Как сделать металлическую шпильку

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 03.10.2024

Высокопрочные шпильки JTlab производятся в России, с применением отечественной высококачественной легированной стали, которая проходит многоступенчатый контроль качества, для гарантии надежности будущего крепежа.

Высокопрочный крепеж JTlab производится по самым современным технологиями и на самом современном оборудовании, именно благодаря современным технологиям удается достичь столь высоких показателей прочности.

Технология производства отличается применением самых современных технологий обработки высокопрочного крепежа для получения прекрасных характеристик и стабильности показателей от партии к партии. Мы несколько лет проводили испытания, меняли технологии и методы обработки с целью получения высокопрочного крепежа классом прочности 16.9! Ниже мы немного расскажем об отличительных особенностях нашего крепежа.

Метод получения резьбы

Накатанная резьба шпилек JTlab имеет строгие допуски по точности изготовления, что гарантирует высокую прочность и надежность резьбового соединения. Резьба, полученная методом накатки, в результате которой металл уплотняется, образуя витки резьбы. Резьба полученная методом накатки обладает значительными преимуществами по сравнению с резьбой, полученной методом нарезания. В результате накатывания витки резьбы выдавливаются из тела заготовки, металл которой деформируется и уплотняется, без удаления материала шпильки, это повышает прочность и износостойкость витков резьбы. При получении резьбы методом нарезания, металл шпильки удаляется, структура металла повреждается, образуются микротрещины, все это негативно влияет на надежность крепежа. Профиль резьбы, полученный методом накатки имеет высокую точность и минимальные отклонения от требуемых размеров, а точность изготовления резьбы напрямую влияет на надежность высокопрочного крепежа. Накатанная резьба имеет уплотненную структуру металла в зоне витков, что придает еще большую прочность шпилькам и повышает надежность. Резьба полученная методом накатки, обеспечивает высокие прочностные характеристики резьбы и гарантирует надежное соединение деталей двигателя. Высокая точность изготовления резьбы обеспечивает превосходное соединение деталей крепежа и гарантирует надежность резьбового соединения. Во всех странах мира высокопрочный и ответственный крепеж имеет накатанную резьбу и это доказывает преимущество этого метода получения резьбы.

Термообработка

Для получения высоких прочностных показателей крепежа необходима особая термообработка деталей, благодаря которой металл получит высокую прочность, жесткость и сохранит определенную долю упругости. В результате методичной работы и применения особых технологий термообработки мы добились прекрасных показателей нашего высокопрочного крепежа. Наиболее важным аспектом в результате термообработки является отсутствие обезуглероживания витков резьбы, т.к. это снижает прочностные характеристики. Еще одной особенностью термообработки является повторяемость характеристик после цикла термообработки, чтобы обеспечить стабильные и одинаковые характеристики крепежа, весь цикл термообработки управляется компьютером, а температура контролируется с точностью до 1 градуса. Особые методы термической обработки, применяемые при производстве наших шпилек, позволяют достичь высоких показателей прочности и твердости, а так же необходимой упругости. Требования по классу прочности предьявляемые к шпилькам JTlab превосходят даже стандарты для авиационного высокопрочного крепежа.

Шпильки ГБЦ JTlab соответствуют классу прочности - 16.9 !

Особая конструкция шпильки

На первый взгляд, шпилька из себя представляет стальной пруток с резьбой на двух концах, но на самом деле это не так, особенно если речь заходит о высокопрочных шпильках. Мы применяем различные инженерные решения, которые позволяют добиваться высоких прочностных характеристик, а так же гарантировать долговечность работы крепежа даже при больших нагрузках. Применение комплекса инженерных решений повышающих надежность, качество и прочность крепежа необходимо для достижения таких высоких показателей. Конечно, мы не можем раскрывать всех подробностей конструкции наших шпилек, но Вам стоит знать, что наш пруток из стали с резьбой на концах не так прост, как может показаться на первый взгляд. :)

Особая конструкция гайки

Для обеспечения высоких прочностных характеристик необходимы высокопрочные гайки. Высокопрочная гайка JTlab представляет из себя высокую шестигранную гайку с фланцем, изготовленную из легированной стали, прошедшую комплекс упрочнений и улучшений. Шестигранный профиль гайки позволяет осуществить сбор-разбор двигателя без применения специального инструмента. Фланец в нижней части гайки, равномерно распределяет нагрузку, а так же снижает риск повреждений деталей двигателя при монтаже / демонтаже и препятствует ослаблению затяжки. Применение гайки с фланцем необходимо для высокопрочного и ответственного крепежа, особенно для шпилек головки блока цилиндров и постели коленвала. Так же в конструкции нашей гайки применен комплекс тех же инженерных решений, что и в шпильках, которые позволяют оптимизировать нагрузку на витки резьбы, распределить усилие затяжки, повысить усталостную прочность и прочие.

