Усилие затяжки болтов: расчет момента

Затяжка болтов обеспечивает надёжное соединение с помощью резьбовых элементов. Осуществляется двумя способами – контролируемым и неконтролируемым. В первом варианте используют калибровочный инструмент. В неконтролируемом случае мастер закручивает болт гаечным ключом с применением молотка.

Правильно затянутый болт — это тот, который затянут так, что он действует как очень ребристая пружина, стягивающая сопрягаемые поверхности вместе. Вращение болта (крутящий момент) в какой-то момент вызывает его растяжение (натяжение). На величину натяжения, возникающего при приложении заданного момента затяжки, влияет несколько факторов:

1. Первый — диаметр болта. Для затяжки болта маленького диаметра требуется прикладывать существенно больше усилий, чем для затяжки крупного болта.
2. Второй — класс болта. Для затягивания болта меньшего класса требуется больше усилий, чем для растягивания более высококлассного болта, из-за большей прочности материала.
3. Третий — коэффициент трения, иногда называемый «фактором гайки». Значение этого коэффициента указывает на то, что более твердые, гладкие или скользкие болтовые поверхности, такие как резьба и опорные поверхности, требуют меньшего вращательного усилия (крутящего момента) для натяжения болта, чем более мягкие, грубые и липкие поверхности.

Сила, прилагаемая к гайке при навинчивании её на резьбу болта, называется моментом затяжки. Она бывает контролируемой и неконтролируемой. Первый метод предполагает использование специальных инструментов, и позволяет получить точные результаты. Во втором случае используют гаечный ключ и молоток, и сила не может быть измерена.

Если болт затянут достаточно, то соединение будет более надежным и прослужит дольше. При этом не будет деформированных деталей.

Требуемое осевое усилие болта

Расчёт момента затяжки болтов осуществляется по следующей формуле: M = k*F*d/z. В данной формуле коэффициент трения k умножают на усилие затяжки F, и умножают на результат деления наружного диаметра резьбы на количество болтов. Быстро рассчитать момент затяжки можно в онлайн-программе.

Соотношение между приложенным крутящим моментом и осевой силой или нагрузкой в болте может быть рассчитано по формуле T = K х F х d, где:

• T — крутящий момент гаечного ключа (Нм, в кг);
• K — константа, зависящая от материала и размера болта;
• d — номинальный диаметр болта (в метрах);
• F — осевое усилие болта (в кг).

Следует иметь в виду, что табличные показатели обычно являются грубым расчетом. Кроме того, точность динамометрического ключа обычно не превышает +-25%.

Момент силы, приложенной к гаечному ключу, это векторная величина, характеризующая вращательное воздействие на физическое тело. Показатель измеряется в ньютон-метрах. Общее обозначение буквой М. Вычисление производится по формуле, в которой радиус вектора частицы умножается на силу, воздействующую на неё.

Приведенный ниже расчет можно использовать для вычисления крутящего момента, необходимого для достижения заданного осевого усилия болта или нагрузки. Способ является универсальным и может использоваться для неметрических и метрических единиц измерения до тех пор, пока использование единиц измерения является последовательным.

Обратите внимание, что стандартные сухие крутящие моменты обычно рассчитываются для создания растягивающего напряжения или осевой силы, а также нагрузки зажима в болте, которая равна 70% минимальной прочности на растяжение или 75% запаса прочности.

Пример расчета: пробная нагрузка для метрического болта М30 является 373000 N. Крутящий момент, необходимый для достижения этого натяжения с помощью сухого болта, можно рассчитать следующим образом: Тсухой = (0,2) х (373000 Н) х (30 мм) х (10-3 м / мм) = 2238 (Н/м).

Смазка болта маслом SAE 30 уменьшает крутящий момент, необходимый для достижения того же напряжения, примерно на 40%. Уменьшенный крутящий момент можно рассчитать по формуле ТSAE30 = (2238 Н/м) х (1 – (40%) / (100%)) = 1343 Н/м.

