Машиностроительный крепёж

Скачать: ГОСТ 7805-70     Скачать: ГОСТ 10299-80       Скачать: ГОСТ 10300-80   

Скачать: ГОСТ 17473-80           Скачать: ГОСТ 17475-80

Болт

Болт — это крепёжное устройство в виде стержня, на одном конце которого выполнена резьба, а на другом конце — головка. Резьба может быть выполнена вдоль всего стержня до головки, а может быть нарезана только частично на стержне болта. Резьба на болте может быть как метрической, так и дюймовой, кроме того резьба бывает левой и правой. При изготовлении болтов могут использоваться различные металлы и даже пластмассы, но чаще всего их изготавливают из стали. Головка болта служит для опоры на деталь, которую крепят с помощью болта и для того, чтобы болт закручивать с помощью ключа. Для этого головка чаще всего изготавливается шестигранной, но может быть и иной, например, четырёхгранной. Чтобы болте проворачивался, под головкой часть стержня делают гранённой. Головка болта может быть выполнена в виде кольца, ось которого перпендикулярна оси болта, тогда получается рым болт. Если на месте головки крюк, то это крюк болт и т.д.

Болт — наиболее известное резьбовое крепежное устройство. Конструкция и размеры болтов с шестигранной головкой определяется ГОСТом 7805-70. В обобщённом виде конструкция таких болтов представлена на рис. 1.

Рисунок1. Обобщенная конструкция болтов с шестигранной головкой.

Размеры указаны в буквенном виде согласно ГОСТу 7805-70.

Болт наиболее эффективный и сравнительно простой в применении элемент резьбовых соединений, резьбового крепежа. Для скрепления двух деталей в них выполняются отверстия по диаметру стержня болта, в отверстия вставляют болт, на резьбовую часть болта навинчивают гайку и затем затягивают её с помощью гаечного ключа. Получается прочное и надёжное крепление. Например, так скрепляют рельсы железнодорожного полотна. Другой пример применения резьбового крепежа болтом заключается в том, что в одной детали выполняется гладкое отверстие, а в другой — отверстие с резьбой под резьбу болта. Болт вставляют в гладкое отверстие, а затем вворачивают в отверстие с резьбой, выполненное в другой детали. Когда головка болта коснётся поверхности детали, болт затягивают ключом. При этом важно не прилагать слишком больших усилий, чтобы не разрушить болт. Примером такого применения резьбового крепежа является крепление колёс автомобиля к ступице полуоси.

Болты применяются в самых разных отраслях промышленности: в строительстве, в машиностроении, в мебельной промышленности, в бытовой технике.

Когда болтом скрепляют детали или конструкции, прежде всего возникает вопрос, выдержит ли болт ту нагрузку, которая будет к нему приложена. Для ответственных конструкций ещё на этапе конструирования размеры болтов рассчитываются по формулам. В менее ответственных случаях важно, чтобы при затягивании болта не разрушить его чрезмерным усилием. Для этого применяются гаечные ключи с ограниченной длиной рычага. Длину рычага ключа ограничивают величиной, превышающей диаметр болта в 15-20 раз, но не более.

Болты изготавливают из различных металлов, но чаще всего из стали СТ-20, СТ-35. Для ориентировочной, но гарантированной оценки прочности болта, можно воспользоваться табл. 1.

Таблица 1. Допустимые нагрузки на болты с метрической резьбой из стали 35

Диаметр болта, мм	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24	27	30	36
Нагрузка, кГс	120	220	380	580	850	1200	1600	2400	3200	4000	5300	7400	11000

Если сечение болта по длине стержня имеет переменное значение, то прочность оценивается по сечению наименьшего диаметра. В групповом резьбовом соединении затяжка болтов производится в определённой последовательности, исключающей изгиб детали, перекос, коробление, стягивание деталей. Болты, расположенные по длине детали, начинают затягивать после того, как их завернули до касания головки с поверхность детали. Затягивают, начиная со средних болтов, постепенно передвигаясь к краям в два-три приёма. Кода болты расположены по кругу, то их затягивают крест-на-крест также в два-три приёма.

Шпилька

Шпилька - вид крепёжного устройства, которое представляет из себя стержень, на котором выполнена резьба. Резьба на шпильке выполняется как по всей длине и одинакового размера, так и только на концах шпильки. Часто на концах шпилек резьба выполняется разного размера и на разную длину от концов. Как правило, такой приём нарезания резьбы диктуется различием свойств материала скрепляемых деталей.