Особая конструкция шайб

Наверное, невозможно придумать детали проще, чем шайба. Тем не менее и материал и конструкция шайбы влияют на прочность и надежность крепежа. Мы производим высокопрочные шайбы, которые работают в паре с гайкой. Шайбы изготовлены из легированной стали и дополнительно распределяют нагрузку, а так же обеспечивают защиту привалочных поверхностей двигателя и гайки при многократных циклах сбор-разбор. Кроме того шайбы позволяют оптимизировать усилие затяжки, что крайне важно для надежной работы высокопрочного крепежа и мощного двигателя.

Защитное покрытие

После всех этапов производства и контроля качества, шпильки JTlab получают качественное защитное покрытие, которое защищает крепеж от воздействия влаги и придает хороший внешний вид высокопрочному крепежу. Защитное покрытие необходимо высокопрочному крепежу для сохранения свойств стали во время хранения, а так же во время эксплуатации.

Удобство монтажа / демонтажа

Для удобного монтажа / демонтажа на шпильках применяется специальный шип. Монтажный шип, расположенный в верхней части упрощает монтаж / демонтаж и обеспечивает надежный, прочный контакт с ключом для монтажа шпилек. Применение внутренних пазов или шестигранников для монтажа имеет ряд недостатков, которые отсутствуют в случае использования монтажного шипа.

Контроль качества при производстве

Высокие требования к характеристикам требуют особого контроля качества на всех этапах производства. Для обеспечения высокого качества и стабильности характеристик, крепеж JTlab проходит многоступенчатый контроль качества, начинается все с контроля химического состава легированной стали. Химический контроль состава металла производится дважды, первый раз при выходе проката с завода, второй раз при поступлении в виде сырья. Заготовки проходят химический анализ состава металла, для точного соответствия завяленным характеристикам легированной стали. После производства заготовок, вся партия крепежа проходит термическую обработку, характеристиками которой управляет компьютер, температура контролируется с точностью до 1С. После термической обработки тестовые образцы отправляются в лабораторию, где проходит проверка характеристик. Только благодаря такому сложному и многоступенчатому контролю качества удается гарантировать высокие показатели нашего крепежа.

Характеристики шпилек ГБЦ JTlab

Шпильки крепления головки блока цилиндров JTlab обладают очень высокими характеристиками прочности на разрыв и соответствуют классу прочности 16.9! Само указание класса прочности особо ничего не говорит, просто представьте, что шпилька диаметром 10мм может выдержать нагрузку более 10 тонн.

Класс прочности 16.9
Предел прочности составляет 172 кгс/мм2
Предел текучести составляет 150 кгс/мм2
Относительное удлинение составляет 9%
Твердость составляет 49 HRC

Ниже представлен сравнительный график испытаний на прочность полноразмерных высокопрочных шпилек JTlab и аналогичных по размерам шпилек ARP серии 8740 в сборе с гайкой и шайбой.

Как видно на графике - высокопрочный крепеж JTlab значительно превосходит по характеристикам крепеж ARP. Стоит отметить, что благодаря большей жесткости крепежа JTlab удлинение шпильки при одинаковом усилии меньше, чем у шпилек ARP. Сравнивая характеристики прочности шпилек JTlab и ARP можно утверждать, что показатели прочности на разрыв шпилек JTlab всего на 6% уступают, показателям топовой серии ARP L19.

Этот материал выпускается в поддержку видео, на котором показываем как быстро сделать болт или шпильку по вашим размерам, короче. Способ конечно не супер новаторский, но многим, особенно начинающим мастерам придётся по душе.

Ну а сам процесс обрезания болта или шпильки, довольно прост, что вы можете увидеть на видео. Дела обстоят следующим образом:

Нужно иметь под рукою полотно по металлу, шуруповёрт или дрель, тиски, но можно обойтись и без тисков. В тиски зажимаете полотно по металлу, губами шуруповёрта захватываете болт или шпильку и в момент вращения шуруповёрта с предметом, прикладываете к полотну. Буквально за минуту, вы перепилите металл толщиною в сантиметр. Всё же быстрее чем пилить болт пилкой по металлу вручную.

Видео, как сделать шпильку или болт нужных размеров.

Почему так происходит, что шпилька или болт нужны короче по размерам? Дело в том что не всегда можно точно определить длину болта которая понадобится, да и при производстве размеры болтов имеют стандартный шаг. А вот когда нам что-то нужно закрутить, допустим, сделанное собственными руками, то размер шпильки выходящий из гайки может нас не устраивать. И вот для того что бы болт не выступал из гайки, мы его и делаем короче.. Удачи.

На любых строительных объектах применяются десятки видов крепежа, в том числе резьбовые шпильки. Это высокопрочное соединение, позволяющее стянуть две детали, и не требующее наружной фиксации с одной из сторон. Существует несколько видов шпилек, отличающихся по конструкции, размеру и форме. Каждый элемент имеет строгую регламентацию по изготовлению, утвержденную Государственным стандартом. В этой статье мы рассмотрим основные виды крепежа, а также разберемся, какие шпильки следует использовать в той или иной ситуации.

