Плечевые болты, также известные как прецизионные (призонные) болты или винты с утолщенным стержнем, занимают особое место среди крепежных элементов благодаря своей уникальной конструкции и функциональности. Эти элементы используются в инженерии, где требуется высокая точность сборки, минимальные допуски, стабильность и надежность крепления.
Что такое плечевые болты?
Плечевые винты – это тип винтов с гладким утолщенным участком (плечом) между головкой и резьбой. Когда винт полностью закручен, плечо выступает над поверхностью, в которую вкручена резьба. Это плечо делает винты универсальными в применении, позволяя им выполнять функции валов или штифтов для вращающихся компонентов, таких как подшипники и втулки, служить осями для подвижных частей, направляющими для скользящих элементов, а также точками поворота или монтажными штифтами.
Конструктивные особенности
Несмотря на вариативность конструкций, каждый плечевой призонный болт имеет три основные части:
- Головка (чаще всего цилиндрическая, но встречаются и другие варианты, такие как плоская, шестигранная или потайная).
- Плечо (этот участок изготавливается с высокой точностью и жесткими допусками).
- Резьбовой конец (как правило, с резьбой высокого класса точности; резьба может быть как метрической, так и дюймовой UNC в зависимости от стандартов производства, обычно крупная, но может быть и мелкая UNF).
Использование плечевого болта
Благодаря жестким допускам к размерам посадочного диаметра (плеча), такой крепеж находит широкое применение в отраслях, где важна точность, включая аэрокосмическую, автомобильную, машиностроительную промышленность и заводские оборудование. Гладкая часть стержня часто используется в качестве направляющей, опоры, вала, подшипника, распорки или точки поворота.
Основные функции и назначение призонных болтов:
- Точное позиционирование. Плечо винта, выполненное с минимальными допусками, обеспечивает точное расположение деталей относительно друг друга, предотвращая их смещение или люфт.
- Направляющая для скользящих элементов. В механизмах, где есть подвижные части, призонные болты часто служат направляющими для деталей, обеспечивая их стабильное и контролируемое перемещение.
- Распорка и дистанцирование. Винты с утолщенным стержнем используются для поддержания заданного расстояния между деталями, выступая в роли распорки, что предотвращает деформацию и обеспечивает стабильность конструкции.
- Функция штифта или вала. В некоторых случаях плечевой винт выполняет роль штифта или вала, обеспечивая вращение или скольжение деталей с минимальным трением.
Какие нагрузки способен воспринимать прецизионный болт
Болты с утолщенным стержнем рассчитаны на работу в условиях тяжелых нагрузок разного характера, включая:
- Нагрузки на срез. Плечевые болты специально разработаны для эффективного восприятия нагрузок на срез и сдвиговых напряжений. Плечевая часть болта принимает на себя значительную долю этих нагрузок, распределяя их по большей поверхности.
- Нагрузки на растяжение. Резьбовая часть болта обычно принимает на себя растягивающие усилия. Однако, благодаря прочности материалов, из которых изготавливаются прецизионные болты, такие соединения способны выдерживать значительные разрывные нагрузки.
- Динамические и ударные нагрузки. Конструкция плеча способствует равномерному распределению нагрузок. Это особенно важно в соединениях, где болты подвергаются динамическим или ударным нагрузкам, так как равномерное распределение помогает избежать концентрации напряжений и преждевременного выхода винта из строя.
Как измерить плечевой болт
Два основных параметра, используемых для определения размера плечевого болта, – это диаметр плеча и длина плеча. При обозначении размера эти характеристики указываются в указанном порядке. Например, дюймовый болт с размерами 3/8 x 1 означает, что диаметр плеча составляет 3/8 дюйма, а длина плеча – 1 дюйм.
Помимо этих двух параметров, важны и другие размеры, которые также учитываются при выборе винта:
- Диаметр головки (A)
- Высота головки (B)
- Длина резьбы (C)
- Диаметр резьбы (D)
- Шаг резьбы (E)
Независимо от того, измеряются ли призонные винты в дюймах или миллиметрах, большинство параметров остаются функционально одинаковыми. Однако параметры резьбы зависят от системы измерения и определяются по-разному в зависимости от того, используются ли дюймовые или метрические единицы.
Чтение размеров резьбы
Для дюймовой резьбы размер отображается как число от 1 до 12 (или как доля дюйма, представляющая внешний диаметр резьбы), за которым следует число, обозначающее TPI (количество ниток на дюйм). Например:
- 1/4 - 20 означает, что наружный диаметр резьбы составляет 1/4 дюйма, а количество витков – 20 на один дюйм резьбового стержня.
Дюймовые болты могут быть представлены с резьбой UNC (крупный шаг) или UNF (мелкий шаг).
Метрическая резьба отображается как наружный диаметр в миллиметрах, за которым следует шаг резьбы, который отличается от TPI. Шаг резьбы обозначает расстояние между двумя вершинами резьбы, выраженное в миллиметрах. Например:
- M5 x 0,8 обозначает наружный диаметр M5 и шаг резьбы 0,8 мм.
Дополнительную информацию о том, как определять размеры резьбы, можно найти в нашем блоге: “Как определить шаг резьбы без резьбомера?”
Особенности дизайна
Хотя все призонные винты имеют стандартную базовую конструкцию, существуют некоторые различия, которые обеспечивают уникальные преимущества для удовлетворения специфических требований в разных областях применения.
Текстура головки
Болты могут иметь рифленую головку с вертикальной насечкой, проходящими по всей ее высоте, либо гладкую головку. Рифленая поверхность снижает риск перетягивания во время установки и обеспечивает лучшее сцепление. Гладкая головка, в свою очередь, придает болту более эстетичный вид.
Форма головки
Форма головки болта влияет на удобство установки и то, как он будет сидеть на сопрягаемой поверхности. Большинство призонных болтов оснащены цилиндрической головкой, но доступны и другие варианты, такие как шестигранная или потайная головка. Низкопрофильные и сверхнизкопрофильные головки используются в случаях, когда необходимо минимизировать выступ над поверхностью материала.
Тип шлица
Тип шлица определяет, какой инструмент будет использоваться для установки болта и насколько надежно он будет удерживаться в головке. Самые распространенные типы шлицев под имбусовый ключ – шестигранный (Hex Socket) и шестилучевой (Torx), которые обеспечивает надежное затягивание с меньшим риском срыва или соскальзывания. Прямой шлиц также распространен и удобен для использования с типичными плоскими отвертками, однако он менее надежен по сравнению с другими внутренними приводами, так как инструмент может легко соскользнуть при большом усилии.
Особенности резьбы
Резьбовая часть плечевого болта может иметь несколько уникальных характеристик, которые обеспечивают дополнительные преимущества в зависимости от требований к крепежу:
- Удлиненная резьба: длина этой резьбы превышает обычную длину резьбы, что позволяет увеличить удерживающую способность болта и использовать его в соединениях, где требуется дополнительная надежность крепления.
- Увеличенная резьба: диаметр резьбы прецизионного винта обычно меньше, чем диаметр гладкого участка (плеча). Резьба увеличенного размера имеет тот же диаметр, что и плечо, что особенно полезно, когда плечо должно входить в сопрягаемое отверстие.
- Увеличенные и удлиненные резьбы: комбинация двух вышеуказанных характеристик – увеличенный диаметр и удлиненная длина резьбы. Это обеспечивает максимальную удерживающую способность и устойчивость соединения, особенно в условиях повышенных нагрузок.
- Нейлоновая накладка: также известная как самоблокирующаяся накладка, эта накладка крепится к резьбе болта и при установке активирует связующие вещества, которые закрепляют болт в резьбовом отверстии. Это особенно полезно в условиях вибраций или где требуется постоянное и надежное крепление.
Материалы
Плечевые винты, или прецизионные болты, изготавливаются из различных материалов, каждый из которых придает уникальные свойства, подходящие для различных условий эксплуатации и требований к прочности, коррозионной стойкости и весу.
Рассмотрим основные материалы, используемые для производства плечевых винтов:
Нержавеющая сталь серии 300 – это аустенитные сплавы, наиболее популярные благодаря высокой устойчивости к коррозии и хорошей термостойкости. Серия 300 включает в себя такие марки нержавеющей стали, как 304 и 316.
Нержавеющая сталь серии 400 – мартенситные нержавеющие сплавы. Эта серия имеет более высокую прочность и твердость по сравнению с серией 300. Однако она менее устойчива к коррозии, чем серия 300. Стали этой серии часто применяются в производстве ножей и в других областях, где требуется металл, сохраняющий остроту.
Легированная сталь – идет на изготовление высокопрочных призонных болтов классов прочности 8.8, 10.9, 12.9, прошедших термическую обработку. Процесс закалки придает поверхности черный цвет, однако утолщенная часть стержня подвергается прецизионной шлифовке, что делает ее гладкой и зеркальной.
Мягкая сталь – имеет более низкую твердость и прочность на разрыв по сравнению с легированной сталью. Эти стали часто подвергаются гальваническому цинкованию, что улучшает их коррозионную стойкость и внешний вид. Незакаленные плечевые винты из мягкой стали представляют собой более экономичную альтернативу винтам из нержавеющей или закаленной стали для применения в условиях с меньшими нагрузками.
Алюминий – легкий и прочный металл, обладающий хорошей теплопроводностью. По коррозионной стойкости алюминиевые плечевые винты сопоставимы с аналогами из нержавеющей стали, что делает их идеальными для конструкций, где важен вес.
Латунь – сплав меди и цинка. Латунные плечевые винты имеют хорошие антикоррозионные свойства и эстетичный внешний вид. Хотя латунь менее прочна, чем сталь, она легко обрабатывается и обладает отличной теплопроводностью.
Монель – запатентованный никелевый сплав с исключительной коррозионной стойкостью, даже в морской воде и химически агрессивных средах, а также с устойчивостью к высоким температурам. Плечевые винты из монеля часто используются в условиях, где требуется максимальная долговечность и надежность.
Титан – это материал с высоким соотношением прочности к весу и исключительной устойчивостью к коррозии. Он используется в аэрокосмической и медицинской промышленности, где требуются легкость, прочность и долговечность. Титановые плечевые винты также устойчивы к воздействию химических веществ, что делает их подходящими для использования в агрессивных средах.
Отделка
Плечевые прецизионные винты могут иметь различные покрытия, которые повышают их эксплуатационные характеристики, такие как устойчивость к коррозии, износостойкость и эстетическая привлекательность. Вот основные виды покрытий, используемых для таких винтов:
Оксидирование
Это химическое покрытие образует черную оксидную пленку на поверхности металла, создает матовый внешний вид, улучшает устойчивость к коррозии и влаге, а также уменьшает трение между компонентами.
Пассивация
Химическая обработка поверхности винтов из нержавеющей стали, в результате которой увеличивается толщина оксидной пленки естественного происхождения. Пассивация повышает устойчивость винтов к коррозии в агрессивных средах и продлевает срок службы.
Оцинкованная сталь
Горячий цинк
Сталь без покрытия
Оцинковка
Цинковое покрытие наносится гальваническим или горячим методом и образует защитный слой на поверхности призонного винта. Однако, важно учитывать, что толщина покрытия может влиять на посадку и точность сопряжения оцинкованных винтов, что особенно критично для прецизионных деталей.
Без покрытия
Прецизионные болты без антикоррозийного покрытия доступны из всех перечисленных материалов. Этот вариант используется, когда требуется сохранить естественные свойства и внешний вид поверхности.
Стандарты DIN, ISO и ГОСТ
- DIN 609 – Болты шестигранные призонные с длинным резьбовым концом.
- DIN 610 – Болты шестигранные призонные с коротким резьбовым концом.
- DIN 7968 – Болты шестигранные призонные стяжные в комплекте с гайкой.
- DIN 7999 – Болты шестигранные призонные с увеличенной головкой под ключ.
- DIN 9841 – Винты с утолщенным стержнем, цилиндрической головкой и внутренним шестигранником.
- ISO 7379 – Винты с утолщенным стержнем, цилиндрической головкой и шестигранным углублением под ключ.
- ГОСТ 7817-80 – Болты с шестигранной уменьшенной головкой класса точности А для отверстий из-под развертки.
- ГОСТ 28962-91 – Винты с внутренним шестигранником в головке и утолщенным стержнем.
Что следует учитывать при выборе призонного болта
При выборе болта с увеличенным стержнем следует учитывать несколько важных аспектов. Прежде всего, необходимо обратить внимание на размеры и допуски, чтобы обеспечить правильное выравнивание и надежную посадку деталей. Эти параметры особенно критичны в прецизионных механизмах, где важна высокая точность.
Обработка поверхности также играет ключевую роль. Она влияет не только на коррозионную стойкость болта, но и на эксплуатационные характеристики, такие как трение и износ сопрягаемых компонентов.
Кроме того, важно учитывать тип головки болта и соответствие привода имеющимся инструментам. Форма головки должна подходить для конкретного применения, обеспечивая удобство установки и надежность крепления в условиях эксплуатации.
