Изготовленных из различных материалов

стальной шпильки (винта), МПа	при материале корпуса ( , МПа)
Сталь (300-400)	Дюралюминий (360-400)	Бронза (250-200)	Чугун (180-250)	Силумин (160-200)
400-500	0,8-0,9	0,8-0,9	1,2-1,3	1,3-1,4	1,4-2,0
900-1000	1,6-2,0	1,6-2,0	1,8-2,2	1,8-2,2	2,0-2,5

Гайки. Болты и шпильки снабжены гайками.

Гайки имеют различную форму. Наиболее распространены шестигран­ные гайки. На рис. 21 показаны шестигранные гайки, применяемые в ма­шиностроении: а — с одной фаской; б — с одной фаской и проточкой; в — прорезные; г — корончатые. У корончатых гаек для установки стопорных шплинтов выполнены прорези. Имеются и другие конструктивные разно­видности шестигранных гаек. В зависимости от высоты шестигранные гайки бывают нормальные, высокие и низкие. Высокие гайки применяют при частых разборках и сборках для уменьшения износа резьбы. Прорезныеи корончатые гайки также выполняют высокими. В зависимости от точности изготовления шестигранные гайки, аналогично болтам, бывают нормальной и повышенной точности. Для крепления подшипников качения, руле­вого устройства в велосипедах, мотоциклах и других машинах применяют круглые гайки со шлицами (рис. 21, д). При частом отвинчивании и за­винчивании с небольшой силой затяжки применяют гайки-барашки (рис. 21, е, ж).

Рис. 21. Конструктивные формы гаек

Рис. 22. Гайки

На рис. 22: в — шестигранная гайка с двумя фасками для больших осевых нагрузок; г — шестигранная гайка с одной фаской для незначительных осевых нагрузок; ж — шестигранная гайка с глухим резьбовым отверстием; з — шестигранная гайка с буртиком; и — круглая гайка с накаткой и углублением под ключ; к — круглая гайка с от­верстиями на торце под ключ.

Резьбовое соединение нестандартными деталями. Помимо резьбовых соединений, осуществляемых при помощи стандартных крепежных деталей, находят широкое применение резьбовые соединения, в которых резьба выполня­ется непосредственно на деталях, входящих в соеди­нение.

На рис.23 представлено соединение трубы 1 со штуцером 2, осуществляемые при помощи накид­ной гайки 3 и втулки 4, прижимающей коническую развальцованную часть трубы к штуцеру.

Рис.23

Материалы резьбовых деталей.При выборе материала для резьбовых деталей учитывают величину и характер нагрузки (статическая или переменная), условия работы (температуру, коррозию и т. д.), способ изготовления.

Стандартные крепежные изделия общего назначения изготовляют из углеродистых сталей типа сталь 10 — сталь 35. Эти стали, позволяют изготовить большие партии болтов, винтов, гаек методом холодной высадки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках. Механические свойства крепежных изделий определяются как материалом, так и технологией изготовления. Стандартом предусмотрено изготовление стальных болтов, винтов и шпилек 12 классов прочности от 3,6 до 14,9. Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение временного сопротивления (МПа), а про­изведение первого на второе и на 10 — предел текучести (МПа). Например, классу прочности 5.8 соответствует = 500 МПа и = 400 МПа. Декоративные винты и гайки выполняются из цветных металлов и пластмасс. Выбор материалов, как и всех параметров резьбовых соединений, определяется расчётом на прочность.

Изображение на чертежах разъемных соединений. ГОСТ 2.315-68 предусматривает упрощенные и условные изображения крепежных деталей на сбо­рочных чертежах.

При упрощенных изображениях (рис.24) резьба показывается по всей длине стержня крепежной резьбовой детали. Фаски, скругления, а также зазоры между стержнем детали и отверстием не изображаются. На видах, полученных проецированием на плоскость, перпен­дикулярную оси резьбы, резьба на стержне изобра­жается одной окружностью, соответствующей на­ружному диаметру резьбы. На этих же видах не изображаются шайбы, приме­ненные в соединении.