Особенности конструкции и применения резьбовых шпилек

По сути, шпилька – это металлический пруток с резьбой по всей длине или его части. Конструкция позволяет скреплять модули, и не имеет оголовка на конце, то есть ее можно вкручивать в имеющуюся на детали резьбу, или пропускать сквозь конструкцию, производя стяжку, накручивая гайку с одной или двух сторон шпильки. Применяются крепежи во всех сферах строительства и машиностроения, чем и обусловлено широкое разнообразие такого, казалось бы, простого элемента.

Конструкция

Шпилька – это обобщенное название крепежа, имеющего характерные особенности, такие как отсутствие оголовка на конце, а также обязательное наличие резьбы. Сама резьбы при этом может быть нанесена как на всю поверхность модуля, так и на его отдельную часть. Кроме того, отличается размер конструкции и диаметр резьбы. Исходя из этого, несложно понять, что разнообразие шпилек очень большое, и не существует единого норматива, по которому необходимо изготавливать шпильки. Для каждой модели есть свой стандарт, строго прописывающий особенности конструкции.

Важно! Для каждого типа шпильки существует два ГОСТа, различающихся по классу точности исполнения. Класс А – это шпильки с высоким классом точности, а Б – это крепеж с допустимыми погрешностями.

Каждый тип конструкции мы подробно рассмотрим ниже, но с самого начала необходимо понимать, что несмотря на простоту изделия, это крепеж, берущий на себя высокую нагрузку, и изготовление шпилек на заказ подразумевает, что они будут строго соответствовать нормам, как по размеру, так и по используемым при производстве материалам.

Размеры

Размер шпилек подбирается в зависимости от технических требований возводимого объекта. Государственные стандарты устанавливают диаметральный диапазон крепежа в пределах от 6 до 48 миллиметров. При этом длина самой шпильки и ее резьбы не регламентируются, и они могут быть изготовлены согласно требованиям заказчика, то есть инженера, ответственного за строительный объект.

Применение

Сфера применения резьбовых шпилек обширна, и не ограничивается строительством. Например, этот крепеж также применяется в машиностроении и при установке крупногабаритных станков. Для крепления станка к поверхности, в постамент на этапе заливки устанавливают специальные фундаментные шпильки, имеющие некоторые особенности конструкции.

В машиностроении чаще применяются шпильки с ввинчиваемым наконечником. Они же, но, как правило, большего размера и диаметра применяются в строительстве. Особенность таких шпилек заключается в том, что один из наконечников, самостоятельно ввинчивается в основание, а прикрепляемый объект уже притягивается гайкой.

Также шпильки используют при монтаже трубопроводов и вентиляционных систем. Здесь используются фланцевые соединения. Их конструкция практически не отличается от шпилек с ввинчиваемым наконечником, за исключением одного нюанса, который мы подробно рассмотрим ниже.

Виды резьбовых шпилек

Так как резьбовая шпилька – это не единичное изделие, и в зависимости от поставленной задачи и типа различается много вариантов этого крепежа, единого ГОСТа не существует. Требования к разным элементам также отличаются, поэтому каждый тип шпильки необходимо рассмотреть более подробно, с учетом особенностей конструкции и прочих технических нюансов.

И перед тем, как перейти к подробному описанию, необходимо сделать уточнение, что в большинстве типов шпилек используется два стандарта:

С диаметром гладкой части равным диаметру резьбового соединения;
И диаметром гладкой части, меньшего размера по отношению к резьбовому соединению.

Использование типа конструкции обуславливается особенностью возводимого объекта или конкретными требованиями к метизу.

Шпильки для деталей с гладкими отверстиями

В ситуациях, когда необходимо соединить два модуля, не имеющих собственной резьбы, используются шпильки для деталей с гладкими отверстиями. Их конструкция и размер регламентируются ГОСТом 22042-76. Согласно этому документу, метиз изготавливается в диаметральном диапазоне от 2 до 48 миллиметров. При этом размер самой шпильки напрямую зависит от ее диаметра. Нормы производства указаны в таблице:

Рассмотрим для примера 100 миллиметровую шпильку. Ее размер указан в крайнем левом столбце.

Важно! В таблице, в верхней строке указаны диаметры резьбовой части. Если размер помещен в скобки, такое значение считается нежелательным в производстве, но не запрещено стандартом.

Видим, что максимальный диаметр метиза с такой длиной – 18 миллиметров, а минимальный три. При длине шпильки 100, и диаметре 18, то есть наиболее крупный размер, длина резьбового наконечника должна составлять 42 миллиметра. В сумме это дает 84, то есть гладкая часть метиза посередине остается всего 16 миллиметров.

