Национальная энциклопедия строительства ProfiDom.com.ua публикует обзор современных, самых популярных, резьбовых соединений.
Историки считают, что именно римляне впервые начали использовать шурупы (винты для дерева), изготавливавшиеся из благородных металлов - бронзы и даже серебра. Резьба на них либо вырезалась вручную, либо ее роль могла играть проволока, намотанная на стержень по винтовой линии. Видимо, резьбовые крепежные элементы на время канули в Лету вместе с исчезновением Римской империи, так как в следующий раз они «засветились» лишь в начале XV века, когда немецкий изобретатель Иоганн Гутенберг использовал их в конструкции первого печатного станка. С этого момента при изготовлении разнообразных изделий (часов, воинских доспехов, седел для лошадей) винтовые элементы стали применяться все чаще и чаще.
К началу XVI века появились первые схемы прототипа винторезного станка, нарисованные Леонардо да Винчи. Правда, в жизнь эта идея была воплощена несколько позже, в 1568 году, французским математиком Жаком Бессоном.
Еще через 30-50 лет на свет родилась гайка, однако на протяжении долгого времени подбор правильной пары болт-гайка оставался сложным делом, поскольку обеспечить высокую точность изготовления элементов в те времена не получалось. Тем не менее, эта инновационная по тем временам разработка дала толчок для развития промышленной революции. В результате крепежные резьбовые соединения стали использоваться во всех мало-мальски сложных конструкциях, так как обеспечивали простоту и быстроту сборки, технологичность, взаимозаменяемость деталей машин, универсальность и надежность.
Современный крепеж
Разумеется, со временем технологии изготовления крепежных элементов развивались, и сегодня их производят разнообразными способами, включая литье, обработку на винторезном станке, с применением вихревых головок, нарезание плашкой, холодную или горячую штамповку, накатывание роликами, горячую ковку, холодную высадку и шлифование. Выбор того или иного метода зависит от объемов и необходимой точности изготовления. На выходе получается множество вариантов крепежа, подходящего для всех областей применения.
Болты
Болт – это цилиндрический или конический стержень с резьбой, в большинстве случаев нарезанной лишь частично, предназначенный для крепления деталей в машиностроении, мебельном производстве, строительстве, приборостроении и т. д. Обычно машиностроительный болт служит для стяжки двух деталей посредством накручивания на него гайки. Но не все так просто, поскольку даже у этого, казалось бы, элементарного предмета есть различные варианты: он выпускается с шестигранной, круглой (потайной) или полукруглой головкой, а еще бывает откидным, анкерным, фундаментным, коническим и специальным. Несколько особняком в данном списке стоят рым-болты.
Болты с шестигранной головкой применяются в конструкциях со свободным доступом инструмента для закручивания крепежа.
В зависимости от диаметра резьбы и ограничений по габаритным размерам, такие головки бывают нормальными или уменьшенными.
Болты с круглой или полукруглой головкой имеют шлицы под отвертку и используются в тех случаях, когда в конструкции недопустимо выступание крепежа за габариты узла. Круглая головка представляет собой конус с плоским наружным торцом, а полукруглая вместо плоскости имеет небольшой сферический выступ. При использовании таких болтов требуется специальная обработка отверстия в детали: здесь предусматривается наличие конического участка, по форме и размерам соответствующего посадочной части головки. У откидных болтов головка напоминает кольцо, в центре которого высверлено отверстие, причем геометрическая ось последнего перпендикулярна оси крепежа. Такие болты используются во фланцевых соединениях, чтобы прижать фланец к корпусу.
Анкерные болты применяются для закрепления конструкций (например, рекламных щитов) на стене. В комплект входят сам болт, цанговая втулка и гайка. При закручивании гайка разжимает втулку, которая и фиксируется в отверстии.
Фундаментные болты заливаются цементным раствором для дальнейшей установки на них технологического оборудования типа станков. Для надежной фиксации к фундаменту они делаются длинными и изогнутыми.
