Таблица усилия затяжки метрических болтов в соответствии с классом прочности

Успешная эксплуатация различных механизмов и конструкций во многом зависит от надёжности резьбовых их соединений. Основными параметрами гарантии качества сборки узлов есть соблюдение соответствующих классов прочности крепёжных резьбовых элементов и усилий их затяжки. Учитывая технические особенности сборных конструкций и механизмов важность имеет как соответствующий показатель усилия затяжки отдельных крепёжных элементов, так и равномерность усилия нескольких резьбовых соединений, конструктивно участвующих в креплении одной детали.

Сила затяжки болта

Особенности работы резьбовых соединений

В любом резьбовом креплении важно, чтобы крепёж не был перетянут или несколько ослаблен (недотянут), то есть усилие соответствовало определённому моменту. Слишком перетянутый или ослабленный крепёж приводит к быстрому выходу из строя крепежа, что в итоге приводит к поломке или снижению рабочего ресурса в целом конструкции.

Болт затянутый с оптимальным моментом немного растягивается, не превышая порога сил упругости материала, в случае превышения которых происходит необратимое разрушение крепежа. При этом созданное усилие упругости максимально работает на сжатие двух соединяемых деталей и характеризуется устойчивостью к усталостному разрушению. Одновременно силой упругости болта в соединяемых крепежом деталей возникают уравновешивающие силы сопротивления материала соединяемых поверхностей. Такое явление называют предварительным натягом в соединении деталей.

Резьбовое соединение
Действие сил в затянутом резьбовом соединения

В недотянутом крепеже сдавливающая сила упругости будет отсутствовать или будет недостаточной, что в результате динамических нагрузок приведёт к дальнейшему ослаблению, увеличению зазора с последующим разрушением соединения.

Перетянутый крепёж характеризуется превышением порога упругости материала болта, и его пластичное линейное удлинение в конечном итоге приводит к разрушению соединения, учитывая потерю сдавливающей силы.

В составе любой спроектированной, сертифицированной конструкции все усилия технически обоснованы с учётом:

  • диаметра резьбовых элементов,
  • материала их изготовления,
  • шага резьбы,
  • высоты крепёжной гайки и мощности головки болта,
  • числа крепежей в составе крепления одной детали,
  • с учётом статических, динамических, температурных нагрузок,
  • в отдельных случаях с учётом коррозийного действия на детали

Поэтому в сборочных технологических картах любых машин или конструкций различного назначения производители обязательно расписывают все усилия протяжки.

Единица измерения усилия затяжки

Стандартно усилие момента затяжки резьбовых соединений, в соответствии с международной системой единиц измерения, исчисляется в двух единицах: н·м — в ньютонах на метр или кгс·м – килограмм силах на метр.

Говоря о соотношении между двумя единицами и принимая за основу академические научные расчёты нужно отметить, что 1 н·м = 0.10197162129779 кгс·м, и наоборот 1 кгс·м=9,80664999999931 Н·м.

Для удобства в практике, касаемо контроля усилий в сборке резьбовых соединений, при переводе из одной единицы измерения в другую, точные значения используют крайне редко, осуществляя округление 1 кгс·м = 10 Н·м, что в общем, учитывая ничтожность погрешности на качество сборки конструкций влияния не оказывает.

Часто в технической документации, либо на самих шкалах приборов измерения прилагаемого усилия мы так и видим значения в двух вышеописанных единицах с аналогичным округлением.

В дополнение нужно отметить, что в зарубежных, в большей степени американских и британских, технических документах можно встретить единицу измерения момента затяжки ft·lb – фут на фунт или фут сила, где перерасчёт осуществляют из соотношения 1 Н·м = 0.73756 ft lb или наоборот — 1 ft lb= 1.3558179483314 Н·м.

Контроль усилия затяжки

Для осуществления монтажа деталей с соответствующим моментом затяжки существует ряд видов динамометрических ключей, обеспечивающих контроль усилия.

При контроле созданного значения момента, преследуя получения достоверных данных с минимальной погрешностью рекомендуется использовать сертифицированные модели ключей, занесенные в единый реестр измерительных приборов РФ. Порогом прохождения освидетельствования устройства является допустимая погрешность не более 4%. Ключи хорошего качества дают погрешность не более 1.5%.

Среди конструкций динамометрических ключей существуют следующие их типы:

  • стрелочные
  • щелчковые
  • электронные

Ключи стрелочного типа, где стрелка отклоняется по шкале в соответствии с прилагаемым усилием. Такие устройства имеют наибольшую погрешность.

Ключ для контроля усилия затяжки
Стрелочный динамометрический ключ

Динамометрические ключи щелчкового типа — самый распространённый вид ключа, где нужное значение усилия устанавливается поворотом рукоятки в соответствии с размещённой ней шкалой. Принцип смены момента осуществляется изменением сжатия пружины, встроенной в рукоятку ключа. Установленное значение усилия сигнализируется характерным щелчком при осуществлении затягивания крепежа.