Следует отметить, что шпильки таких размеров редко применяются в крупном строительстве, для таких объектов также имеется свой норматив:

В первой таблице есть ступенчатые колонки. Они означают, что при таком соотношении длины к диаметру, используется накатка резьбы по всей длине метиза. Также подобная накатка может производиться на любой шпильке по желанию заказчика. Стандарт это допускает.

По сути, главная и единственная особенность шпилек для соединения деталей с гладкими отверстиями заключается в том, что на концах метиза имеются одинаковые по длине резьбовые соединения. Если их размер отличается, это уже совершенно другой тип конструкции.

Шпильки с ввинчиваемым концом

Шпильки с ввинчиваемым концом представляют собой метиз, на концах которого имеется резьба, но в отличие от предыдущей модели, здесь она может отличаться как по длине, так и по диаметру, а также шагу. Эти шпильки применяются в условиях, когда у одной детали есть собственное резьбовое соединение, то есть их применение допустимо только в случаях, когда одна из деталей изготовлена из металла.

При этом, в зависимости от металла, применяются разные шпильки, и их конструкция строго регламентируется. Существует несколько стандартов (в скобках указан номер ГОСТа):

Каждый ГОСТ имеет собственную расчетную таблицу, показывающую максимально и минимально допустимый размер резьбовой части метиза при его диаметре и общей длине. Длина резьбовых наконечников отличается, но имеет прямую зависимость от ввинчиваемой части. Проще говоря, если диаметр ввинчиваемого наконечника составляет 20 миллиметров, то использование второго окончания диаметром, скажем, 3 миллиметра не допустимо. Подробнее о допусках и особенностях соотношения можно почитать в ГОСТах. Описывать все нюансы таких шпилек здесь не имеет смысла, так как каждый стандарт имеет свои нюансы и подробные расчеты.

Фланцевые шпильки

Фланцевые шпильки предназначены для соединения паровых, газовых и турбинных трубопроводов с эксплуатационными нормами от 0 до 650 градусов. Их размер и конструкция детально описаны в ГОСТ 9066-75, где различают пять типов метизов:

Шпилька с одинаковым диаметром резьбы и гладкой части. Подробно эти метизы мы рассматривали как соединения для деталей с гладкими отверстиями.
Шпилька, где диаметр резьбовых наконечников больше диаметра гладкой части.
Шпилька с четырехгранным выступом и осевым отверстием по всей длине.
Шпилька с отверстием по всей длине и цилиндрическим выступом.
Шпилька с осевым отверстием по длине метиза и диаметрам резьбы, большим диаметра гладкой части.

Каждый метиз имеет собственную таблицу допуска, которую можно изучить в тексте ГОСТа, так как приводить их здесь не имеет смысла.

Важно! Шпильки 4 и 5 типов предназначены для затягивания в разогретом виде. Метизы с 1 по 3 монтируются на холодную.

Ключевая особенность фланцевых шпилек заключается в их использовании на объектах с повышенным температурным режимом. Все перечисленные типы предназначены для соединения трубопроводов, нагревающихся до температуры до 650 градусов. При этом стандартизация самих шпилек не имеет отношения к фланцам. У них свои нормативы и требования. По сути, конструкция фланцевых моделей не отличается от обычных шпилек, но требования к их изготовлению более высокие.

Приварные шпильки

Сварка в газовой, защищенной среде или с использованием специального керамического кольца.
Дуговая сварка с размыканием цепи.
Сварка с плавлением наконечника, то есть контактная.

В первом варианте допускается использование шпилек с наружной и внутренней резьбой, без резьбы, а также шпилек-опор. Маркируются они двумя латинскими буквами, где вторая буква D. Дуговая сварка с размыканием цепи маркируется литерой S, и допускается использование шпилек с наружной и внутренней резьбой, а также без нее. Третий метод позволяет использовать метизы из второй категории, а маркируются шпильки латинской буквой Т. ГОСТ подробный и описывает все типы сварки при использовании различных шпилек, поэтому приводить его полностью мы не будем.

Закладная шпилька

Этот метиз используется для фиксации деталей к бетонным и монолитными основаниям. Резьбовая шпилька имеет изогнутую или прямую форму, и чаще всего устанавливается в монолит на этапе его изготовления. Неправильна форма конструкции позволяет более плотно зафиксировался в основании, и исключает вероятность схождения метиза с посадочного места.

Размер и форма фундаментных или закладных шпилек регламентируется стандартом под номером 24379.1-2012, где их именуют фундаментными болтами. Формы, размеры, а также типы таких конструкций мы рассматривать не будем, так как на нашем сайте есть отдельная статья, посвященная этой теме. Отметим лишь, что монтаж таких шпилек возможен как на этапе производства монолита, так и в готовый бетонный блок. К каждому типу крепежа стандарт предъявляет свои требования, подробно описанные в его тексте.

