалось на первом шаге, при одном только виде ключа. Незачет.
Примерная цена 160 руб.
Заявленный объем 9 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 20 мм
Средство обещало фиксировать крепеж до момента 35 Н·м, но дело не заладилось с самого начала. Пузырек с винтовой пробкой сразу протек — запаянные средства лучше! Жидкость средней консистенции после требуемой выдержки сдалась при первом же касании ключа. Незачет.
Примерная цена 160 руб.
Заявленный объем 9 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 20 мм
Жиденькое средство заявляло о готовности продержаться до 17 Н·м. Не получилось: соединение раскрутилось при моменте меньше 10 Н·м. Наша оценка: удовлетворительно.
Примерная цена 300 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 6 мм
Это средство не рассчитано на диаметр резьбы 10 мм, но нам захотелось попробовать — а вдруг? Однако никакого «вдруг» не случилось: гайка отвернулась с первой попытки. Но придираться не будем: средство и заявлено как слабенькое.
Примерная цена 285 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 10 до 38 мм
Густое средство ослабило хватку только при моменте 25 Н·м. Это второй результат в нашей выборке. Очень хорошо!
Примерная цена 225 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы 6–20 мм
Довольно густое американское средство при испытаниях сдалось практически мгновенно — уже при моменте 5 Н·м. Но ничего особенного препарат и не обещал.
Примерная цена 220 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 10 до 25 мм
Герметик средней густоты сдался при минимальном моменте. И зачем было объявлять о высокой стойкости? Незачет.
Примерная цена 260 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 15 мм
По текучести это средство идентично воде. И по эффекту — та же вода. При первой же попытке гайка сразу стронулась с места. Но ничего особенного производитель и не заявлял.
Кто кого зафиксировал?
Ну что сказать? Общее впечатление довольно жалкое. Из двадцати одного испытанного препарата только шесть смогли выдержать скромненький начальный момент 5 Н·м и только два из оставшихся продвинулись дальше 10 Н·м.
Впрочем, тефлоновая гайка и гроверная шайба также сошли с дистанции на первом же этапе. И лак для ногтей оказался профнепригодным в серьезных делах. Чуть дольше продержался внезачетный клей, оставшийся после предыдущих экспертиз, — он сдался при нагрузке 10 Н·м. А самое любопытное, что при моменте 30 Н·м… срезало шплинт! Казалось бы, металлическая деталька прослужит подольше, но она лишь повторила результаты лучшего из проверенных нами препаратов.
Победителем стал американский препарат IMG MG‑414 High Strength. Кстати, он далеко не самый дорогой. Второй результат тоже у «американца» — это Permatex 24026. Третье место при таких результатах испытаний присуждать нет смысла.
Полученные результаты относятся к конкретной выборке фиксаторов резьбы и не могут служить характеристикой всей продукции фирмы в целом.
И еще. Помните: чем больше площадь обработанной поверхности, тем сильнее фиксатор в нее «вцепится».
Но не бойтесь применять фиксаторы: наш эксперимент показал, что в случае необходимости вы гарантированно отвернете любое обработанное ими соединение в автомобиле.
Чем фиксируют соединения
Гровер [1]. Это пружинная разрезная шайба, используемая в качестве контрящего элемента. Гроверы нельзя применять на деформируемых материалах вроде алюминия и его сплавов, а также на меди или бронзе.
Полимерная вставка [2]. В специальную канавку вставлена втулка, деформируемая при навертывании гайки на резьбу. После затягивания полимерная вставка увеличивает трение, препятствуя возможному ослаблению соединения от тряски. Недостатком подобного крепежа является ограниченное количество операций сборки/разборки.
Отгибная шайба [3]. Подобные шайбы обычно изготавливают из мягкой стали и снабжают лапками. Одну из лапок отгибают на грань гайки, которую необходимо зафиксировать от отвертывания, а другую фиксируют по возможности на стягиваемой детали. Понятно, что такие детали относятся к одноразовым.
Клей или косметический лак [4]. Из подручных средств для стопорения резьбы часто применяют лак для ногтей или клей. Основное достоинство таких приемов — простота и уверенность в том, что хуже не будет. Но указанные препараты работают не по прямому назначению, поэтому не стóит ждать от них серьезной защиты.
Шплинт [5]. Металлический стерженек вставляют в сквозное отверстие и загибают его концы. Пока шплинт на месте, гайка не открутится. Понятно, что применять шплинты можно только со специальными гайками и болтами, имеющими отверстие. Кроме того, они не помогут зафиксировать болт или шпильку в теле детали.
Гайка с контровочным буртиком. Те, кто имел дело с передними ступицами Жигулей, наверняка помнят крупную гайку, у которой тонкий буртик следовало в двух местах загнуть в пазы цапфы. Недостаток такого решения — потребность в специальной детали типа болт и довольно редкой гайке.
Контргайка. Самое примитивное решение в борьбе с самооткручиванием — контргайки. Дополнительная гайка прижимается к основной и стопорит ее. Такое решение не везде можно использовать — требуется достаточное место на резьбовой части шпильки или болта.
Источник
