Уверены, что знаете все о болтах, шайбах и гайках?

Многие инженеры считают, что знают о таких простых элементах крепления как болты, шайбы и гайки абсолютно все. Разве есть у кого-либо сомнение в том, что это наиболее простые, эффективные и предсказуемые в использовании метизы?

Миф о пружинных шайбах

Все знают, что такое пружинная шайба. Принцип действия этого изделия также не является секретом ни для кого – этот элемент крепления создает дополнительное напряжение между поверхностью детали и гайкой, предотвращая самопроизвольное ослабление соединения, а кроме этого, упирается своими концами в металл, предотвращая проворачивание гайки. Но все это лишь теория. Работает ли этот принцип в реальной жизни там, где необходима максимальная надежность соединения?

Многочисленные эксперименты, проведенные в лабораторных условиях, показали, что пружинные шайбы не только не предотвращают раскручивание, но и могут сами ему способствовать. Чтобы выполнять свои функции, шайба должна «зарываться» своими концами в материал, а это возможно лишь в том случае, если речь идет об очень мягком металле, пластике или древесине.

Поперечная нагрузка против продольной

Большинство специалистов в области механики уверены, что для резьбового соединения опаснее вибрационные нагрузки, направленные вдоль оси резьбы. Но, на самом деле, гораздо опаснее поперечные вибрации – именно они вызывают постепенное ослабление гайки и разрушение резьбы. Сведения об этой особенности болтовых и шпилечных соединений никогда не были секретом и получены еще в 1960 году Герхардом Юнкером, но основе данных, собранных при испытании соединений на специальной машине. Удивительно, что так мало механиков знают об этой важной особенности.

Универсальное средство от самопроизвольного ослабления соединения

Если поперечные вибрации могут быть опасны для соединений с гайками, а пружинные шайбы неэффективны, то что может выручить механика, при необходимости получить максимально надежное соединение? Оказывается, наиболее действенным способом получить надежно закрученную на резьбе гайку, является использование замковых гаек или так называемых гаек с прорезью, которые после закручивания фиксируются на специальной стопорной шайбе.

Не бойтесь затягивать гайки для упора

Все мы отлично знаем, что затягивание гаек до упора чревато неприятностями, вплоть до разрушения гайки или повреждения резьбы. Оказывается, что для получения максимально надежного соединения, нужно приложить максимум усилий и затянуть гайку до упора. Чем сильнее затянута гайка, тем меньше шанс у нее начать самопроизвольно раскручиваться под действием динамических нагрузок. Разумеется, при большом усилии резьбовое соединение можно повредить, но это вопрос скорее качества изделий, чем технологии монтажа. Предел текучести стали составляет порядка 1000 фунтов и если вам удастся достичь такого усилия при создании соединения, то гайка, болт и соединяемые элементы можно теоретически считать одним целым.

«Умные» болты

У описанного выше метода создания надежного соединения есть лишь один недостаток, который, тем не менее, мешает его повсеместному внедрению. Этот недостаток заключается в том, что определить силу зажатия гайки без специального оборудования не удается. Конечно, для работы можно использовать специальные ключи с динамометрами, но они выпускаются, обычно, для использования в автомобильной индустрии и не позволяют развивать максимальное усилие, необходимое для преодоления порога текучести. Ученые нашли выход из положения, разработав специальные гайки с индикацией силы закручивания. Эти изделия уже производятся и их можно приобрести у нескольких компаний. К сожалению, такой крепеж обходится более чем в 10 раз дороже чем обычные гайки и поэтому его используют лишь в самых ответственных узлах, например при фиксации элементов космических кораблей.

6 витков резьбы

Большинство из нас уверены, что чем больше витков резьбы задействовано при соединении, тем лучше. Это не совсем так, потому что наукой доказано, что максимальная эффективность достигается при работе всего лишь 6 витков резьбы. При приложении силы, резьбовые элементы сильно растягиваются, и при этом нагрузка распределяется по резьбе неравномерно. Наибольшую нагрузку испытывает самый первый работающий виток, а следующие нагружены меньше, причем силы воздействия уменьшаются пропорционально с каждым следующим витком. После 6 витка это правило не работает и принципиального прироста надежности фиксации увеличение их числа не дает.