Анкерная шпилька

Анкер – самостоятельный метиз, позволяющий произвести крепеж к монолитному блоку после этапа его производства. Так как в бетоне невозможно нарезать резьбу, применяется анкер, где одной из главных деталей является шпилька. Здесь это центральный элемент, на который накручивается гайка. Шпилька располагается в кожухе, разжимаемом каплевидным окончанием шпильки.

По сути, анкерная шпилька – это элемент с полной резьбой по всей поверхности и крупным окончанием. Как отдельный элемент она не используется, но упоминать ее необходимо.

Материалы изготовления

Государственный стандарт регламентирует не только конструкцию и размер шпильки, но марку стали, из которой она изготавливается. В зависимости от типа метиза и его назначения, используемые стали отличаются, но в большинстве случаев применяются одни и те же марки. Например, для изготовления шпилек с ввинчиваемым концом или для деталей с гладкими отверстиями применяются марки:

Ст. 20Х13;
Ст. 14Х17Н2;
Ст. 12Х18Н10Т;
Ст. 30ХМА;
Ст. 25Х1МФ;
Ст. 20ХН3А и т.д.

Это касается метизов, используемых при вкручивании в легкие сплавы, а также в чугун и сплавы на основные бронзы. Шпильки для стальных деталей и титановых сплавов изготавливаются также из марки ст.09Г2С. В случае с фланцевыми шпильками необходимо уделить повышенное внимание качеству стали и использовать для изготовления: Ст. 35, Ст. 40Х, Ст. 09Г2С и т.д.

Повышение уровня прочности резьбовых шпилек

Понятие высокопрочная шпилька не описывается в государственном стандарте и является условным. Зато, ГОСТ четко определяет марки сталей и делит их по классу прочности. Высокопрочными метизами принято считать изделия с классом от 8 и выше. Для их изготовления применяют углеродистые, легированные и нержавеющие марки.

По техническим характеристикам такие шпильки имеют ряд особенностей:

Повышенная устойчивость к перепадам температуры;
Устойчивость к экстремальным температурам;
Устойчивость к химическому воздействию;
Повышенная прочность на излом и разрыв;
Устойчивость к физической деформации.

Достижение таких результатов прочности достигается применением альтернативных марок сталей. В случае с легированными марками применяются:

Углеродистая сталь – 10, 20 и 35 марки, а также нержавейка 12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т.

В качестве меры по повышению прочности метиза применяется его закалка, то есть обработка высокими температурами с последующим резким остыванием. Это делает шпильку более прочной на разрыв и излом, но и одновременно более хрупкой, так как пропадает запас допустимой деформации.

Защита и повышение уровня износостойкости резьбовых шпилек

Резьбовые шпильки часто эксплуатируются в агрессивной среде, и так как изготавливаются они из металла, если не рассматривать высокопрочные метизы, то естественно, что рано или поздно они начинают подвергаться коррозии. Наиболее распространенный способ защиты – цинкование, когда на поверхность изделия гальваническим методом наносится слой цинка, не подверженного воздействию природных факторов.

Важно! Нанесение на поверхность шпильки защитной краски, даже полимерной, не имеет смысла, так как при накручивании на резьбу гайки она будет полностью или частично уничтожена, что сведет к минимуму ее защитные качества.

Для нанесения цинкового слоя используется метод гальваники, и он является наиболее прочным и долговечным. При воздействии на металл электрического тока, атомы защитного покрытия проникают в саму структуру метиза, то есть покрытие становится не поверхностным, а глубоким. Такие шпильки можно использовать с агрессивной среде, и вариантов их применения довольно много.

Трубопроводы

С помощью резьбовых шпилек производят фланцевые соединения трубопроводов, находящихся на улице или подвергающихся воздействию природы. Например, в уличных магистральных сетях. Также они используются на объектах с высоким температурным режимом. В ГОСТ есть отдельный раздел, описывающий высокопрочные шпильки, способные работать и не терять своих качеств даже при нагреве до 650 градусов. Для менее агрессивных условий, то есть при нагреве до 300 градусов включительно, используются обычные шпильки с защитным слоем.

Уличные объекты

Вариантов использования шпилек на улице много, и один из них – это установка рекламных билбордов. Здесь используются закладные модели, монтируемые в бетонное основание непосредственно на этапе его заливки. К этим шпилькам крепится станина рекламного щита, и несложно догадаться, что на такой крепеж будет постоянно оказываться негативное воздействие влаги и осадков, а в Москве и других крупных городах, еще и химических реагентов. Конкретных рекомендаций к таким объектам нет, однако, если необходимо сделать прочное и долговечное крепление, имеет смысл установить именно шпильки с защитным покрытием, цена на которые выше, но приложат они гораздо дольше и не потребуют замены, неизбежно влекущей за собой полный демонтаж бетонной конструкции.