Чаще всего шпильки изготавливаются из стали. Медные, латунные и алюминиевые шпильки можно встретить лишь в электротехнических изделиях. Стальные шпильки изготавливают как без покрытий, так и с покрытием, например, оцинкованные. Перечень видов, размеров шпилек и размеров резьб, выполненных на них, чрезвычайно широк.

Если круглый стержень имеет наружную резьбу по всей длине или только на концах стержня, то это и есть крепёжное устройство, называемое шпилькой. На шпильках, также как и на болтах и винтах применяют метрическую резьбу. Поскольку шпилька зачастую с одним концом вворачивается в корпус изделия, а на другой конец навинчивается гайка, то и резьбы на концах могут быть разными по диаметру и по шагу резьбы. Тот конец шпильки, который ввинчивается в корпус, должен иметь резьбу, которая позволила бы ввернуть шпильку с натягом. Натяг может быть осуществлён за счёт:

• конического сбега резьбы;
• тугой резьбой с натягом по среднему диаметру резьбы;
• упорным буртом шпильки.

Шпильки также устанавливают на клею, например, на основе железного или свинцового сурика или белил.

Если шпильку вворачивают в материал более мягкий, чем металл, из которого изготовлена шпилька, то важно, чтобы резьба на шпильке была неповрежденной, иначе резьба на шпильке испортит резьбу в корпусе и шпилька будет слабо держаться.

Шпилька, особенно длинная, должна располагаться перпендикулярно поверхности, в которую она ввинчивается. Перекос может привести к разрушению шпильки при затягивании гайки.

Чтобы шпилька не вывинчивалась из корпуса при отвинчивании гайки гаечный конец шпильки смазывают густой смазкой. Существует способ, обеспечивающий достаточно плотную посадку шпильки в корпусе.

Применение шпилек часто связано с тем, что резьбы на концах выполняют разные по диаметру и размерам шага резьбы. Это связано с материалом скрепляемых деталей.

Резьба на шпильках	Длина отверстия под шпильку (мм)	Размер фаски, С (мм)	Момент Мз завинчивания, кГсм*	Мт кГсм для шпилек из стали марки:
				ст. 45	38ХА	30ХГСА
М5	4,5 — 4,65	0,5	0,5/0,2	0,9	1,4	1,68
М6	5,35 — 5,5	1	0,75/0,35	1,6	2,5	3
М8	7,2 — 7,4		2,15/1,3	3,8	6	7,2
М10	9,0 — 9,25	1,5	4/3,2	9,5	14,7	17,6
М12	10,85 — 11,1		10,7/6,6	17,3	26,8	32

*В числителе даны максимальные значения момента Мз, а в знаменателе — минимальные Мт — крутящий момент, при котором в материале шпильки возникают пластические деформации.

Шпильку вворачивают специальным приспособлением. Перед этим шпильку смазывают. При вворачивании шпилька сама нарезает себе резьбу в гладком отверстии. В простейшем случае шпильку вворачивают путем навинчивания на гаечный конец гайки с глухим отверстием.

Гайка

Гайка — это крепёжный элемент, который применяется в паре с болтом или шпилькой. Гайка как правило имеет шестигранную форму, а толщина её определяется тем, чтобы в её отверстии можно было нарезать не менее шести витков резьбы, что достаточно для надёжного скрепления деталей с помощью данной гайки. Гайку как правило изготавливают из более мягкого металла, чем болт или шпилька. Кроме шестигранных, гайки могут быть и четырёхгранными, круглыми с ребристой накаткой или гайка - «барашек». Непременным условием является соответствие размеров резьбы болта и гайки.

Формы, размеры и назначение гаек очень разнообразны. Их изготавливают как без покрытия, так и с покрытиями: фосфатирование, оксидирование, цинкование. Гайки изготавливают с устройствами, препятствующими их самопроизвольному отвинчиванию — самоконтрящиеся с капроновыми вставками и корончатые с пазами под шплинт, с ребристыми торцевыми поверхностями.

Высота гаек обычно выбирается из расчёта, что в ней будет 5-7 витков резьбы или, если исходить из диаметров резьбы d, то высоту гайки берут:

• для стали — 1-1,25d;
• для чугуна — 1,25-1,5d;
• для алюминия и магниевых сплавов — 1,5-2d.

Гайки с крупной резьбой применяются там, где на элементы скрепляемых конструкций действуют статические или незначительные переменные нагрузки. Гайки с крупной резьбой применяют, например, при сборке каркасов промышленных установок, опор высоковольтных линий электропередач, при сборке различных павильонов.