Простой и понятный пример конического болта – это крепежный элемент, использующийся для установки велосипедной педали. Фактически, это - разновидность болта с потайной головкой, с той лишь разницей, что при накручивании гайки на цилиндрический конец с резьбой конический участок приспособления стягивает детали.
Специальные болты изготавливаются для установки какого-то конкретного узла, предъявляющего особые требования к крепежу по тому или иному параметру - форме головки, длине или шагу резьбы и т. п.
Рым-болт - это металлическое кольцо, жестко соединенное с цилиндрическим стержнем, на котором нарезана резьба. Именно за рым-болт цепляется крюк погрузочного крана при транспортировке различных конструкций, в т. ч. электродвигателей, редукторов и станков.
Винты
Так же, как и болт, винт является цилиндрическим или коническим стержнем с резьбой, однако он вкручивается прямо в корпус конструкции и не предполагает использования гайки. Кстати, по разнообразию, вторые ничуть не уступают первым и выпускаются с круглой, полукруглой, цилиндрической или накатной головкой, с внешним или внутренним шестигранником, а также бывают невыпадающими, установочными, специальными... Невыпадающие винты предназначены для размещения в тех местах конструкций, где вставить крепеж в резьбовое отверстие при сборке агрегата будет затруднительно, а также, в откидных деталях, водонепроницаемых и взрывобезопасных крышках и т. д. Между головкой и резьбовым концом такого винта имеется цилиндрический участок, диаметр которого составляет примерно 70% от диаметра резьбы. Установочные винты предназначены для фиксации детали в пространстве, например, для регулирования осевого положения зубчатого колеса на валу. Установочный винт чаще всего имеет резьбу на всей цилиндрической части. При этом, один конец предназначен для кручения и имеет прорезь для отвертки или внутренний шестигранник для ключа, а другой обладает конической формой. Область применения винтов с внешним либо внутренним шестигранником весьма разнообразна, поскольку такая конструкция в принципе универсальна. Винты с накатной головкой используются при незначительном усилии зажима Чтобы увеличить крутящий момент, который может развить рука человека, накатная головка, как правило, имеет большой диаметр, а на ее внешней части по всей окружности выполнены ромбовидные насечки, уменьшающие скольжение при закручивании. Такие винты используются в мерительном инструменте и в штативах, где требуется частая смена положения элементов. Специальные винты могут иметь различную форму, размеры и параметры резьбы. Эти крепежные элементы изготавливаются в соответствии с требованиями конкретной конструкции или условиями ее эксплуатации.
Шпильки
Шпилька - цилиндрический стержень, с обеих сторон, либо по всей длине которого нарезана резьба. Различают две основные группы шпилек: для деталей с гладкими отверстиями и ввинчиваемые. Шпильки первого типа применяются в тех случаях, когда имеется возможность вставить этот крепежный элемент в сквозное отверстие, проделанное в соединяемых деталях, и прикрутить к нему гайки с обеих сторон. Длина резьбы на концах шпильки бывает одинаковой или разной, а безрезьбовой цилиндрический участок может иметь как больший диаметр, чем у резьбы, так и меньший.
Шпильки с ввинчиваемым концом используются в тех случаях, когда нужно скрепить детали, одна из которых не имеет сквозного отверстия. Одним концом крепежный элемент вкручивается в эту часть конструкции, после чего вторая часть прижимается к первой с помощью гайки, накручиваемой на другой конец шпильки. Такой вариант крепежа широко используется в автомобильных двигателях внутреннего сгорания и т. д.
Шурупы
Шуруп - крепежное изделие цилиндрической формы с головкой и специальной наружной резьбой, которая при вкручивании формирует в отверстии внутреннюю резьбу с такими же параметрами. Шурупы предназначены для закручивания в изделия, прежде всего, из материалов с невысокой твердостью, например, мягкой древесины или пластмассы. А при работе с твердыми породами дерева в детали необходимо предварительно просверлить отверстие, диаметр которого составляет 60-70% от диаметра резьбы. Шурупы различаются размерами и формой головки. В большинстве случаев между резьбовым участком и головкой имеется безрезьбовой промежуток большего, чем резьба, диаметра. Такой крепеж используется тогда, когда шуруп испытывает нагрузки на срезание или изгиб. Головки шурупов бывают потайными и полупотайными, шестигранными и квадратными. Наибольшее распространение получили шурупы с потайной головкой и шлицем под крестообразную отвертку. Зато их аналоги с шестигранной головкой очень часто используются при установке сантехники либо сборке силовых элементов мебели.