Химическая промышленность

Оснащение химических производств имеет свой регламент и требования к крепежным изделиям. Описывать его не имеет смысла, но из-за постоянного воздействия агрессивных сред на метизы, здесь используют исключительно защищенные шпильки с покрытием. Причем в ряде случаев это покрытие может быть не цинковым, а, например, хромовым или медным. Все зависит от конкретных требований объекта.

Заключение

Сегодня, любой строительный магазин предлагает огромный ассортимент шпилек, и если мы говорим о частном строительстве небольшого объекта, то делать их на заказ не имеет смысла. Подобрать подходящий по размеру метиз труда не составит, чего не скажешь о более сложных моделях, например, с нестандартными размерами или изготовленные со специальным защитным покрытием. Здесь уже не обойтись без индивидуального заказа. К счастью и с этим проблем нет никаких.

На рис. 117 приведены основные конструкции резьбовых шпилек. Конструкции жесткой шпильки (рис. 117, I) со стержнем диаметром, равным диаметру резьбы, применяются только для коротких шпилек. К недостаткам такой шпильки можно отнести: жесткость, невыгодность по массе, затруднительность применения высокопроизводительных способов накатывания, фрезерования и шлифования резьбы (для точных резьб) и т. д. Часто применяют облегченные шпильки (рис. 117, II, III) с уменьшенным диаметром стержня, равным внутреннему диаметру резьбы или меньшим его (в среднем диаметр стержня делают равным 0,6—0,8 наружного диаметра резьбы). Их преимущества заключаются в равнопрочности шпильки в нарезной и гладкой частях, податливости, меньшей массе, возможности применения высокопроизводительных способов изготовления резьбы и т. д.

Гладкий поясок (а) у навертного конца шпильки (рис. 117, II), применявшийся в ранних конструкциях облегченных шпилек, сейчас обычно не делают; нарезной конец шпильки переводят плавной галтелью непосредственно в стержень (рис. 117, III). Устранение пояска значительно облегчает изготовление резьбы, которая в данном случае может быть нарезана напроход.

Посадочный размер шпильки в корпус зависит от материала корпуса (рис. 118, I—IV). На практике в ответственных соединениях глубину ввертывания делают значительно большей, чем указано на рис. 118.

При ввертывании в корпуса из хрупких (серого чугуна) или мягких (алюминиевого, магниевого, цинкового сплавов и т. д.) материалов применяют крупные резьбы (минимальный шаг резьбы 1,25—1,5 мм). Для навертного конца шпильки (под гайку) могут быть применены (для шпилек большого диаметра) мелкие резьбы.

Во избежание ошибок при ввертывании шпилек в тех случаях, когда резьбы (и формы) ввертного и навертного концов шпилек одинаковы (рис. 119, I), ввертной конец метят, например, закруглением его торца (рис. 119, II), углублениями (рис. 119, III, IV) и т. д. Лучше всего предупредить возможность ошибок конструктивно: применением на ввертном и на вертном концах резьб различного шага или диаметра.

Способ ввертывания шпилек существенно влияет на прочность соединения. Применяют три способа ввертывания шпилек в корпуса:

1) с упором шпильки в торец корпуса (рис. 120, I);

2) с упором конца шпильки в днище (рис. 120, II, III) или в последние витки нарезного отверстия корпуса (рис. 120, IV);

3) с торможением шпильки в отверстии применением посадок с натягом (рис. 120, V или самостопорящейся резьбы (рис. 120, VI).

При ввертывании по первому способу в теле шпильки возникают растягивающие напряжения (максимальные у первых витков и уменьшающиеся по направлению к последним виткам). В материале корпуса создаются сжимающие напряжения с примерно таким же законом изменения вдоль оси соединения. При предварительной затяжке такого соединения в шпильке возникают дополнительные напряжения растяжения, а в корпусе — дополнительные напряжения сжатия (от действия притягиваемой детали). При нагружении соединения растягивающей силой в шпильке увеличиваются еще больше напряжения растяжения. Напряжения сжатия в корпусе уменьшаются в результате уменьшения силы прижатия детали и появления растягивающих напряжений.

При ввертывании шпильки по второму способу в теле шпильки возникают сжимающие напряжения (максимальные у конца шпильки и убывающие по направлению к первым виткам). В материале корпуса создаются растягивающие напряжения с примерно таким же законом изменения вдоль оси соединения. При предварительной затяжке такого соединения у первых витков шпильки создаются растягивающие напряжения: сжимающие напряжения у конца шпильки несколько уменьшаются. В материале корпуса под действием притягиваемой детали возникают напряжения сжатия, а напряжения растяжения у днища отверстия ослабевают.

При нагружении соединения рабочей растягивающей силой напряжения растяжения у первых витков шпильки увеличиваются Напряжения сжатия, возникшие в материале корпуса при предварительной затяжке, уменьшаются в результате отхода притягиваемой детали. Зато напряжения растяжения у днища отверстия увеличиваются.