При работе устройств в условиях вибрации, значительных знакопеременных нагрузках, а также при значительных температурных перепадах мелкая резьба крепежа работает лучше по сравнению с крупной. Поэтому в таких случаях применяют гайки с мелкой резьбой. Они надёжнее противостоят самоотвинчиванию. Их применяют в двигателях и других механизмах, которые при работе создают вибрацию и толчки.

Гайки могут быть самых различных конструкций. Самые типичные конструкции представлены на рис. 2.

Рисунок 2.

Кроме того, согласно ГОСТ 24671-81, размеры их под ключ S могут быть нормальными и уменьшенными (см. табл.1).

Основные размеры шестигранных гаек по ГОСТ 24671-81 и опорных поверхностей под гайки и шайбы по ГОСТ 12876-67 (мм) (наиболее употребительные размеры)

Номинальный размер резьбы (мм)	Размер S (мм)		Высота гайки (мм)	Размер опор под шестигранные гайки и шайбы для них (мм)
	Номинальный	Уменьшенный		D	D1
M5	8	-	4	12	16
M6	10	-	5	14	18
M8	13	12	6.5	20	24
M10	17	14	8	26	30
M12	19	17	10	28	34
M14	22	19	11	32	36
M16	24	22	13	34	40
M18	27	24	15	38	42
M20	30	27	16	40	45
M22	32	30	18	42	48
M24	36	32	19	50	55

Винт

Винты являются элементами крепежа — это разновидность болтов. Головки винтов чрезвычайно разнообразны по форме. Их головки могут быть, как у болтов, шестигранные, в потай, полукруглые, цилиндрические, в виде усечённого конуса и т.д. и т.п. Шлицы на головках выполняются как под плоскую отвёртку, так и под крестовую.

Металл, из которого изготавливают винты, самый разнообразный. для электротехнических изделий их изготавливают из латуни, бронзы и меди, часто даже серебрят. Для машиностроения их чаще всего изготавливают из стали.

Винты выпускаются как без покрытий, так и с антикоррозийными и декоративными покрытиями. их оксидируют, фосфатируют, оцинковывают, никелируют, хромируют.

Винт — это крепежное резьбовое изделие, выполненное в виде стержня с наружной резьбой на одном конце и головкой на другом. Головка винта в отличие от головки болта имеет более широкий ряд форм и размеров. Основным признаком винта является наличие на шляпке шлицов для передачи крутящего момента при его завинчивании. Шлицы выполняются в торце головки под различные типы отвёрток: плоскую, крестообразную. Выполняются и комбинированные шлицы (это углубление специальной формы), которые позволяют применять как плоскую, так и крестообразную отвёртку. Форма шлица также может быть трёхгранной, шестигранной или под звёздочку. На головке винта может быть выполнена накатка для завинчивания винта вручную без применения инструмента. В стопорных контрящих винтах при отсутствии головки шлицы выполняются в торце винта. Винт может быть невыпадающим — это такой винт, у которого диаметр гладкой части стержня меньше внутреннего диаметра резьбы. Винт с концом специальной формы служит для фиксации различных деталей относительно друг друга. Специальная форма конца винта может быть конической, плоской, цилиндрической и др.

Винт-саморез образует своей специальной резьбой резьбу в отверстии в одной из соединяемых деталей, пластмассовых, деревянных, металлических. Винты, которые работают в условиях вибрации, выполняются с головкой, имеющей отверстие для контровочной проволоки.

Размеры резьб с крупным шагом для диаметров винтов от 3 до 10 мм. представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Диаметр резьбы d, мм	3	3,5	4	4,5	5	6	7	8	9	10
Шаг резьбы S, мм	0,5	0,6	0,7	0,75	0,8	1	1	1,25	1,25	1,5

Возможность применения резьб с мелким шагом для винтов от 3 до 10 мм. представлены в табл. 3

Таблица 3.

Шаг резьбы	Диаметр резьбы
	3	3,5	4	4,5	5	6	7	8	9	10
S=0.35	X	X
S=0.5			X	X	X	X	X	X	X	X
S=0.75								X	X	X
S=1								X	X	X
S=1.25										X

Шайба

Шайба является важным элементом крепежа. Шайбу подкладывают под головку болта и под гайку с целью снизить концентрацию напряжения под головкой и под гайкой при их затяжке вокруг отверстия, в которое вставлен болт. Кроме того увеличенная шайба позволяет рассредоточить нагрузку на большей площади. Шайбы бывают контрящие в виде розочки с контрящим усом и пружинные. пружинные шайбы, или шайбы гровера, представляют из себя один виток пружины, навитой из проволоки прямоугольного сечения. Каждый такой виток, выполненный из пружинного металла и закалённый, представляет из себя надёжный контровочный элемент.

