Уровень качества крепежных элементов, технические характеристики используемого инструментария, а также корректный подход к выбору способа затягивания резьбового соединения – совокупность данных факторов играет главную роль в обеспечении высоких рабочих показателей объектов сферы стройиндустрии, узлов механизмов и машин. Продолжительный временной интервал сохранения усилия затяжки является гарантией надежности разъемного сопряжения, сформированного за счет резьбы, в ходе его эксплуатации.
Силовые характеристики резьбовых соединений
В число основных силовых характеристик резьбовых соединений входят:
величина минимальной разрушающей нагрузки;
численное значение пробной нагрузки. Для болта с прочностью класса не ниже 6.8 она берется равной примерно 75-79 процентов от вышеуказанного разрушающего воздействия. Пробная нагрузка служит в качестве контрольного показателя, который крепежный элемент должен выдержать в ходе испытаний.
Момент силы предварительной затяжки (обозначение МСПЗ) резьбового сопряжения обычно находится в диапазоне 75%≤МСПЗ≤80% от величины пробной нагрузки. В некоторых случаях МСПЗ принимается равным 90% от численного значения этой же характеристики. Приложенное усилие затяжки способствует проявлению в упруго напряженных компонентах крепежа механизма пластических деформаций. Его действие вызывает убывание напряжений. Данный фактор приводит к снижению затяжки соединения без дополнительных воздействий силового характера.
Конструкторская документация (сокращенно КД) содержит сведения о величине вращающего момента затяжки, либо соответствующего значения усилия предварительной затяжки.
К повреждению в резьбовых соединениях приводят, в основном, нижеперечисленные факторы.
Затягивание осуществлялось:
с неравномерно распределяемым усилием;
с усилием, превышающим указанное в КД либо, наоборот, недостаточным.
Были некорректно подобраны компоненты, формирующие соединение.
Основные способы затягивания резьбовых соединений
На территории нашей страны действует Руководящий Документ за номером 37.001.131, принятый в 1989 году. В нем прописаны нормы затяжки соединений, созданных с использованием резьбовой накатки с диаметром (обозначение d), изменяющемся в диапазоне M6≤d≤M24, а также выдвигаемые к ним технические требования. Кроме того, его положения устанавливают значения минимальных и максимальных крутящих моментов затяжки таких сопряжений с учетом размерных характеристик крепежа, его класса прочности в соответствии с регламентом ГОСТа1759-70 и принадлежности соединения к определенному классу.
Приложение крутящего момента
Данный способ затяжки получил наибольшее распространение ввиду простоты, незначительным затратам времени на реализацию и невысокой стоимости используемого инструментария. Его суть – формирование на крепежной детали (неважно, будь то гайка, болт либо винт) крутящего момента, благодаря которому обеспечивается требуемая сила предварительной затяжки. Для конкретики рассмотрим этот вопрос касательно метиза первого вида.
Крутящим моментом называется момент силы, которая приложена к гайке на определенной удаленности от центра, вызывающий ее поворот вокруг вертикальной оси. Рассчитывается этот параметр по следующей формуле:
Мсилы
=F×S Нм, где
Мсилы – Момент силы;
F – приложенная сила;
S – плечо.
Болт, как один из элементов резьбового соединения, находясь под постоянным напряжением механического характера, проявляет устойчивость к усталости. При очень небольшом первоначальном усилии этот метиз под воздействием внешних изменяющихся нагрузок станет быстро повреждаться. Когда же первоначальное усилие чересчур велико, не исключено разрушение данной крепежной детали. Исходя из вышесказанного, можно сделать следующий вывод: надежность соединения – характеристика производная от корректности выбора первоначального усилия. Таким образом, необходимо контролировать приложенный к гайке крутящий момент.
Крутящий момент является косвенной характеристикой величины усилия затяжки. Если соединение сконструировано корректно и при условии, что проводился контроль этого показателя, рассмотренный способ для большинства возможных случаев является удовлетворительным. В резьбовых соединениях, относящихся к категории ответственных, требуется применение прямых и намного более точных методик определения затягивающего усилия, способствующих уменьшению отклонения остаточного значения этого параметра от указанного в КД. В основе этих способов находятся:
измерение величины, на которую растянулся стержень крепежной детали;
контроль угла поворота накручиваемой гайки;
прямой контроль усилия затягивания.
Техническая документация содержит сведения о требуемой величине затягивающего усилия. Однако все не так просто. Соединение может подвергаться нескольким циклам сборки/разборки и эксплуатироваться большой промежуток времени. В результате проявятся неучтенные изменения, оказывающие влияние на его характеристики.
Необходимый момент затяжки определяется:
геометрией и качеством резьбовой накатки, классом прочности стержневого крепежа;
коэффициентом трения между поверхностью соединяемого элемента конструкции и опорной поверхностью навинчиваемой гайки;
коэффициентом трения между стержнем шпильки/болта и гайкой.
Наиболее значимы в этом плане пункты №2 и №3. При усадке металла, грубо обработанной поверхности и трении, которое можно назвать практически сухим, потери именно от трения могут достичь такого высокого уровня, что при затягивании непосредственно на долю напряжения соединения останется не больше 10 процентов момента. Большая часть – 90 процентов – уходит на преодоление силы трения, а также усадку.
Данный фактор может негативно повлиять на надежность соединения. Исполнитель будет считать, что оно уже полностью затянуто, хоть в действительности это не так. Система, реализованная в гайковерте, покажет необходимый момент, но усилие затяжки требуемого уровня достигнуто еще не будет. В ходе эксплуатации резьбовое соединение подвергается воздействию внешних нагрузок, в том числе вибрационного характера, вызывающих его ослабление. Такой ход развития событий может привести к аварии.
Снижение коэффициента трения возможно путем использования машинного масла. Но излишне смазывать им контактирующие поверхности нельзя, поскольку усилие затяжки может быть превышено, в результате чего не исключено разрушение стержневого крепежа.
Величина крутящего момента при отвинчивании гаек превышает значение этого показателя, фиксируемого при их затяжке примерно в полтора раза. Объясняется данное явление:
проникновением – по-научному диффузией – металла элементов болтокомплекта одного в другой;
воздействием коррозии на резьбовое соединение.
Когда откручиваются проржавевшие и окрашенные соединения, может потребоваться инструмент, способный продуцировать момент, величина которого в 2 раза превышает значение этого параметра, указанное в КД. Здесь целесообразно применять спецсредства, обеспечивающие разрушение продуктов коррозии. Так будет уменьшено трение и снижен уровень сил, воздействующих на инструментарий, что продлит его рабочий ресурс.
Но встречаются ситуации, которые в этом плане принято называть безнадежными. Выход видится в использовании специального устройства, с помощью которого можно удалить гайку. Оно так и называется – гидравлический гайкорез.
Что же касается гайковерта, то подбирать его следует с запасом по параметру «крутящий момент» не меньше 30 процентов.
Осевая вытяжка
В данном методе объектом приложения усилия является стержневой крепеж – болт, винт либо шпилька. Это его принципиальное отличие от вышеописанного способа. Осевая вытяжка предполагает выполнение следующей последовательности действий:
предварительное растяжение стержневой соединительной детали. Величина прикладываемого при этом усилия должна быть равной требуемому усилию затягивания;
навинчивание гайки без применения какого-либо инструмента – просто от руки – пока она не войдет в контакт с опорной поверхностью;
сброс гидравлического давления. С болта таким образом снимается нагрузка. В результате усилие затяжки достигает заданной величины.
Требование такое: стержень крепежа должен выступать над торцом гайки не меньше чем на 0,8×Д, где Д – диаметр стержня. Основное достоинство осевой вытяжки – отсутствие потерь на преодоление силы трения в резьбовой накатке и между сопрягаемыми поверхностями. В цифрах картина выглядит так:
потери на деформацию имеющихся на резьбовых витках и поверхностях скрепляемых объектах микронеровностей составляют примерно 30 процентов;
на выполнение полезной работы, связанной с затяжкой резьбового соединения, приходится 70 процентов.
Здесь используются два способа, предусматривающие использование различных приспособлений. Рассмотрим их несколько подробнее.
Вытяжка тензорными домкратами
Этому методу присущи следующие преимущества:
сложные соединения затягиваются синхронно;
усилие затяжки прикладывается равномерно; характеризуется высокой точностью.
Посредством тензорных домкратов, в конструкцию которых входят 2 порта, оснащенные быстроразъемными соединениями, можно затягивать крепеж синхронно и сформировать систему этих устройств с подводом рабочей среды от единой насосной станции. Чтобы получить повышенную точность, профессионалы рекомендуют прикладывать силу к болту, а гайку навинчивать два раза.
Первое нагружение обеспечивает компенсацию зазоров, деформацию поверхностных микронеровностей, а также равномерность распределения нагрузки. Цель проведения второго нагружения – достижение требуемой точности финишного усилия затягивания соединения.
Возвращаясь к разговору, касающемуся синхронной затяжки, несколько слов о перекрестной методике ее выполнения. Она предусматривает одновременное затягивание всех либо нескольких болтов, формирующих соединение, исходя из количества имеющихся в распоряжении тензорных домкратов. Применяется этот способ, если необходимо затянуть стержневой крепеж теплообменников, герметичных аппаратов, именуемых автоклавами, фланцев трубопроводных систем и иного оборудования, работающего под давлением выше атмосферного.
Вытяжка гидравлическими гайками
Гидрогайки применяют, когда работа выполняется в условиях ограниченного пространства, и затягивающий инструмент не помещается в рабочую область. Также останавливать свой выбор на крепеже данного вида следует, когда собранное ответственное соединение будет подвергаться:
знакопеременным нагрузкам;
вибрационному воздействию;
циклическому напряжению давлением либо температурой.
Гидравлические гайки отличаются отсутствием при затягивании крутящего момента. Данный фактор позволяет исключить:
изгиб болтов;
повреждение материала уплотнений;
осевое смещение фланцев.
Ниже представлена последовательность вытяжки шпильки гидрогайкой.
Этап №1. Гидрогайка навинчивается на соответствующий сегмент шпильки или стержня болта, формирующих разъемное соединение.
Этап №2. В гидрогайку подается рабочая жидкость под давлением. Поршень метиза приводится в движение и стержневой крепеж испытывает нагрузку, работающую на растяжение.
Этап №3. Закручивается зажимное кольцо, фиксирующее гидрогайку. давление сбрасывается. Затяжка разъемного соединения завершена. Гидрогайка остается на резьбовой накатке.
Контроль степени затяжки разъемного соединения
В общем случае для проведения регулируемой затяжки резьбовых крепежных деталей используется динамометрический инструмент. Такой подход имеет следующие основные преимущества:
на соединительные элементы воздействует нагрузка заданной величины. Поэтому вероятность повреждения резьбы метиза и сопрягаемого объекта минимальна;
равномерное распределение нагрузки в ходе вкручивания. За счет этого надежность создаваемой конструкции возрастает;
соединение, сформированное с применением динамометрического инструмента, практически никогда не выводится в категорию брака;
экономия времени. На закручивание крепежа с помощью гаечного/рожкового ключа уходит больший временной интервал. Ведь обычно этот инструмент нужно переставлять под удобный захват рукой.
Наиболее популярен трещоточный динамометрический ключ. Величину предельного усилия закручивания нужно установить до проведения этой операции. При достижении данным параметром требуемого значения, ключ щелкнет. В ниже расположенной таблице отображены предельно допустимые значения момента затяжки для болтов различного класса прочности.
Диаметр резьбы/ее шаг
Класс прочности используемого стержневого крепежа
12.9
10.9
8.8
5.8
4.6
Величина момента затяжки, Нм
39,0/4,0
4742,4
3955,2
2820,2
1756,8
1056,0
36,0/4,0
3696,0
3081,6
2188,8
1363,2
820,8
33,0/3,5
2860,8
2380,8
1699,2
1056,0
636,5
30,0/3,5
2121,6
1766,4
1257,6
786,2
472,3
27,0/3,0
1555,2
1296,0
922,6
576,0
345,6
24,0/3,0
1075,2
897,6
638,4
399,4
239,0
22,0/2,5
839,0
698,9
497,3
311,0
186,2
20,0/2,5
623,0
519,4
369,6
230,4
138,2
18,0/2,5
444,5
370,6
264,0
165,1
98.9
16,0/2,0
319,7
265,9
189,1
118,1
71,0
14,0/2,0
208,3
173,8
122,9
76,8
46,1
12,0/1,75
130,6
109,4
77,8
49,0
28,8
10,0/1,5
75,8
69,4
45,1
27,8
16,3
8,0/1,25
38,4
31,7
23,0
14,4
8,5
6,0/1,0
16,3
13,4
9,4
5,9
3,6
5,0/0,8
9,3
7,8
5,5
3,5
2,1
Заключение
Необходимо знать один важный момент. Стандартизованные величины, в том числе и моменты затяжки, представленные в любой табличной форме, установлены исключительно для не бывших в употреблении крепежных деталей. При повторном использовании резьбовой накатки трение при вкручивании увеличивается. И в таком случае, если гайковерт показывает, что заданный момент затяжки уже достигнут, 100-процентной гарантией надежности соединения это не является. Поэтому, чтобы минимизировать вероятность возникновения аварий, следует применять только новые метизы.
Внимание! Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и, ни при каких условиях, не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) ГК РФ
Заявка онлайн