Саморезы
По конструкции, саморез очень похож на шуруп, однако здесь имеется сверловой наконечник, что позволяет предварительно обрабатывать отверстие, в которое закручивается резьбовая часть. Саморезы, как и шурупы, выпускаются с головками разного типа - потайными, полупотайными, полукруглыми, с пресс-шайбой, шестигранными либо цилиндрическими. Кроме того, эти крепежные элементы различаются по назначению: в зависимости от шага резьбы и конструкции сверлового наконечника, они бывают универсальными, для гипсокартона, древесины, листового металла и металлического профиля. Универсальные саморезы по дереву и гипсокартону имеют крупную резьбу, наносящую минимальные повреждения соединяемым деталям.
Используемые материалы
Для обеспечения надежной фиксации деталей крепежные изделия должны обладать достаточной прочностью, зависящей от материала, из которого они изготовлены. Для болтов, винтов и шпилек с классом прочности от 3,6 используется конструкционная сталь 10, 20 и 30. Для изготовления прочных (класс 10,9 и 12,9) болтов, шпилек и винтов применяются легированные сорта стали, например, 35ХГСА, 16ХСН и 20Г2Р. Для еще большего улучшения физических характеристик рассматриваемого сплава, выполняется его упрочнение - термическая, химикотермическая и термомеханическая обработка, а также нанесение защитных покрытий. При эксплуатации в коррозионной среде крепеж делается из бронзы или нержавеющей стали. Шурупы и саморезы, в зависимости от области применения, производятся из углеродистых (08кп, 10кп) и коррозийно-стойких (17X19Н9, 03X18Н11) сортов стали, а также из латуни.
Взаимозаменяемость и типоразмеры крепежных элементов
Основными критериями взаимозаменяемости крепежных элементов являются наружный, внутренний и средний диаметры резьбы, а также ее шаг, угол профиля и точность изготовления (поле допуска). Если все эти параметры у двух болтов будут одинаковыми, то крепеж полностью взаимозаменяем. Наиболее популярными разновидностями крепежной резьбы являются:
- метрическая цилиндрическая (MJ) с углом профиля 60°. Это наиболее распространенный в нашей стране тип резьбы, основная задача которой - обеспечить неподвижность двух деталей конструкции друг относительно друга;
- дюймовая цилиндрическая (UTS) с углом профиля 60°. Она аналогична метрической и чаще всего используется в США и Канаде. По шагу разделяется на UNC (Unified Coarse, стандартная с крупным шагом), UNF (Unified Fine, стандартная с мелким шагом), UNEF (Unified Extra Fine, стандартная со сверхмелким шагом) и UNS (Unified Special, стандартная специальная). При этом, резьба типа UNC полностью соответствует метрической с основным шагом;
- дюймовая (BSW) с углом профиля 55°, используется в Великобритании;
- метрическая коническая (МК) с конусностью 1:16 и углом профиля 60°. Применяется в тех случаях, когда необходимо обеспечить герметичность соединения и возможность стопорения крепежного элемента без использования дополнительных средств;
- дюймовая коническая (NРТ) с конусностью 1:16 и углом профиля 60°. Аналогична метрической конической, однако размеры здесь указываются в дюймах.
- Основные параметры метрической и дюймовой резьбы совпадают, но говорить об их полной взаимозаменяемости нельзя. Конечно, если требуется сменить всю пару «болт-гайка», то проблем не возникнет, однако, закрутить винт типа MJ в отверстие с дюймовой резьбой BSW не получится.
В следующей публикации ProfiDom.com.ua расскажет, как сориентироваться в условных обозначениях крепежных элементов, и о соответствии параметров крепежей дюймовой и метрической систем.