Сборка резьбового крепежа всегда предполагает применение шайб. Они необходимы для того, чтобы не повредить поверхности скрепляемых деталей. Ставят шайбы как под шляпку болта или винта, так и под гайку. Грамотное использование шайб допускает использование шайб тех размеров, внутренний диаметр которых равен диаметру болта, винта или шпильки. Больший диаметр отверстия шайбы приведёт к перекосу шайбы, что при затягивании резьбового соединения приведёт к неравномерному распределению нагрузок как на крепёж, так и на скрепляемые детали, к местному перенапряжению в материале скрепляемых деталей и смятию резьбы. При каждой разборке и сборке резьбовых соединений прокладки желательно менять, особенно шайбы гровера. В случае, когда гайка или шляпка болта опирается на мягкий материал, например древесину, пластмассу, применяют шайбы с увеличенным внешним диаметром.

Применение шайб позволяет устранить перекосы, распределить равномерно нагрузку, снять концентрацию нагрузок от перекосов. Кроме того шайбы применяют для контровки болтов и гаек от самопроизвольного отворачивания. Шайбы изготавливают как гладкими различных диаметров, стандартами, так и усиленными, а также ребристыми для контровки. Хорошо предотвращают откручивание резьбового крепежа пружинные шайбы гровера.

Самые распространенные шайбы представляют из себя плоские кольца, вырубленные из металла различной толщины. Отверстие в шайбе должно быть по размеру несколько большим диаметра болта. Для болтов диаметром от 4 мм до 6 мм внутренний диаметр шайбы должен превышать диаметр болта на 1,1 мм. для болтов диаметром от 7 мм до 15 мм — 0,2 мм, от 16 мм до 18 мм — 0,3 мм, от 20 мм до 30 мм — 0,5 мм. Для болтов больших диаметров выбирают шайбы большой толщины.

Шайбы для скрепления мягких материалов изготавливают увеличенных размеров.

Для предотвращения самопроизвольного отвинчивания гаек применяют пружинные шайбы, которые совмещают функции обычных шайб и контрящего элемента. Конструкции пружинных шайб делятся на 4 типа согласно ГОСТ 6402-70:

• Н — обычные с квадратным поперечным сечением;
• Т — тяжелые с квадратным поперечным сечением;
• ОТ — особо тяжелые с квадратным поперечным сечением;
• Л — легкие с прямоугольным поперечным сечением.

Пружинные шайбы изготавливают из стали марки 65Г, 70 или 3х13.

Кромка, образованная плоскостью среза с опорной поверхностью шайбы должна быть острой — именно она не дает гайке самопроизвольно отвинчиваться.

Конструкция и основные размеры пружинной шайбы (гровера) представлена на рис.3.

Рис.3 Шайба — гровер

Основные размеры пружинных шайб (мм)

Диаметр резьбы болта, винта, шпильки	Диаметр отверстия шайбы	Легкие шайбы (Л)		Нормальные шайбы (Н)	Тяжелые шайбы (Т)	Особо тяжелые шайбы (ОТ)
		b	S	b=S	b=S	b=S
4	4.1	1.2 (1.4)	0.8 (1.0)	1.0 (1.2)	1.4
5	5.1	1.2 (1.6)	1.0 (1.2)	1.2 (1.4)	1.6
6	6.1	1.6 (2.0)	1.2 (1.4)	1.4 (1.6)	2.0
8	8.2	2.0 (2.5)	1.6	2.0	2.5
10	10.2	2.5 (3.0)	2.0	2.5	3.0	3.5
12	12.2	3.5	2.5	3.0	3.5	4.0
14	14.2	4.0	3.0	3.2 (3.5)	4.0	4.5
16	16.3	4.5	3.2	3.5 (4.0)	4.5	5.0
18	18.3	5.0	3.5	4.0 (4.5)	5.0	5.5
20	20.5	5.5	4.0	4.5 (5.0)	5.5	6.0

В таблице представлены основные размеры пружинных шайб для болтов, винтов и гаек с диаметрами, наиболее часто употребляемыми для крепежа.