Многие инженеры считают, что знают о таких простых элементах крепления как болты, шайбы и гайки абсолютно все. Разве есть у кого-либо сомнение в том, что это наиболее простые, эффективные и предсказуемые в использовании метизы? Но на самом деле, все не так просто и мы расскажем вам о 10 фактах, которые значительно изменят вашу точку зрения на резьбовые соединения.
Миф о пружинных шайбах
Все знают, что такое пружинная шайба. Принцип действия этого изделия также не является секретом ни для кого – этот элемент крепления создает дополнительное напряжение между поверхностью детали и гайкой, предотвращая самопроизвольное ослабление соединения, а кроме этого, упирается своими концами в металл, предотвращая проворачивание гайки. Но все это лишь теория. Работает ли этот принцип в реальной жизни там, где необходима максимальная надежность соединения? Многочисленные эксперименты, проведенные в лабораторных условиях, показали, что пружинные шайбы не только не предотвращают раскручивание, но и могут сами ему способствовать. Чтобы выполнять свои функции, шайба должна «зарываться» своими концами в материал, а это возможно лишь в том случае, если речь идет об очень мягком металле, пластике или древесине.
Поперечная нагрузка против продольной
Большинство специалистов в области механики уверены, что для резьбового соединения опаснее вибрационные нагрузки, направленные вдоль оси резьбы. Но, на самом деле, гораздо опаснее поперечные вибрации – именно они вызывают постепенное ослабление гайки и разрушение резьбы. Сведения об этой особенности болтовых и шпилечных соединений никогда не были секретом и получены еще в 1960 году Герхардом Юнкером, но основе данных, собранных при испытании соединений на специальной машине. Удивительно, что так мало механиков знают об этой важной особенности.
Универсальное средство от самопроизвольного ослабления соединения
Если поперечные вибрации могут быть опасны для соединений с гайками, а пружинные шайбы неэффективны, то что может выручить механика, при необходимости получить максимально надежное соединение? Оказывается, наиболее действенным способом получить надежно закрученную на резьбе гайку, является использование замковых гаек или так называемых гаек с прорезью, которые после закручивания фиксируются на специальной стопорной шайбе.
Не бойтесь затягивать гайки для упора
Все мы отлично знаем, что затягивание гаек до упора чревато неприятностями, вплоть до разрушения гайки или повреждения резьбы. Оказывается, что для получения максимально надежного соединения, нужно приложить максимум усилий и затянуть гайку до упора. Чем сильнее затянута гайка, тем меньше шанс у нее начать самопроизвольно раскручиваться под действием динамических нагрузок. Разумеется, при большом усилии резьбовое соединение можно повредить, но это вопрос скорее качества изделий, чем технологии монтажа. Предел текучести стали составляет порядка 1000 фунтов и если вам удастся достичь такого усилия при создании соединения, то гайка, болт и соединяемые элементы можно теоретически считать одним целым.
«Умные» болты
У описанного выше метода создания надежного соединения есть лишь один недостаток, который, тем не менее, мешает его повсеместному внедрению. Этот недостаток заключается в том, что определить силу зажатия гайки без специального оборудования не удается. Конечно, для работы можно использовать специальные ключи с динамометрами, но они выпускаются, обычно, для использования в автомобильной индустрии и не позволяют развивать максимальное усилие, необходимое для преодоления порога текучести. Ученые нашли выход из положения, разработав специальные гайки с индикацией силы закручивания. Эти изделия уже производятся и их можно приобрести у нескольких компаний. К сожалению, такой крепеж обходится более чем в 10 раз дороже чем обычные гайки и поэтому его используют лишь в самых ответственных узлах, например при фиксации элементов космических кораблей.
6 витков резьбы
Большинство из нас уверены, что чем больше витков резьбы задействовано при соединении, тем лучше. Это не совсем так, потому что наукой доказано, что максимальная эффективность достигается при работе всего лишь 6 витков резьбы. При приложении силы, резьбовые элементы сильно растягиваются, и при этом нагрузка распределяется по резьбе неравномерно. Наибольшую нагрузку испытывает самый первый работающий виток, а следующие нагружены меньше, причем силы воздействия уменьшаются пропорционально с каждым следующим витком. После 6 витка это правило не работает и принципиального прироста надежности фиксации увеличение их числа не дает.
Особая маркировка резьбовых соединений
Некоторым специалистам приходится сталкиваться с маркировкой из букв и цифр, нанесенных на гайки и болты и не имеющим отношения к ГОСТам и DINам. Выглядит эта маркировка как 2А или 3В и ее назначение понятно далеко не всем. Как выяснилось, эти сочетания символов есть не что иное, как класс резьбы элемента крепления. Буква А обозначает наружную резьбу, а В – внутреннюю. Цифры могут изменяться от 1 до 4 и они говорят о зазорах в резьбе, влияющих на эксплуатацию резьбовой пары:
Класс 1 – отличный выбор для соединений, которые придется часто разбирать и снова собирать;
Класс 2 – универсальный для всех случаев использования. Обычно этот крепеж имеет идеальное соотношение цены и качества;
Класс 3 – максимально надежное соединения для узлов, работающих под большими нагрузками;
Класс 4 – прецезионный – так маркируются специальные изделия с высоким содержанием свинца в материале.
Крупная или мелкая резьба?
Многие болты и гайки выпускают как с крупной, так и с мелкой резьбой. Каждый из вариантов имеет свои преимущества и недостатки. Болты с мелкой резьбой имеют большее сечение и поэтому более прочные, чем болты с крупной резьбой. В тоже время, мелкая резьба более подвержена повреждениям, как коррозионным, так и механическим. Повредить такую резьбу можно прямо в процессе закручивания гайки, просто приложив излишнее усилие или допустив незначительный перекос крепежных элементов.
Резьбовые соединения и температура
Как вы думаете – прочнее ли становится болтовое соединение при повышении температуры? Многие скажут, что при значительном нагреве болты и гайки теряют свои несущие свойства, так как расширяются и становятся более эластичными. При этом почти все уверены, что экстремально низкие температуры не так опасны для крепежа. Научные же исследования объективно утверждают, что как сильное нагревание, так и серьезное понижение температуры отрицательно сказываются на соединениях. Оптимальным вариантом всегда является комнатная температура, при которой металл сохраняет максимум несущих свойств.
Проблемы с шлицем Phillips
Вряд ли существует человек, который имел дело с винтами, оснащенными шлицами Phillips и ни разу не проклинал их. Конечно, если сравнивать филлипсовский крестовой шлиц и прямой, то он гораздо лучше, так как не дает соскальзывать отвертке или бите шуруповерта. Но его недостаток в том, что при закручивании необходимо прилагать значительное осевое усилие на инструмент, что приводит к стачиванию шлица до состояния конуса. В чем причина этой проблемы? Как оказалось, она кроется в нас, так как мы используем этот крепеж не по назначению. Для вкручивания в плотные материалы, без подготовки отверстия, предназначены винты с шлицами типа torx и pozidriv. Винты с шлицами Phillips создавались специально для автомобильной и военной отрасли, где больше ценится точность изготовления и качество стали, чем усилие, приложенное при монтаже.