Прочность болта

В следующей таблице приведены характеристики прочности для различных классов свойств метрических стальных болтов, винтов и шпилек:

Класс	Диапазон номинальных размеров (мм)	Прочность (МПа)	Предел растяжимости, мин (МПа)	Предел прочности при растяжении, мин (МПа)	Материал
4.6	5-100	225	240	400	Низкоуглеродистая или среднеуглеродистая сталь
4.8	1.6-16	310	340	420	Низкоуглеродистая или среднеуглеродистая сталь; полностью или частично отожженная
5.8	5-24	380	420	520	Низко- или среднеуглеродистая сталь; холодная обработка
8.8	До 16 (вкл.)	660	640	800	Среднеуглеродистая сталь; закаленная
8.8	17-72	580	660	830	Среднеуглеродистая сталь; закаленная
9.8	1.6-16	650	720	900	Среднеуглеродистая сталь; закаленная
10.9	5-100	830	940	1040	Легированная сталь; закаленная
12.9	1.6-100	970	1100	1220	Легированная сталь; закаленная

Предел прочности или предельная прочность на растяжение может быть определена как максимальная величина растягивающего напряжения, которое компонент может выдержать до того, как он сломается. Запас прочности может быть определен как наибольшая величина растягивающего напряжения, которое компонент способен выдержать до начала проявления пластической или постоянной деформации при снятии приложенного напряжения.

Предел растяжимости — это единица растягивающего напряжения, которое компонент может выдержать, когда он проявляет 0,2% пластической или постоянной деформации. Класс обычно штампуется на головке болта. Эти две цифры указывают на прочность болта или винта при предельном растяжении.

В случае болта класса 8.8 первая цифра означает, что предел прочности при растяжении составляет не менее 800 МПа. Вторая цифра означает, что крепеж начнет давать выход на 80% от предела прочности при растяжении, то есть не менее 640 МПа.

Контроль над затяжкой крепежа

Если гайки и болты, закрепляющие сменную деталь или механическую систему, имеют требуемое давление затяжки, то динамометрический ключ необходим по нескольким причинам. В большинстве случаев при попытках затянуть крепежные детали с помощью накидного ключа или ручного ключа-храповика произойдет две вещи:

1. Затяжка будет слишком свободная. Если крепежная деталь слишком свободна, она может создать зазор между гайкой или болтом и частью, которую она закрепляет. Когда это происходит, накапливается избыточное тепло, которое ослабляет крепежную деталь до такой степени, что болт защелкивается или деталь отваливается. С колесами и компонентами рулевого управления/торможения это может привести к несчастным случаям и даже смертельному исходу.
2. Затяжка будет слишком тугая. Большинство механиков не понимают, насколько они сильны. На самом деле, чрезмерное затягивание является более распространенным явлением, чем оставление крепежных деталей слишком свободными. Когда они слишком тугие, опасность возникает в виде слишком большой силы, которая обычно деформирует, сгибает или повреждает болты и саму деталь.

Всегда при техническом обслуживании транспортного средства или другой конструкции лучше пользоваться заводским руководством. Инструкция позволит правильно выполнить необходимые действия, получив желаемый результат. А для крепления болтами деревянных элементов нужна  шайба квадратная для деревянных конструкций. Это необходимо для того чтобы предотвратить образование вмятин в дереве и ослабления затяжки. На самом деле, лучше выполнять такое крепление саморезами. В нашем магазине "Первый крепеж" можно купить  саморезы, опт цена на которые вас приятно удивит.

Вот несколько общих советов по использованию динамометрического ключа:

1. Нужно очистить болты и крепежные детали перед установкой. Всегда лучше удалить ржавчину, грязь и мусор с любого крепежа перед монтажом. Если есть чрезмерное накопление ржавчины, используйте проникающую жидкость, такую как WD-40, чтобы удалить ржавчину. Перед установкой гаек или болтов следует убедиться, что излишки WD-40 удалены.
2. Установить динамометрический ключ на рекомендуемое давление. В руководстве по техническому обслуживанию указывается рекомендуемое давление затяжки. В нижней части динамометрического ключа имеется ряд цифр, указывающих на установку давления. Нужно следовать инструкциям по настройке динамометрического ключа, так как каждый динамометрический ключ уникален и имеет разные шаги.
3. Затягивать компоненты лучше в два этапа. Направить гайку или болт на деталь с помощью ручного ключа, пока он не станет плотным, но не тугим. В этот момент используется динамометрический ключ, установленный на рекомендуемое давление крутящего момента. Тянуть динамометрический ключ в направлении затяжки нужно, пока не прозвучит щелчок в ручке ключа. Далее необходимо остановиться и затянуть еще раз, пока снова не станет слышен тот же звук. Второй щелчок подтверждает правильную настройку затяжки.

Чтобы затянуть болты повышенной прочности, зачастую требуется дополнительное оборудование, позволяющее усилить крутящий момент. Обычно в подобной ситуации применяется ключ-мультипликатор.

 

Таблица момента затяжки болтов

В таблице ниже указаны значения предварительной нагрузки и моменты затяжки для стальных крепежных деталей с тонкой метрической резьбой:

Класс свойств предварительной нагрузки (N) по стандарту ГОСТ Р ИСО 898-1-2011							Момент Затяжки (Нм)
Нитки	Коэффициент Трения	8.8	10.9	12.9	8.8	10.9	12.9
M8 x 1	0.100	19 500	27 500	33 000	22	30	36
	0.125	18 600	26 200	31 500	25	35	42
	0.140	18 100	25 500	30 600	27	38	45
M10 x 1.25	0.100	30 500	42 900	51 500	42	59	71
	0.125	29 110	40 900	49 100	49	68	82
	0.140	28 300	39 800	47 700	52	73	88
M12 x 1.25	0.100	46 600	65 500	78 500	76	105	130
	0.125	44 600	62 500	75 000	88	125	150
	0.140	43 300	6100	7300	95	135	160
M14 x 1.5	0.100	63 000	88 500	106 000	120	165	200
	0.125	60 500	85 000	102 000	140	195	235
	0.140	58 500	82 500	99 000	150	210	250
М16 х 1,5	0.100	85 000	120 000	144 000	180	250	300
	0.125	81 500	114 000	137 000	210	295	350
	0.140	79 000	111 000	133 000	225	315	380
М18 х 1,5	0.100	111 000	156 000	187 000	260	365	435
	0.125	106 000	149 000	179 000	305	425	510
	0.140	103 000	145 000	174 000	325	460	550
М20 х 1,5	0.100	140 000	197 000	236 000	360	360	510
	0.125	134 000	189 000	226 000	425	600	720
	0.140	130 000	183 000	220 000	460	640	770
М22 х 1,5	0.100	172 000	242 000	291 000	480	680	810
	0.125	165 000	234 000	279 000	570	800	960
	0.140	161 000	226 000	271 000	610	860	1050
M24 x 2	0.100	197 000	277 000	332 000	610	860	1050
	0.125	188 000	265 000	318 000	720	1000	1200
	0.140	183 000	257 000	30 900	780	1100	1300

Если вы планируете приобрести болты оптом, или вам нужна  гайка оптом, цена которых будет максимально выгодной, то лучшим решением будет воспользоваться каталогом интернет-магазина «Первый крепеж». У нас вы найдете огромный ассортимент крепежных деталей (винты, гайки, саморезы, монтажные системы и т. д.) любых классов и типов. Доставка крупных партий осуществляется бесплатно по всей территории России.

Консультанты магазина всегда готовы помочь в выборе оптимального продукта, рассказать об особенностях товара и принципе его использования. Чтобы связаться со специалистом компании для получения дополнительной информации, звоните по телефону 8-800-201-81-96.