Следовательно, при первом способе ввертывания рабочие напряжения в шпильке больше, а рабочие напряжения в корпусе меньше, чем при втором способе. Таким образом, первый способ более подходит для корпусов из низкопрочных материалов (алюминиевых и магниевых сплавов), второй способ — для корпусов из высокопрочных материалов (стали).

Поскольку шпильки применяют в основном в корпусах из легких сплавов, первый способ более распространен, чем второй.

При третьем способе ввертывания ни в теле шпильки, ни в материале корпуса не возникает существенных дополнительных напряжений. Напряжения сжатия в теле шпильки и растяжения в материале корпуса, обязанные натягу в резьбе, при применяемых величинах натяга незначительны. Благодаря отсутствию дополнительных напряжений этот способ наиболее выгоден по прочности.

В отличие от способа ввертывания шпилек до упора в торец корпуса, точно фиксирующего осевое положение шпильки, способ завертывания по посадке с натягом требует контроля глубины ввертывания для получения заданной высоты выступания навертного конца шпильки над притягиваемой деталью.

Способ установки шпильки на конической резьбе (рис. 120, VI) по прочности равноценен способу крепления за счет натяга, но применим лишь в случаях, когда допустимы некоторые колебания длины свободного конца шпильки.

В тех случаях, когда это позволяет конфигурация корпуса, ввертный конец шпильки дополнительно крепят гайкой (рис. 121, I), что увеличивает прочность соединения. Применяют также способы затяжки конца шпилек гайками (рис. 121, II, III) по типу болтового соединения.

На рис. 122, I—VIII показаны конструкции шпилек, завертываемых с упором в торец корпуса.

Наиболее приспособлен для механизированной сборки способ завертывания шпильки за гладкий поясок, примыкающий к навертному (рис. 122, VII) или (лучше) к ввертному концу (рис. 122, VIII). Завертывание производится ключами (или шпильковертами) с эксцентриковыми зажимами или с самозатягивающимися роликами (по типу роликовых колес свободного хода).

В этом случае на шпильках необходимо предусмотреть цилиндрические участки (а), длина которых должна быть согласована с размерами головки шпильковерта.

Способы увеличения сопротивления усталости узла установки шпильки в соединениях, подверженных повышенным циклическим нагрузкам. сводятся к увеличению длины нарезной части шпильки (рис. 124, I), введению разгружающих выточек и шеек (рис. 124, II—IV) на участках перехода от резьбы к гладкой части стержня, введению разгружающих выточек на корпусе (рис. 124, V), погружению резьбового соединения в корпус (рис. 124, VI). Наиболее действенный, но не всегда применимый по габаритным условиям способ — увеличение диаметра резьбы (рис. 124, VII).

Во избежание самоотвертывания шпильки устанавливают в корпусе по посадке с натягом, а часто еще дополнительно стопорят.

На рис. 125 показаны некоторые способы стопорения шпилек в корпусе. На рис. 125, I изображен способ стопорения обжимом материала корпуса вокруг шпильки кольцевой оправкой. В конструкции на рис. 125, II стопорение достигается введением в нарезное гнездо вкладки из упругого материала (нейлона и т. п.), создающей натяг в соединении.

В конструкции на рис. 125, III натяг в резьбе достигается разделением резьбы шпильки на два пояса, один из которых слегка осажен относительно другого. На рис. 125, IV показана самоконтрящаяся шпилька, в разрезной ввертный конец которой установлен конический стержень (а). На последних стадиях ввертывания конус, упираясь в днище гнезда, разжимает разрезной конец шпильки, создавая натяг в соединении. Самоконтрящаяся шпилька на рис. 125, V предназначена для установки в корпуса из пластичных металлов. Ввертная резьба отделена от гладкого цилиндрического пояска выточкой; при завертывании упорный буртик шпильки, сминая первые витки резьбы, загоняет материал корпуса в выточку, образуя кольцевой замок вокруг шпильки. Тот же эффект постигается приданием упорному буртику конической формы.

При ввертывании шпилек в корпуса из мягких металлов следует учитывать пластическую деформацию металла под упорным буртиком шпильки, сопровождающуюся вспучиванием металла и образованием вокруг шпильки кольцевого валика (рис. 126, I). Для устранения этого явления и обеспечения плотного прилегания стягиваемых поверхностей нарезное гнездо корпуса снабжают фаской (рис. 126, II) или выточкой (рис. 126, III). Иногда фаски делают одновременно в корпусе и притягиваемой детали (рис. 126, IV).

При ввертывании шпилек (особенно по посадке с натягом) в глухие нарезные гнезда следует учитывать, что в замкнутом пространстве гнезда воздух сжимается. Это явление может оказаться опасным, если учесть, что удельный объем воздуха резко возрастает от нагрева при сжатии. Известны случаи, когда бобышки гнезд разрывались под давлением сжатого в гнезде воздуха.