Щелчковый динамометрический ключ
Стрелочный динамометрический ключ

Электронный ключ отличается функцией программирования нужного момента с передачей показателей усилия на встроенный штатный жидкокристаллический экран устройства.

Электронный ключ для контроля силы затяжки
Электронный динамометрический ключ

Дополнительно ключ данного типа может передавать данные на другие электронные устройства, сигнализировать звуковым сигналом достижения установленного значения усилия в процессе работы.

Таблица предельно допустимого момента затяжки болтов и гаек

При отсутствии нормативных технических данных на усилие тех или иных креплений в составе конструкций, осуществляя сборку ориентироваться можно на класс прочности болтов в составе узла, где каждый вид крепежа в заводской комплектации имеет характеристику допустимой степени затяжки конкретной точки крепления в конструкции. И наоборот, имея технические данные по усилиям затяжки отдельных креплений, таблица поможет в подборе болтов и гаек для комплектации конкретного узла.

Момент затяжки

Таблица усилий для стандартной метрической резьбы без покрытия (чёрной) с коэффициентом трения в 0.14

Диаметр резьбы Классы прочности
5.68.810.912.9
Предельные усилия затяжки Н·М
М30.61.371.922.3
М41.373.14.45.25
М52.76.158.6510.4
М64.610.51518
М77.617.52529
М811263643
М1022517287
М123989125150
М1462141198240
М1695215305365
М18130295420500
М20184420590710
М22250570800960
М2431572510201220
М27470107015101810
М30635145020502450
М33865197027703330
М361111253035604280
М391440329046205550

Таблица болтов и гаек с мелкой метрической резьбой без покрытия с коэффициентом трения 0.14

Диаметр резьбы Классы прочности
8.810.912.9
Усилия затяжки Н·М
М8Х1273845
М10Х1.25527388
М12Х1.2595135160
М14Х1.5150210250
М16Х1.5225315380
М18Х1.5325460550
М20Х1.5460640770
М22Х1.56108601050
М24Х278011001300

Естественно каждый крепёж, в соответствии со своим классом, имеет свой запас прочности, превышающий допустимую силу, указанную в характеристиках. Поэтому, граничное растягивающее усилие, при котором происходит разрушающее изменение в структуре тела крепежа несколько выше указанных данных в таблице.

В соответствии с нормативными актами, регламентирующих испытание элементов резьбовых крепежей, такой запас может составлять от 5 до 15%. Если не брать во внимание свойства используемого сплава для изготовления крепежа соответствующего классу, значение запаса прочности (5-15%) зависит от следующих факторов: материал соединяемых деталей (чугун, сталь, цветной сплав, пластик или композитный материал); отсутствие или наличие антикоррозийного слоя; длина резьбы крепежа; наличие или отсутствие смазки.

Подробнее о методиках испытаний, и данные по усилиям в соответствии с используемыми марками сталей в изготовлении резьбовых элементов различных диаметров сечения указаны в регламентирующем нормативном акте ГОСТ Р ИСО 898-1-2011.

Выбор класса прочности болта

Если говорить о практическом подборе марок болтов и других резьбовых крепежей в комплектации узлов и механизмов, обоснованием выбора является требование к усилию затяжки. Основная часть соединений придерживается условиям не менее 20-25% запаса прочности по отношению к техническим характеристикам в виде усилий затяжки конкретных сборочных резьбовых креплений.

Так, к примеру технические требования к монтажу маховика двигателя Д-240, Д-243 трактора МТЗ 82 составляет усилие 160 -180 Н·м каждого штатного болта, где соответствующий болт М14Х1.5 имеет максимальный предел усилия в затяжке 235 Н·м в классе прочности 12.9, что в общем соответствует запасу прочности в 20-25%.

Вместе с этим, в отдельных случаях, особенно, что касается затяжки головок цилиндров, данный алгоритм не работает в виду факторов: использования специальных высокопрочных сплавов в изготовлении шпилек, особенностей конструкции силовых установок,  действия термодинамических нагрузок, а также учёта поправок на усадку уплотнительной прокладки и материала изготовления головки цилиндров и блока двигателя. В таких случаях нужно руководствоваться только техническими рекомендациями завода производителя основанных на проектных расчётах.

П.С.

В заключении, от себя отмечу, что приводить раскладку всех принципов теории расчёта крепежей по науке «Сопромата» (Сопротивления материалов) не вижу смысла, так как для большинства пользователей это будет мало понятно и неинтересно, а отдельные уникумы и перфекционисты в любом случае будут не удовлетворены изложенным материалом и при желании сами найдут свою индивидуальную истину на просторах сети.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector