Технический уровень и качество крепежных деталей обеспечивают высокие потребительские характеристики машин, механизмов, строительных конструкций, бытовой техники и других изделий. Известно, что большинство отказов оборудования так или иначе связано с ослаблением резьбовых соединений, а любой ремонт – с отвинчиванием и завинчиванием болтов, гаек, винтов и т.д.


Следует помнить, что неграмотно выполненная затяжка резьбовых соединений может привести к срыву резьбы в случае приложения слишком большого усилия или к недостаточной герметичности при слабом закручивании.

Чтобы сохранить усилие предварительной затяжки на длительный период эксплуатации необходимо выбрать правильный способ затяжки, метод его контроля и стабилизации.

Силовые параметры резьбовых соединений


Резьбовое соединение

Для крепежных деталей ГОСТ 1759.4 устанавливает два вида разрушающей нагрузки: минимальную (Рр, Н) и пробную (N, Н).

Пробная нагрузка является контрольной величиной, которую стержневая крепежная деталь должна выдержать при испытаниях. В крепеже классов прочности 6, 8 и выше она составляет 74-79 % от минимальной нагрузки.

Усилие предварительной затяжки (Q, Н) резьбового соединения обычно составляет 75-80 % (в отдельных случаях 90 %) от пробной нагрузки.

Почему затяжка называется «предварительной»? Дело в том, что затяжка соединений подразумевает создание во всех деталях – и крепежных, и соединяемых – некоторых напряжений.

При этом в упруго напряженных телах проявляются механизмы пластических деформаций, которые со временем приводят к убыванию (релаксации) напряжений. Именно поэтому усилие затяжки соединения в определенной степени снижается само.

Способы затяжки


Существует несколько способов затяжки резьбовых соединений:

  • Затяжка до определенного момента
  • Затяжка до определенного угла
  • Затяжка до предела упругости
  • Затяжка в области пластических деформаций и др.

В отечественной практике чаще всего применяется затяжка путем приложения к крепежной детали необходимого крутящего момента (Мкр, Н*м), который обычно указывается в чертежах или технологии сборки. В автомобильной промышленности для назначения моментов затяжки используются руководящий документ и отраслевые стандарты, которые распространяются на резьбовые соединения с болтами, шпильками и гайками, имеющими цилиндрическую метрическую резьбу номинальным диаметром от М3 до М24.

Существенное влияние на затяжку резьбовых соединений оказывают условия контактного трения в резьбе и на опорной поверхности. Они зависят от состояния контактирующих поверхностей, погрешности шага и угла профиля резьбы, скорости завинчивания, вида покрытия, наличия смазочного материала и многих других факторов.


Закручивание гайки


Значения коэффициента трения в реальных условиях сборки нестабильны, поэтому контролировать их сложно, можно только лишь прогнозировать.

В целях стабилизации коэффициента трения на резьбы наносятся специальные материалы – антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП). Это позволяет оптимизировать момент затяжки и свести потери на трение к минимальным значениям.

Так, производимые на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) отечественные покрытия MODENGY, повышают надежность и долговечность крепежа благодаря свойствам твердых смазочных веществ: высокой несущей способности и износостойкости, низкому коэффициенту трения, разделительным и противозадирным способностям.

Покрытия MODENGY 1010, 1011 и 1014 предназначены специально для крепежных деталей. Они обладают отличной химической устойчивостью, поэтому особенно активно используются в нефтедобывающей отрасли промышленности.



В зависимости от степени ответственности соединений назначаются их классы, а также соответствующие им величины максимальных и минимальных моментов затяжки.

Допустимое усилие затяжки крепежа обязательно указывается производителем в паспорте или сертификате. Однако при отсутствии такового или в случае крайней необходимости можно воспользоваться данными из следующей таблицы. В ней приведены крутящие моменты в Нм для разных марок резьбового крепежа при вворачивании в литую стальную основу в сухом состоянии (без смазки).


Величина крутящих моментов для разных марок резьбового крепежа

Порядок затяжки резьбового крепежа

Соблюдение технологии закручивания резьбового крепежа гарантирует прочное и надежное соединение элементов. Порядок работы подразумевает три этапа.

На первом, подготовительном, конструкция разбирается на элементы, которые очищаются от пыли, грязевых и коррозионных отложений. Детали без покрытия обрабатываются смазочным материалом, элементы с покрытием в смазке не нуждаются.

Второй этап – предварительный. В ходе него гайка накручивается на болт или шпильку без усилия, вручную. Если для соединения деталей используется целый ряд крепежных изделий, затяжка должна быть равномерной и постепенной. Опытные мастера закручивают гайки по определенной схеме – через одну или две. После того, как все гайки навинчены до легкого упора, можно переходить к следующему этапу.


На третьем, окончательном, этапе гайки прочно соединяются с болтами или шпильками. Для этих целей лучше всего использовать специальный инструмент – динамометрический ключ. Применение этого устройства для финальной затяжки позволяет полностью исключить превышение рекомендуемого усилия.

Существуют несколько видов динамометрических ключей. Инструменты с индикатором в виде шкалы со стрелкой показывают в процессе затяжки величину прилагаемого усилия, но с достаточно большой погрешностью (6-8%). Цифровые разновидности индикаторных ключей снабжены жидкокристаллическим экраном, вмонтированным в рукоятку инструмента. Некоторые экземпляры имеют звуковой оповещатель, могут выводить данные на дисплей компьютера или выполнять другие дополнительные функции. Такие инструменты работают с минимальной погрешностью (≤ 1 %).

Предельные динамометрические ключи снабжены щелчковым устройством, который сам прекращает затяжку при достижении установленной величины крутящего момента. Погрешность таких инструментов находится в пределах 4 %.


Динамометрический ключ

Методы контроля


Момент затяжки крепежа чаще всего измеряется с помощью динамометрического ключа, как это было описано выше. Основных методов контроля три.

  • Метод А: «момент страгивания с места». Измеряется непосредственно в начале вращения болта или гайки в направлении затягивания. Данный метод применяется для быстрого контроля затяжки и осуществляется не позднее 30 минут после нее.
  • Метод В: «момент вращения». Измеряется во время вращения при повороте на 10 – 15 в направлении завинчивания. Метод применяется для периодического, но более точного контроля.
  • Метод С: «момент повторной затяжки». Соединение освобождается и снова затягивается в прежнем положении, которое отмечено риской. Метод применяется для контроля окрашенных, загрязненных или покрытых оксидными пленками соединений.

В случае недостаточной величины момента затяжки резьбовое соединение подтягивается до необходимой величины момента. Контроль качества затяжки особо ответственных соединений (класса 1) с допускаемым отклонением момента ±5 % динамометрическим ключом, имеющим такую же точность, некорректен.

Таким образом, показано, что затяжка резьбовых соединений и ее контроль базируются на косвенных методах, в ходе которых к крепежной детали прилагается крутящий момент. Однако стоит отметить, что далеко не всегда это обеспечивает необходимое усилие затяжки.

Именно поэтому разработчики конструкций вынуждены применять достаточно большое количество недозатянутых крепежных элементов и увеличивать их диаметр.