В целях устранения этого явления в бобышках выполняют отверстия для выхода воздуха (рис. 127, I, II). Иногда воздух выходит через канавки (рис. 127, III) или отверстия в теле шпильки (рис. 127, IV) (при коротких шпильках). Применение последних двух способов (рис. 127, III, IV) нежелательно, так как они ослабляют шпильки.

Иногда увеличивают объем остающегося после завертывания шпильки глухого пространства изменением глубины нарезного отверстия или с помощью выборок в торце шпильки (рис. 127, V). Объем определяют с учетом термодинамических законов так, чтобы при завертывании не возникали опасные давления.

На рис. 128, VI изображен способ одновременного стопорения футорки и шпильки. Разрезные концы футорки после нарезания внутренней резьбы подгибают к центру, а затем нарезают наружную резьбу. При завертывании конец шпильки, надвигаясь на коническую часть резьбы, разжимает разрезные концы, благодаря чему создается натяг как во внутренней, так и во внешней резьбе футорки.

На рис. 128, VII представлена самоврезающаяся футорка для установки в корпусах из мягких материалов (в том числе из пластиков). В конструкции на рис. 128, VIII футорке придан вид витой пружины ромбического профиля; витки заходят одновременно во впадины резьбы в корпусе и на шпильки. Эта конструкция позволяет равномерно распределить нагрузку между витками резьбы.

В некоторых случаях требуется ввести жесткую поперечную связь между корпусом и притягиваемой деталью, например, для восприятия действующих на соединение сдвигающих сил или для точной фиксации притягиваемой детали относительно корпуса. Помимо известного способа фиксации с помощью установочных (контрольных) штифтов, применяют способ фиксации установочными элементами, включенными в конструкцию шпильки. Эти элементы могут быть выполнены на шпильках в виде центрирующих поясков, входящих в точно обработанные гнезда в корпусе и в притягиваемой детали (рис. 129, I, II).

При этом способе трудная задача — одновременное завертывание шпильки в корпус и посадка центрирующего пояска в корпус — обычно решается применением посадок с зазором для ввертного конца шпильки. Лучше конструкция, при которой центрирующий элемент выполнен отдельно в виде втулки, устанавливаемой концентрично со шпилькой (рис. 129, III, IV).

На рис. 129, V, VI показаны случаи одновременной фиксации двух притягиваемых деталей относительно друг друга и относительно корпуса.

Соединения на шпильках, как и всякие резьбовые соединения, подвергают при сборке предварительной затяжке, влияющей па работоспособность и герметичность узла. Силу предварительной затяжки определяют расчетом или экспериментально. Она зависит от материала стягиваемых деталей, соотношения податливости шпильки и стягиваемых деталей, условий работы стыка, требуемой степени его герметичности и, наконец, от рабочей температуры соединения.

В ответственных соединениях силу предварительной затяжки строго контролируют. Затяжку производят динамометрическими ключами. Регламентируют также порядок затяжки отдельных шпилек в многошпилечных соединениях; затяжку обычно производят в два приема (предварительно и окончательно) с соблюдением в каждом случае определьного порядка затяжки.

При затяжке длинных податливых шпилек возникает опасность скручивания их моментом сил трения в резьбе. При этом в теле шпильки возникают нежелательные, иногда значительные напряжения, причем динамометрическим ключом будет регистрироваться момент, скручивающий шпильку, а не сила затяжки.

Концы длинных шпилек после центрирования в корпусе часто отклоняются от своего номинального положения (иногда настолько, что не представляется возможным надеть на них притягиваемую деталь). Сборщики прибегают в таких случаях к правке шпилек по месту — способу, который никак нельзя рекомендовать, потому что при этом в теле шпильки возникают дополнительные напряжения.

В поисках рационального решения используют несколько путей:

— первый путь — соблюдение строгой перпендикулярности осей нарезных отверстий под шпильки относительно торца корпуса, то же — для отверстий под шпильки в притягиваемой детали; соблюдение строгой прямолинейности шпилек и параллельности среднего диаметра резьбы шпилек относительно оси шпилек;

— второй путь — увеличение податливости шпилек и применение посадок с зазором для резьбовых деталей (с последующим их стопорением каким-нибудь способом).

Однако эти способы не исключают необходимости центрирования шпильки, а, наоборот, усиливают эту необходимость. Их ценность заключается в том, что они автоматически, без вмешательства сборщика, устанавливают шпильки на их место при надевании притягиваемой детали (или при завертывании гайки). Если упругие деформации шпилек при этом невелики, то указанные способы можно считать приемлемыми, как облегчающие сборку.

Как и для крепежных деталей всех видов, в тяжелонагруженных шпилечных соединениях целесообразно устанавливать навертные гайки на сферических опорных поверхностях (рис. 135, IIV), обеспечивающих самоустановку гаек и уменьшающих изгиб стержня шпильки.

Читайте также: