Крепёжные изделия: резьбовые соединения¶

Крепёжные изделия: резьбовые соединения — класс машиностроительной продукции, предназначенной для неподвижного соединения деталей и конструкций посредством винтовой поверхности (резьбы). Резьбовые соединения являются наиболее распространённым видом разъёмных соединений в технике благодаря простоте сборки, возможности многократной разборки и относительно низкой стоимости производства.

¶История

Принцип винтовой линии был известен ещё в античности (архимедов винт), однако использование резьбы для скрепления деталей началось лишь в эпоху Возрождения. Первые металлические винты и гайки, близкие к современным, появились в XV–XVI веках в часовых механизмах. Промышленное производство резьбовых крепёжных изделий стало возможным после изобретения токарно-винторезного станка в конце XVIII века. До середины XIX века каждый завод применял собственную геометрию резьбы, что затрудняло взаимозаменяемость. В 1841 году английский инженер Джозеф Уитворт предложил первую унифицированную систему резьбы (дюймовую), а в 1898 году в Цюрихе была принята метрическая система резьбы, ставшая международным стандартом.

¶Классификация и основные виды

По функциональному назначению резьбовые крепёжные изделия делятся на несколько основных типов:

• Болт — стержень с резьбой на одном конце и шестигранной (реже иной) головкой на другом. Используется в паре с гайкой для соединения двух и более деталей.
• Винт — стержень с резьбой и головкой, вворачиваемый непосредственно в одну из соединяемых деталей (в отверстие с нарезанной резьбой). Различают установочные, крепёжные и самонарезающие винты.
• Шпилька — стержень с резьбой на обоих концах, без головки. Вворачивается одним концом в деталь, на другой навинчивается гайка.
• Гайка — деталь с внутренней резьбой, навинчиваемая на болт или шпильку. Основные формы: шестигранная, корончатая, прорезная, гайка-барашек.
• Шайба — плоское кольцо, подкладываемое под гайку или головку болта для увеличения опорной поверхности, предотвращения самоотвинчивания или защиты поверхности детали. Различают плоские, пружинные (гровер) и стопорные шайбы.

По типу резьбы выделяют метрическую (с треугольным профилем, угол 60°) и дюймовую (угол 55°) резьбу. По направлению — правую (наиболее распространённую) и левую. По шагу — резьбу с крупным и мелким шагом.

¶Характеристики и материалы

Основным параметром метрической резьбы является номинальный диаметр (в миллиметрах) и шаг. Стандартизацией резьб занимается Международная организация по стандартизации (ISO); в России действуют ГОСТы, в частности ГОСТ 24705-2004, устанавливающий основные размеры метрической резьбы.

Крепёжные изделия изготавливаются преимущественно из углеродистых и легированных сталей, а также из нержавеющих сталей, латуни, алюминиевых сплавов и пластиков. Прочностные характеристики болтов и винтов обозначаются классами прочности (например, 4.8, 8.8, 10.9, 12.9), где первое число указывает на предел прочности, а второе — на предел текучести материала. Для защиты от коррозии применяются цинкование, оксидирование, хромирование и другие виды покрытий.

¶Применение

Резьбовые соединения используются во всех отраслях машиностроения, строительства, приборостроения и бытовой техники. Они обеспечивают надёжную фиксацию деталей при сохранении возможности разборки узла для ремонта или замены элементов. В строительстве применяются анкерные болты и шпильки для крепления несущих конструкций к фундаменту. В авиационной и космической технике используются специальные облегчённые крепёжные элементы из титановых сплавов.

¶Достоинства и недостатки

К достоинствам резьбовых соединений относятся взаимозаменяемость, стандартизация, простота монтажа и демонтажа, возможность регулировки усилия затяжки. Недостатками являются концентрация напряжений во впадинах резьбы, склонность к самоотвинчиванию при вибрационных нагрузках и относительно невысокая несущая способность по сравнению со сварными соединениями. Для предотвращения самоотвинчивания применяются контргайки, пружинные шайбы, стопорные шплинты и анаэробные фиксаторы резьбы.

¶Критика и альтернативы

В условиях массового производства резьбовые соединения критикуются за относительно высокую трудоёмкость автоматизированной сборки по сравнению с клёпкой или сваркой. В ряде отраслей (например, в кузовостроении) резьбовые соединения вытесняются точечной сваркой и клеевыми технологиями. Тем не менее, для узлов, требующих периодического обслуживания и разборки, резьбовые соединения остаются безальтернативным решением.