Содержание8
Строка «болт М14» или «болт М20» закрывает диаметр и молчит о нагрузке: стык потом ползёт или срезает витки. Болт это стержень с головкой и резьбой, который стягивает пакет в паре с гайкой, а несущую способность задают площадь сечения и класс прочности вместе. Ниже — как читать класс, какую гайку к нему ставить, чем М14 класса 12.9 отличается от М20 по силе на пределе текучести, и какие данные по покрытию и смазке нужны, чтобы посчитать предварительную затяжку.
Коротко: болт стягивает пакет в паре с гайкой, после затяжки стержень растянут. Сила на пределе текучести равна Rp0.2 × As: М14 класса 12.9 даёт 126,5 кН, М20 класса 5.8 — 102,9 кН. М20 до класса 6.8 включительно этой силе уступает, с класса 8.8 снова впереди. Момент затяжки в спецификации стоит рядом с силой стяжки, коэффициентом трения и источником коэффициента.
Болт это: определение и состав болтового соединения
Болт это крепёжное изделие: стержень с головкой и резьбой, который стягивает пакет деталей в паре с гайкой. Головка опирается на одну сторону пакета, гайка — на другую. Шайба раздаёт давление по опоре и задаёт торец, по которому считают трение при затяжке.
Болтовое соединение держит стык силой, которую создаёт предварительная затяжка. После сборки стержень растянут, детали сжаты. Внешняя растягивающая сила сначала снимает часть этого сжатия и лишь с раскрытием стыка заметно добавляет усилие стержню. Пока стык закрыт, основная доля внешней нагрузки разгружает сжатые детали. Стык без заданной стяжки смещается сразу, как только появляется рабочая сила: резьба принимает сдвиг.
Вместе заказывают головку, гладкий стержень в зоне растяжения, резьбу, гайку и шайбу. Диаметр в заявке — один параметр этого набора. Класс прочности, класс гайки, покрытие и смазка определяют, какую стяжку стык реально получит.
Чем отличается винт от болта и какие виды болтов ставят в узел
Чем отличается винт от болта, видно по установке, а не по форме головки. Болт проходит сквозные отверстия с зазором и стягивает пакет в паре с гайкой. Винт вворачивается в резьбу одной из деталей и работает без пары с гайкой. Шпилька сидит резьбой в корпусе, а пакет стягивает гайка на свободном конце. Шестигранный стержень с полной резьбой по ISO 4017 в узле с гайкой остаётся болтом, хотя в заголовке стандарта он назван винтом.
Виды болтов в узле различают по тому, какую силу несёт стержень. В списке только те номера, которые читаются без сверки карточки: ГОСТ 7798-70, ISO 4014 и ISO 4017. Остальные стандарты называют после сверки конкретного изделия.
- Шестигранный с неполной резьбой. Гладкий стержень работает на растяжение и может принимать срез. Геометрия — ГОСТ 7798-70 и ISO 4014.
- Шестигранный с полной резьбой. Основная сила — растяжение. Сечение по резьбе на срез слабее гладкого стержня. Геометрия — ISO 4017.
- Фланцевый. Растяжение: опорный фланец заменяет шайбу и увеличивает пятно контакта. Номер стандарта берут с карточки после сверки.
- Призонный под развёртку. Стержень посажен в отверстие без зазора и передаёт срез. Стандарт называют только после сверки карточки.
- Фундаментный. Растяжение анкерного крепления к фундаменту, обычно с гайкой и увеличенной шайбой. Стандарт — после сверки карточки.
В заявке вид болта и схема отверстия идут одной строкой. Под призонный болт отверстие развёртывают, под болт с зазором оставляют проход по диаметру стержня.
Классы прочности болтов и совместимые классы гаек
Класс прочности задаёт минимальный предел текучести болта и нормируется ГОСТ ISO 898-1. Маркировка из двух цифр читается так: первая цифра, умноженная на 100, — номинал временного сопротивления Rm в МПа; произведение обеих цифр, умноженное на 10, — номинал предела текучести. В расчёт берут минимум из таблицы, а не эту круглую оценку. У класса 4.8 минимум Rm уже 420 МПа. У класса 8.8 минимум зависит от диаметра: до 16 мм включительно Rm 800 МПа и Rp0.2 640 МПа, свыше 16 мм — 830 МПа и 660 МПа. Болт М20 читают по строке свыше 16 мм.
| Класс | Диаметр | Rm min, МПа | Предел текучести min, МПа | Гайка |
|---|---|---|---|---|
| 4.6 | весь ряд | 400 | 240 | по ГОСТ ISO 898-2 |
| 4.8 | весь ряд | 420 | 340 | по ГОСТ ISO 898-2 |
| 5.6 | весь ряд | 500 | 300 | по ГОСТ ISO 898-2 |
| 5.8 | весь ряд | 520 | 420 | по ГОСТ ISO 898-2 |
| 6.8 | весь ряд | 600 | 480 | по ГОСТ ISO 898-2 |
| 8.8 | ≤ 16 мм | 800 | 640 | 8 |
| 8.8 | св. 16 мм | 830 | 660 | 8 |
| 10.9 | весь ряд | 1040 | 940 | 10 |
| 12.9 | весь ряд | 1220 | 1100 | 12 |
Гайка подбирается классом под класс прочности болта. Для 8.8, 10.9 и 12.9 ставят гайки 8, 10 и 12. Гайка классом выше допустима. Гайка ниже срезает витки раньше, чем стержень выходит на свой предел текучести: в болтовом соединении слабая гайка обнуляет высокий класс стержня. На головке болта 8.8 и выше класс стоит клеймом, и в поставке клеймо совпадает со строкой чертежа. Гайку класса 12 закладывают в заявку отдельно: на складе чаще лежит класс 8.
Болт М14 и болт М20: почему одного диаметра мало
Болт М14 сопоставляется по силе на пределе текучести с болтом М20. Диаметр задаёт метрическую резьбу и габарит, силу задаёт произведение F = Rp0.2 × As. As — номинальная площадь сечения по резьбе из ГОСТ ISO 898-1, она меньше площади круга по наружному диаметру: у М14 около 154 мм² против As 115 мм², у М20 около 314 мм² против As 245 мм². Подставлять в расчёт πd²/4 нельзя. Метрическая резьба входит в обозначение болта: запись «М14» и «М20» без шага означает крупный шаг, по нему посчитана таблица. Мелкий шаг увеличивает As, потому что впадина резьбы мельче.
| Резьба | Шаг, мм | As, мм² | Класс | Rp0.2, МПа | F = Rp0.2 × As, кН |
|---|---|---|---|---|---|
| М14 | 2 | 115 | 5.8 | 420 | 48,3 |
| М14 | 2 | 115 | 8.8 | 640 | 73,6 |
| М14 | 2 | 115 | 10.9 | 940 | 108,1 |
| М14 | 2 | 115 | 12.9 | 1100 | 126,5 |
| М20 | 2,5 | 245 | 5.8 | 420 | 102,9 |
| М20 | 2,5 | 245 | 8.8 | 660 | 161,7 |
| М20 | 2,5 | 245 | 10.9 | 940 | 230,3 |
| М20 | 2,5 | 245 | 12.9 | 1100 | 269,5 |
М14 класса 12.9 выходит на 1 100 МПа × 115 мм² = 126 500 Н = 126,5 кН. М20 класса 5.8 даёт 102,9 кН. М20 класса 6.8: 480 МПа × 245 мм² = 117 600 Н = 117,6 кН. Классы М20 4.6, 4.8, 5.6, 5.8 и 6.8 по этой силе уступают М14 класса 12.9. С класса 8.8 болт М20 даёт 161,7 кН и снова впереди, классы 10.9 и 12.9 отрыв увеличивают. Ту же силу ограничивают длина свинчивания и класс гайки: короткая резьба или слабая гайка срезает витки раньше, чем стержень доходит до Rp0.2. Полновысокая гайка парного класса рассчитана так, чтобы стержень достигал своего предела раньше среза витков.