Особая маркировка резьбовых соединений

Некоторым специалистам приходится сталкиваться с маркировкой из букв и цифр, нанесенных на гайки и болты и не имеющим отношения к ГОСТам и DINам. Выглядит эта маркировка как 2А или 3В и ее назначение понятно далеко не всем. Как выяснилось, эти сочетания символов есть не что иное, как класс резьбы элемента крепления. Буква А обозначает наружную резьбу, а В – внутреннюю. Цифры могут изменяться от 1 до 4 и они говорят о зазорах в резьбе, влияющих на эксплуатацию резьбовой пары:

Класс 1 – отличный выбор для соединений, которые придется часто разбирать и снова собирать;
Класс 2 – универсальный для всех случаев использования. Обычно этот крепеж имеет идеальное соотношение цены и качества;
Класс 3 – максимально надежное соединения для узлов, работающих под большими нагрузками;
Класс 4 – прецезионный – так маркируются специальные изделия с высоким содержанием свинца в материале.

Крупная или мелкая резьба?

Многие болты и гайки выпускают как с крупной, так и с мелкой резьбой. Каждый из вариантов имеет свои преимущества и недостатки. Болты с мелкой резьбой имеют большее сечение и поэтому более прочные, чем болты с крупной резьбой. В тоже время, мелкая резьба более подвержена повреждениям, как коррозионным, так и механическим. Повредить такую резьбу можно прямо в процессе закручивания гайки, просто приложив излишнее усилие или допустив незначительный перекос крепежных элементов.

Резьбовые соединения и температура

Как вы думаете – прочнее ли становится болтовое соединение при повышении температуры? Многие скажут, что при значительном нагреве болты и гайки теряют свои несущие свойства, так как расширяются и становятся более эластичными. При этом почти все уверены, что экстремально низкие температуры не так опасны для крепежа. Научные же исследования объективно утверждают, что как сильное нагревание, так и серьезное понижение температуры отрицательно сказываются на соединениях. Оптимальным вариантом всегда является комнатная температура, при которой металл сохраняет максимум несущих свойств.

Болт и гайка — применяем нестандартно

Все мы привыкли видеть обычный болт и гайку. Их предназначение также известно всем. Мало кто задумывался о том, как можно применить их конструкцию по другому. Сегодня я решил вам рассказать о секретных функциях болта и гайки.

Болт — это металлическая деталь, у которой имеется головка, стержень и резьба.

Гайка — это та же головка болта, только с отверстием и внутренней резьбой.

Их прямое назначение—соединение дерева или металла между собой. Это единственный всем известный способ их применения. Только сегодня я докажу что это не так. Кстати, первые болты появились ещё в 15 веке, в Древнем Риме.

Первый малоизвестный способ:

Берём болт диаметром 12 мм и обрезаем его. Оставляя примерно полтора сантиметра стержня. После чего, нам потребуется УШМ (болгарка). Зажимаем болт в тиски, головкой вниз и делаем разрез прямо по центру, вдоль стержня.

Всё, наша самоделка и малоизвестный способ применения болта и гайки—готов. Теперь мы можем соединять трос или же провода. Просунув их в прорезь с двух сторон и затянув гайкой. Фото автора.

Второй способ применения болта:

Для этого способа нам понадобится:

• Тонкая пластина.
• Болт на 12.
• Маленький болт.
• УШМ (болгарка).
• Тиски.

Берём болт на 12 и зажимаем его в тиски головкой вниз. Делаем прорезь вдоль стержня промо по центру. Длинной примерно один сантиметр. Дальше берём в руки пластину, прикладываем в отверстие. Она не должна ничего задевать.

Переворачиваем болт в тисках, и зажимаем стержень. Так, чтобы прорезь была параллельно тискам. Делаем сквозное отверстие 4,5 мм, такой же фокус повторяем с пластиной, отверстие должно быть на расстоянии 1 сантиметр от края.

Накручиваю гайку на болт. Теперь беру болтик размером 5 мм. Вставляю пластину в прорезь, так чтобы соединились сквозные отверстия. И забиваю этот болтик в меньшее отверстие.

И всё, наше изобретение готово. Оно нужно для крепления полок или любых других предметов в деревянных основаниях. Так же, можно попробовать это крепление для гипсокартона. Фото автора.

Третий вариант нетривиального использования болта:

Берём опять болт на 12 и зажимаем его в тиски, стержнем вниз. На головке болта нужно наметить точки для сверления. Делайте как на чертеже снизу. И теперь нужно просверлить отверстие в указанных местах.

Самоделка готова. Это отличный заменитель ручному крючку для вязальной проволоки. Зажимаем болт в шуруповёрт, просовывает проволоку в отверстия и всё просто.