Винт

Винт — это крепёжное изделие в виде стержня с наружной резьбой и головкой, предназначенное для соединения деталей путём ввинчивания в резьбовое отверстие одной из них или в предварительно подготовленное отверстие с последующим навинчиванием гайки. Винт является одним из наиболее распространённых типов резьбовых крепежей, наряду с болтом, шпилькой и шурупом. От болта винт отличается, как правило, способом фиксации: болт проходит через соединяемые детали насквозь и затягивается гайкой, тогда как винт вворачивается в резьбу, выполненную в одной из деталей, или входит в материал без гайки.

История

Прообразы винтов использовались ещё в античности. Первые винтовые механизмы, такие как винт Архимеда (III век до н. э.), применялись для подъёма воды, но не для крепления. Винт как крепёжное изделие начал развиваться в эпоху Возрождения. В XVI веке Леонардо да Винчи создал эскизы станков для нарезания винтовой резьбы. Однако массовое производство винтов стало возможным только с появлением токарных станков и механизации.

В XIX веке, с развитием промышленной революции, возникла необходимость в стандартизации резьб. В 1841 году британский инженер Джозеф Уитворт предложил систему резьбы с углом профиля 55°, которая стала первой в мире стандартизированной. В 1864 году американец Уильям Селлерс разработал систему с углом 60°, которая легла в основу американской дюймовой резьбы. В СССР и России в 1947 году была принята метрическая резьба (ISO), которая стала основной в машиностроении.

Классификация

Винты классифицируются по нескольким признакам: форме головки, типу шлица, материалу, назначению и типу резьбы.

По форме головки

• Цилиндрическая головка — наиболее распространённая форма, используется в машиностроении и приборостроении.
• Полукруглая головка — применяется в мебельной и автомобильной промышленности, где требуется эстетичный вид.
• Потайная головка — после затягивания оказывается заподлицо с поверхностью детали, используется в авиации, судостроении и электронике.
• Полупотайная головка — сочетает свойства потайной и полукруглой.
• Шестигранная головка — предназначена для затягивания гаечным ключом, применяется в строительстве и тяжёлом машиностроении.
• Головка под внутренний шестигранник (имбус) — позволяет передавать большой крутящий момент, используется в станках и спортивном оборудовании.

По типу шлица

• Прямой шлиц (шлиц «минус») — классический тип, но при затягивании отвёртка часто соскальзывает.
• Крестообразный шлиц (Phillips, Pozidriv) — обеспечивает лучшее центрирование отвёртки.
• Внутренний шестигранник (Hex) — позволяет использовать ключ-шестигранник, передаёт высокий момент.
• Torx (звёздочка) — устойчив к срыву шлица, используется в автомобилестроении и электронике.
• Tri-wing, Pentalobe — специальные шлицы для защиты от несанкционированного вскрытия (например, в бытовой технике).

По материалу

• Сталь — наиболее распространённый материал. Углеродистая сталь (обычно марки 10, 20, 35) используется для стандартных винтов. Легированная сталь (40Х, 30ХГСА) применяется для высоконагруженных соединений.
• Нержавеющая сталь (A2, A4) — устойчива к коррозии, используется в пищевой, химической и морской промышленности.
• Латунь — применяется в электротехнике и декоративных целях.
• Алюминий — лёгкий, используется в авиации и спортивном оборудовании.
• Титан — дорогой, но прочный и лёгкий, применяется в медицине (имплантаты) и аэрокосмической отрасли.
• Пластик — для винтов в электронике и бытовой технике, где не требуется высокая прочность.

По типу резьбы

• Метрическая резьба — с углом профиля 60°, обозначается буквой M (например, M6, M10). Наиболее распространена в России и Европе.
• Дюймовая резьба — с углом профиля 55° (Уитворт) или 60° (UNC, UNF). Используется в США, Великобритании и некоторых отраслях (например, в сантехнике).
• Трубная резьба — цилиндрическая (G) или коническая (R), применяется для соединения труб.
• Специальная резьба — например, трапецеидальная (Tr) для ходовых винтов, упорная (S) для домкратов.

Устройство и характеристики

Винт состоит из трёх основных частей: стержня, резьбы и головки.

• Стержень — цилиндрическая часть, на которую нарезана резьба. Длина стержня может быть полной (резьба по всей длине) или частичной (гладкая шейка под головкой).
• Резьба — винтовая канавка на стержне. Основные параметры: наружный диаметр (d), шаг (P) — расстояние между соседними витками, и угол профиля. Для метрической резьбы шаг может быть крупным (основным) или мелким.
• Головка — верхняя часть, которая передаёт крутящий момент от инструмента. Форма головки определяет тип инструмента (отвёртка, ключ, бита).

Ключевые механические характеристики винта:

• Предел прочности на разрыв — максимальное усилие, которое выдерживает винт до разрушения. Для стальных винтов обозначается классом прочности (например, 8.8, 10.9, 12.9). Первая цифра — предел прочности на разрыв в сотнях МПа, вторая — отношение предела текучести к пределу прочности.
• Твёрдость — способность сопротивляться вдавливанию. Измеряется по шкалам Роквелла (HRC) или Бринелля (HB).
• Коррозионная стойкость — для нержавеющих и оцинкованных винтов.

Применение

Винты используются практически во всех отраслях промышленности и быту.

• Машиностроение — сборка узлов и агрегатов (двигатели, редукторы, станки). Применяются винты с шестигранной головкой и внутренним шестигранником.
• Строительство — крепление металлоконструкций, деревянных элементов, гипсокартона. Используются самонарезающие винты (саморезы) с острым концом.
• Электроника — сборка печатных плат, корпусов приборов. Применяются миниатюрные винты с потайной головкой и шлицем Torx.
• Мебельная промышленность — сборка корпусной мебели (конфирматы, евровинты).
• Авиация и космонавтика — высоконагруженные винты из титановых и жаропрочных сплавов.
• Медицина — винты для остеосинтеза (костные имплантаты) и ортодонтические конструкции.

Стандарты

В России и странах СНГ действуют следующие стандарты на винты:

• ГОСТ 17473-80 — винты с полукруглой головкой.
• ГОСТ 17474-80 — винты с потайной головкой.
• ГОСТ 17475-80 — винты с полупотайной головкой.
• ГОСТ 11738-84 — винты с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником.
• ГОСТ 1491-80 — винты с цилиндрической головкой и прямым шлицем.

Международные стандарты: ISO 1207, ISO 4014, DIN 84, DIN 912, ANSI B18.2.1.

Интересные факты

• Самый маленький винт в мире имеет диаметр 0,3 мм и используется в часовых механизмах. Самый большой — диаметром до 100 мм — применяется в горнодобывающей технике.
• Винт с потайной головкой изобрёл в 1908 году американский инженер Уильям Дэвис, что позволило делать поверхности гладкими.
• В 2020 году российские инженеры из «Росатома» разработали винт из сплава на основе никеля, способный выдерживать температуры до 800 °C, для использования в ядерных реакторах.
• Винты с крестообразным шлицем (Phillips) были созданы в 1930-х годах для автоматизации сборки на конвейерах Ford.
• В космической технике винты часто покрывают дисульфидом молибдена для снижения трения в вакууме.

Критика

Основные недостатки винтов как крепёжных изделий:

• Срыв шлица — при перетягивании или использовании неподходящего инструмента шлиц может разрушиться, что затрудняет демонтаж.
• Коррозия — незащищённые стальные винты ржавеют, особенно в условиях высокой влажности.
• Усталостная прочность — при циклических нагрузках винт может разрушиться из-за усталости материала.
• Необходимость точного сверления — для винтов с потайной головкой требуется зенковка отверстия, что усложняет монтаж.

Для устранения этих недостатков применяются различные методы: оцинковка, фосфатирование, использование нержавеющих сталей, а также резьбовые фиксаторы (например, анаэробные клеи).

Источники

• ГОСТ 27017-86 «Изделия крепёжные. Термины и определения».
• Орлов П. И. «Основы конструирования». — М.: Машиностроение, 1988.
• Феодосьев В. И. «Сопротивление материалов». — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007.
• «Детали машин» / Под ред. О. А. Ряховского. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014.
• Справочник конструктора-машиностроителя / Под ред. В. И. Анурьева. — М.: Машиностроение, 2001.
• ISO 898-1:2013 «Механические свойства крепёжных изделий из углеродистой и легированной стали».