Предварительная затяжка: исходные данные с покрытием и смазкой
Предварительная затяжка создаёт силу стяжки в болтовом соединении. Силу задают долей от F0,2 = Rp0.2 × As: ближе к 0,9 при узком разбросе трения и методе, который этот разброс держит, ближе к 0,7 при затяжке динамометрическим ключом. Момент получают из этой силы и трения резьбы и опорного торца:
M = F × (0,16 × P + 0,58 × d2 × μрез + Dkm / 2 × μоп). Здесь 0,16 — округление шагового члена P/(2π), d2 — средний диаметр резьбы, Dkm — средний диаметр трения опоры. Если P, d2 и Dkm подставлены в миллиметрах, а F — в ньютонах, результат в Н·мм делят на 1 000 и получают Н·м. Шайба меняет Dkm, поэтому она входит в исходные данные наравне с покрытием.
Цинковое покрытие меняет трение при выполнении предварительной затяжки. Оцинкованная сталь болта того же класса, что и чёрный стержень, на сухом гальваническом слое требует другого момента для той же силы. Гальваническое покрытие болтов, горячий цинк и нержавейка в одну строку μ не складываются.
Момент в Н·м указывают вместе с силой, коэффициентом трения и источником коэффициента. Отдельной таблицы моментов для М14 здесь нет: один и тот же диаметр на сухом цинке и на фосфате с маслом даёт разный момент при одной силе. Диапазоны μ ниже — ориентир уровня и разброса, в формулу партии их не подставляют.
| Состояние пары | μ, ориентир | Разброс | Момент при той же силе | Что запросить |
|---|---|---|---|---|
| Сталь сухая | 0,10–0,16 | средний | база сравнения | масло консервации, состояние поверхности |
| Фосфат с маслом | 0,08–0,12 | узкий | ниже базы | тип фосфата и масла |
| Гальванический цинк, сухой | 0,12–0,20 | широкий | выше базы | толщина, пассивация |
| Цинк со смазкой | 0,08–0,14 | уже сухого цинка | ниже сухого цинка | марка смазки, μ по ISO 16047 |
| Горячий цинк | 0,14–0,25 | широкий | заметно выше | толщина слоя, поле резьбы |
| Нержавейка сухая | 0,20–0,35 | очень широкий | высокий, риск задира | группа A2 или A4 |
| Нержавейка с пастой | 0,10–0,16 | уже сухой | ниже сухой нержавейки | марка монтажной пасты |
Резьбы болтов и обозначение болта на чертеже
Резьбы болтов в крепеже — метрические. Крупный шаг в обозначении не пишут, мелкий пишут явно. Шаги в таблице — по ГОСТ 8724; шага, которого в стандарте нет, в строках нет. Правая резьба в обозначении молчит, левая получает LH.
| Резьба | Шаг, мм | Как пишется в обозначении |
|---|---|---|
| М6 | 1 | М6 |
| М8 | 1,25 | М8 |
| М10 | 1,5 | М10 |
| М12 | 1,75 | М12 |
| М14 | 2 | М14 |
| М14×1,5 | 1,5 | М14×1,5 |
| М16 | 2 | М16 |
| М18 | 2,5 | М18 |
| М20 | 2,5 | М20 |
| М20×2 | 2 | М20×2 |
| М20×1,5 | 1,5 | М20×1,5 |
| М22 | 2,5 | М22 |
| М24 | 3 | М24 |
Обозначение болта на чертеже разбирается по полям. Строка «Болт М20×80.88 ГОСТ 7798-70»: «М20» — метрическая резьба крупного шага 2,5 мм; «80» — длина от опорной плоскости головки до торца, мм; «.88» — класс прочности 8.8; «ГОСТ 7798-70» — шестигранный болт класса точности B с неполной резьбой. На действующих чертежах эта запись жива. Геометрию новых шестигранных болтов сверяют также с ISO 4014 для неполной резьбы и с ISO 4017 для полной.
Поле допуска и покрытие указывают отдельными знаками. Без знака поля наружная резьба читается как 6g. Цинк и толщина слоя в номер ГОСТ 7798-70 не входят: их пишут рядом, иначе снабженец привезёт чёрный болт нужного класса.
Оцинкованный и нержавеющий болт: покрытие и марка стали
Покрытие и группа нержавеющей стали продолжают таблицу затяжки: они меняют натяг резьбы, трение и допустимый класс. Оцинкованная сталь болта сохраняет класс стержня, пока слой не приносит водород и пока толщина укладывается в поле резьбы. Болты из жаропрочной стали в классы ГОСТ ISO 898-1 и в группы A2/A4 не входят: марку и свойства для них задаёт отдельный чертёж.
- Гальванический цинк. Тонкий слой обычно собирается в паре 6g/6H. Трение берут из строки сухого цинка или цинка со смазкой. Гальваническое покрытие болтов классов 10.9 и 12.9 после кислотного процесса проходит обезводороживание по режиму покрытия: иначе остаётся водородное охрупчивание, и стержень может разрушиться уже на собранном стыке. Слой делают на участке гальванических покрытий, толщину согласуют с полем резьбы до запуска.
- Горячий цинк. Слой толще гальванического, поле 6g его часто не вмещает: резьбу делают с запасом или прогоняют после покрытия. μ высокий и широкий по разбросу. Нагрев процесса для классов 10.9 и 12.9 согласуют с изготовителем болта, чтобы отпуск стержня не просел.
- Термодиффузионный цинк. Слой врастает в поверхность и меняет натяг резьбы. Его μ берут из паспорта покрытия: строка гальванического цинка этот процесс не заменяет.
- Группа A2. Нержавеющая сталь A2/A4 маркируется по ISO 3506 отдельно от класса прочности. A2 — хромоникелевая аустенитная сталь, близкая к 08Х18Н10. В марке A2-70 число 70 — ряд прочности 700 МПа по временному сопротивлению. Углеродистый класс 8.8 на эту шкалу не переносят: предел текучести ISO 3506 задаёт отдельно.
- Группа A4. Та же аустенитная основа с молибденом, близкая к 10Х17Н13М2, в хлоридах стойкость выше. Точный аналог марки закрывает сертификат. Сухая нержавейка склонна к задиру, поэтому в таблицу затяжки она входит вместе с монтажной пастой.
Фаска, проворачивающаяся резьба, трапеция и болтовая муфта
Фаска на торце. Снятие фасок болта — заход резьбы в гайку, а не отделка кромки. Насадка для снятия фаски на болтах или резец снимает торец так, чтобы первый виток входил без замятия. Фаску делают до покрытия: на острой кромке слой цинка садится неравномерно. Операция — снятие фаски на стержне и на кромке детали.
Проворот без осевого хода. Запрос «как снять болт если резьба прокручивается» описывает сорванные витки: ключ крутит стержень, осевого хода нет. Доворот стяжку не создаёт. Дальше идут слесарные работы по восстановлению отверстия и сборке новым крепежом.
- Фиксируют срыв витков: есть вращение и нет осевого хода.
- Болт и гайку меняют парой: у старой гайки витки повреждены так же.
- Отверстие восстанавливают резьбовой вставкой или переводят на ремонтный размер.
- Стык собирают новым крепежом и задают предварительную затяжку заново, с тем μ, который будет на сборке.
Трапецеидальная резьба. Болт с трапецеидальной резьбой — ходовой винт: угол профиля 30°, обозначение Tr. Откидные болты с трапецеидальной резьбой работают как быстросъёмный прижим. Резьбу точат на токарной обработке. Момент стыка и классы ГОСТ ISO 898-1 к ходовой трапеции не применяют.
Болтовая муфта. Муфта соединительная болтовая передаёт крутящий момент между валами. Часть болтов в ней призонные: они стоят в отверстиях из-под развёртки и работают на срез. Болты с зазором в той же муфте стягивают фланцы, и момент тогда держит трение стыка — для них снова считают предварительную затяжку.
В заявку кладут обозначение болта, класс гайки, покрытие, смазку и силу стяжки. Число стыков, призонные отверстия и резьбовые вставки задают срок, стоимость считают по чертежу. Сборку узлов делаем в Чебоксарах, отгрузка по РФ. Чертёж стыка с пометкой по классу и затяжке можно отправить на расчёт.