Соединение болтом упрощенное. ГОСТ 2.315–68

Рис.24

При изображении болтовых соединений размеры болта, гайки и шайбы берутся по соответствующим ГОСТам. На учебных сборочных чертежах, с целью экономии времени, болт, гайку и шайбу рекомен­дуется вычерчивать не по всем размерам, взятым из ГОСТа, а только по его диаметру и длине стержня. Остальные размеры обычно определяются по условным соотношениям элементов болта и гай­ки в зависимости от диаметра резьбы.

Соединение шпилькой упрощенное. ГОСТ 2.315–68

Рис.25

При вычерчивании на сборочных чертежах шпилечного соединения рекомендуется, как при болтовом соединении, пользоваться условными соотношениями между диаметром резьбы d и раз­мерами элементов гайки и шайбы.

Длину l₁ ввинчиваемого (посадочного) конца шпильки выбирают в зависимости от материала детали.

Соединение винтом упрощенное. ГОСТ 2.315–68

В винтовом соединении (рис.26), как и в шпилечном, резь­бовая часть винта ввинчивается в резьбовое отверстие детали. Граница резьбы винта должна быть несколько выше линии разъема деталей. Верхние детали в отверстиях резьбы не имеют. Между этими отверстиями и винтами должны быть зазоры.

Рис.26

Шайбы. Под гайки, головки болтов и винтов, как правило, уста­навливают шайбы.

Назначение шайб — увеличение опорной поверхности и предохранение де­талей от задиров.

Для стопорения (контровки) служат специальные шайбы. Наибольшее распростра­нение в машиностроении получили шайбы круглые (рис. 27, а). Первые изготовляют штамповкой, вторые обрабатывают на токарных станках. Тол­щина шайбы и наружный диаметр зависят от диаметра резьбового изделия. Шайбу плоскую квадратную или особой формы (рис.27, б) применяют для стопорения гайки; круглую лепестковую (рис. 27, в)— для стопоре­ния круглых гаек со шлицами; круглую пружинную (рис. 27, г) — для стопорения любых гаек. Шайбы пружинные изготавливаются из Ст.65Г с термообработкой, отгибные пластины и проволока для завязывания - из Ст.1.

Рис.27. Шайбы

Гаечные замки. Во избежание са­моотвинчивания гаек, винтов применяют особые устройства, называемые гаечными замками.

Существует очень много способов сто­порения (контровки) или предохранения гаек от самоотвинчивания. Самоотвинчивание разрушает соединения и может привести к аварии. Предохранение от самоотвинчивания важно для повышения надежности резьбовых соединений и совершенно необходимо при вибрациях, переменных и ударных нагрузках. Вибрации понижают трение и нарушают условие самоторможения в резьбе.

1. Стопорение дополнительным трением (рис.28), за счёт создания дополнительных сил трения, сохраняющихся при снятии с винта внешней нагрузки (контргайка, воспринимающая основную осевую нагрузку, и ослабляющая силу трения и затяжки в резьбе основной гайки, необходима взаимная затяжка гаек; самоконтрящиеся гайки с радиальным натягом резьбы после нарезания резьбы и пластического обжатия специальной шейки гайки на эллипс; самоконтрящиеся гайки с несколькими радиальными прорезями; гайки с полиамидными кольцами без резьбы, которая нарезается винтом при завинчивании, обеспечивают большие силы трения, в винте применяют полиамидную пробку; контргайка цангового типа (сверху) при навинчивании обжимается на конической поверхности; арочного типа (снизу) при навинчивании разгибается и расклинивает резьбу; пружинные шайбы, усиливающие трение в резьбе; пружинные шайбы с несколькими отогнутыми усиками; специальные винты через медную или свинцовую прокладку или деформированием гайки с прорезями, перпендикулярными оси, применяют при спокойных нагрузках.

Рис. 28. Стопорение за счёт дополнительной силы трения

2. Стопорение специальными запирающими элементами (рис.29), полностью исключающими самопроизвольный проворот гайки (шплинты ГОСТ 397-79 сгибаемые из проволоки полукруглого сечения плоскими сторонами внутрь, их выпадению препятствуют петля и разогнутые концы; шайбы с лапками ГОСТ 3693/95-52, одна из которых отгибается по грани гайки, а другая по грани детали, стопорение такими шайбами, как и шплинтами, весьма надёжно и широко распространено; шайбы с лапками ГОСТ 11872-80 стопорят гайки со шлицами при регулировке подшипников качения на валу, внутренний носик отгибается в канавку винта, а наружные лапки – в шлицы гайки; обвязка головок болтов проволокой через отверстия в групповых соединениях с натяжением проволоки в сторону затяжки болтов.

Рис. 29. Стопорение запирающими элементами

3. И, наконец, стопорение может выполняться также пластическим деформированием или приваркой после затяжки.

Выше описаны некоторые конструкции гаечных замков (см. рис. 27, б— г). При установке контргайки 2 (рис. 30, а) создается дополнительное натяжение и трение в резьбе, поэтому самоотвинчивание гайки 1 затрудняется. При установке пружинной шайбы (см. рис. 30, г)самоотвинчивание исключается за счет упругости шайбы. Кроме того, упругость этой шайбы значительно уменьшает вибрации гайки. При установке шплинта (рис. 30, б, в) или при обвязке группы болтов проволокой (рис. 30, г) гайка жестко соеди­няется со стержнем болта (шпильки). Иногда гайки жестко соединяют с деталью с помощью специальной шайбы (см. рис. 27, б), планки (рис. 30, д) и т. п.

Рис. 30. Конструкции гаечных замков

Инструмент для завинчивания и отвинчивания. Завинчивают и отвинчивают винты и гайки (кроме винтов со шлицем под отвертку) ключами (рис. 31).

Для винтов и гаек с шестигранными и квадратными головками при наличии свободного доступа обычно применяют ключи обыкновенные (рис.31,а) или двусторонние (рис.31,б).

Последние изготовляют с двумя растворами. Замкнутый ключ с удвоенным числом граней (рис. 31, в) позволяет завинчивать гайки при повороте ключа на уменьшенный угол.

При отсутствии свободного доступа к головкам и гайкам с боковых сторон применяют торцевые ключи с прямым стержнем и захватом по всем граням.

Для винтов с внутренним шестигранником применяют ключи в виде шестигранного прутка, изогнутого под углом 90° (рис.31, г).

Рис.31. Гаечные ключи

Ключ для круглых шлицевых гаек показан на рис.31,д.

При редком завинчивании и отвинчивании винтов и гаек разных размеров применяют раздвижные ключи с регулируемым раствором (рис.31, е). Однако эти ключи не допускают таких больших моментов затяжки, как нераздвижные, и менее долговечны.

Важное значение для прочности винтов, особенно подверженных переменной нагрузке, имеет установление и контроль требуемой силы начальной затяжки. Применяют следующие способы затяжки с контролем силы:

Ключами предельного момента. При превышении этого момента происходит проскальзывание.

Динамометрическими ключами, имеющими обычно упругую рукоятку, прогибы которой, пропорциональны замеряемому моменту. В связи с переменностью коэффициента трения и плотности резьбы точность установления начальной затяжки по моменту невелика.

Поворотом гайки на рассчитанный заранее угол от положения соприкосновения.

С помощью тарированных упругих шайб, которые при достижении расчетной нагрузки распрямляются и становятся жесткими.

Наиболее точно можно определить силу начальной затяжки с помощью измерения удлинения болта.

Зависимость между моментом, приложенным к гайке, и осевой силой

При завинчивании гайки (рис.32) к ключу прикладывают вращающий момент

, (1)

где F_кл — усилие на конце ключа; L_p — расчетная длина ручки ключа.

Рис.32. К расчету момента на ключе

Момент движущих сил равен сумме моментов сил сопротивления, т. е.

, (2)

где Т — момент в резьбе; Т_T — момент сил трения на опорном торце гайки. Момент в резьбе определяют по формуле

(3)

где F₃ — сила затяжки болта (осевая сила, растягивающая болт); — угол подъема винтовой линии; d₂ — средний диаметр резьбы; — приведенный угол трения.

Момент сил трения на опорной поверхности

(4)

здесь — коэффициент трения между поверхностью гайки (головки) и детали; D — диаметр захвата гаечного ключа (опорного торца гайки); мм — диаметр отверстия в детали под болт.

Подставляя полученные выражения Т и Т_T в формулы (1) и (2) для момента завинчивания, получим момент на ключе

(5)

Длина стандартных ключей: L = 15d при ; .