ГОСТ затяжка болтовых соединений

ГОСТ затяжка болтовых соединений

ГОСТ ISO 16047-2015

ИСПЫТАНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА И УСИЛИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ЗАТЯЖКИ

Fasteners. Torque/clamp force testing

* По данным официального сайта Росстандарт

ОКС 21.060.10, здесь и далее по тексту. —

Примечание изготовителя базы данных.

Дата введения 2018-01-01

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием «Центральный ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт «НАМИ» (ФГУП «НАМИ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 5

2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 29 сентября 2015 г. N 80-П)

За принятие стандарта голосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 мая 2016 г. N 403-ст межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 16047-2015 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2018 г.

5 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ISO 16047:2005* «Изделия крепежные. Испытания крутящего момента/усилия предварительной затяжки» («Fasteners — Torque/clamp force testing», IDT), включая изменение к нему ISO 16047:2005/Amd 1:2012.

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. — Примечание изготовителя базы данных.

Международный стандарт разработан техническим комитетом ISO/TC 2 «Изделия крепежные» совместно с CEN/TC 185 «Изделия крепежные механические».

Официальные экземпляры международного стандарта, на основе которого подготовлен настоящий межгосударственный стандарт, и международных стандартов, на которые даны ссылки, имеются в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты» (по состоянию на 1 января текущего года), а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет условия для проведения испытаний крутящего момента и усилия предварительной затяжки для крепежных изделий с резьбой или аналогичных деталей.

Настоящий стандарт применяется в основном для болтов, винтов и гаек с метрической резьбой размерами от М3 до М39 из углеродистой и легированной стали, механические свойства которых установлены в ISO 898-1, ISO 898-2. Они применимы к комбинации других крепежных изделий с наружной и внутренней резьбами по ISO 68-1.

Настоящий стандарт не применяется для резьбовых штифтов и аналогичных деталей, не подвергаемых растягивающим напряжениям, для болтов с прессованной резьбой и для самостопорящихся крепежных изделий.

Если не согласовано иное, то испытания проводят при комнатной температуре. Испытания при установленных условиях проводят при температуре от 10°С до 35°С.

Этот способ позволяет определять свойства затяжки крепежных изделий с резьбой и аналогичных деталей.

2 Нормативные ссылки

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы*. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного документа, для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все изменения).

* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. — Примечание изготовителя базы данных.

ISO 68-1 ISO General purpose metric screw thread — Basic profil — Part 1: Metric screw thread (Резьбы ИСО общего назначения — Основной профиль — Часть 1: Резьбы метрические)

ISO 273:1979 Fasteners — Clearance holes for bolts and screws (Изделия крепежные — Отверстия с зазором для болтов и винтов)

ISO 898-1 Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel — Part 1: Bolts, screws and studs with specified property classes — Coarse thread and fine pitch thread (Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей — Часть 1: Болты, винты и шпильки установленных классов прочности — Крупный и мелкий шаг резьбы)

ISO 898-2 Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel — Part 2: Nuts with specified property classes — Coarse thread and fine pitch thread (Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей. Часть 2. Гайки установленных классов прочности — Крупный и мелкий шаг резьбы)

ISO 4014 Hexagon head bolts — Product grades A and В (Болты с шестигранной головкой — Классы точности А и В)

ISO 4017 Hexagon head screws — Product grades A and В (Винты с шестигранной головкой. Классы точности А и В)

ISO 4032 Hexagon regular nuts (style 1) — Product grades A and В (Гайки шестигранные нормальные (тип 1) — Классы точности А и В

ISO 4033 Hexagon high nuts (style 2) — Product grades A and В (Гайки шестигранные высокие (тип 2) — Классы точности А и В)

ISO 4042:1999 Fasteners — Electroplated coatings (Изделия крепежные — Электролитические покрытия)

ISO 4759-3:2000 Tolerances for fasteners — Part 3: Plain washers for bolts, screws and nuts — Product grades A and С (Изделия крепежные. Допуски — Часть 3: Плоские шайбы для болтов, винтов и гаек. Классы точности А и С)

ISO 4762 Hexagon socket head cap screws ( Винты с цилиндрической головкой и шестигранным углублением под ключ)

ISО 6892 Metallic materials — Tensile testing at ambient temperature

Стандарт заменен на ISO 6892-1:2009. Однако для однозначного соблюдения требования настоящего стандарта, выраженного в датированной ссылке, рекомендуется использовать только указанное в этой ссылке издание.

ISO 7093-1 Plain washers — Large series — Part 1: Product grade А (Шайбы плоские — Крупная серия — Часть 1: Класс точности А)

ISO 8673 Hexagon regular nuts (style 1) with metric fine pitch thread — Product grades A and В (Гайки шестигранные нормальные (тип 1) с метрической резьбой с мелким шагом — Классы точности А и В)

ISO 8674 Hexagon high nuts (style 2) with metric fine pitch thread — Product grades A and В (Гайки шестигранные высокие (тип 2) с метрической резьбой с мелким шагом — Классы точности А и В)

ISO 8765 Hexagon head bolts with metric fine pitch thread — Product grades A and В (Болты с шестигранной головкой с мелким шагом резьбы. Классы точности А и В)

ISO 15071 Hexagon bolts with flange — Small series — Product grade А (Болты шестигранные с фланцем — Легкая серия — Класс точности А)

ISO 15072 Hexagon bolts with flange with metric fine pitch thread — Small series — Product grade A (Болты с шестигранной головкой с мелким шагом резьбы — Легкая серия — Класс точности А)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 усилие предварительной затяжки (clamp force F): Осевая растягивающая сила, воздействующая на цилиндрический стержень болта, винта, или сжимающая сила, воздействующая на стягиваемые детали во время затягивания.

3.2 усилие предварительной затяжки на пределе текучести (yield clamp force ): Усилие предварительной затяжки, при котором под действием объемного напряженного состояния, возникающего при затягивании, удлинение цилиндрического стержня болта, винта превышает упругое.

3.3 усилие разрыва (ultimate clamp force ): Максимальное усилие предварительной затяжки, при котором под действием объемного напряженного состояния при затягивании возникает разрыв цилиндрического стержня болта, винта.

3.4 крутящий момент затяжки (tightening torque wrenching torque applied torque ): Крутящий момент, воздействующий на гайку или болт/винт во время затягивания.

3.5 крутящий момент на пределе текучести (yield tightening torque ): Крутящий момент, при котором достигается усилие предварительной затяжки на пределе текучести.

3.6 крутящий момент в резьбе (thread torque ): Крутящий момент, который воздействует через сопряженную резьбу на цилиндрический стержень болта, винта.

3.7 крутящий момент трения на опорной поверхности (bearing surface friction torque ): Крутящий момент, который воздействует при затягивании через опорные поверхности на стягиваемые детали.

3.8 крутящий момент при разрыве (ultimate tightening torque ): Крутящий момент, при котором достигается усилие разрыва.

Таблица примерных нормативных моментов затяжки резьбовых соединений болтов, шпилек, гаек, фланцевых соединений, втулок с уплотнительным кольцом, шлангов, накидных гаек = торцевых уплотнений, заглушек, ДВС.

Таблица примерных нормативных моментов затяжки резьбовых соединений болтов, шпилек, гаек, фланцевых соединений, втулок с уплотнительным кольцом, шлангов, накидных гаек = торцевых уплотнений, заглушек, ДВС.

Таблица 1. Таблица ориентировочных моментов затяжки для стальных шпилек, болтов и гаек c метрической резьбой

Во всех случаях по возможности пользуйтесь данными производителя, если эти данные недоступны, то данная таблица поможет сориентироваться.

Верхняя таблица для болтов с головками, как на рисунке А:

Таблица 2. Таблица ориентировочных моментов затяжки для стальных шпилек, болтов и гаек фланцевых соединений

Во всех случаях по возможности пользуйтесь данными производителя, если эти данные недоступны, то данная таблица поможет сориентироваться.

* подробнее про затяжку болтов фланцевых соединений трубопроводов тут: Затяжка болтов фланцевого соединения

Таблица 3. Таблица ориентировочных моментов затяжки для втулок трубных соединений с уплотнительным кольцом

Во всех случаях по возможности пользуйтесь данными производителя, если эти данные недоступны, то данная таблица поможет сориентироваться.

Таблица 4. Таблица ориентировочных моментов затяжки для стальных заглушек с уплотнительным кольцом

Во всех случаях по возможности пользуйтесь данными производителя, если эти данные недоступны, то данная таблица поможет сориентироваться.

Таблица 5. Таблица ориентировочных моментов затяжки для шлангов (с коническим и торцевым уплотнениями)

Во всех случаях по возможности пользуйтесь данными производителя, если эти данные недоступны, то данная таблица поможет сориентироваться.

Таблица 6. Таблица ориентировочных моментов затяжки для соединений с торцевым уплотнением = накидных гаек

Во всех случаях по возможности пользуйтесь данными производителя, если эти данные недоступны, то данная таблица поможет сориентироваться.

*В зависимости от конкретных технических характеристик используются соединения с торцевым уплотнением, размеры которых указаны в скобках ( ).

Таблица 7. Таблица ориентировочных моментов затяжки для двигателей внутреннего сгорания ДВС (болты и гайки)

Во всех случаях по возможности пользуйтесь данными производителя, если эти данные недоступны, то данная таблица поможет сориентироваться.

Таблица 8. Таблица ориентировочных моментов затяжки для шарнирных соединений двигателей внутреннего сгорания ДВС

Во всех случаях по возможности пользуйтесь данными производителя, если эти данные недоступны, то данная таблица поможет сориентироваться.

Таблица 9. Таблица ориентировочных моментов затяжки для винтов с конической резьбой двигателей внутреннего сгорания ДВС

Во всех случаях по возможности пользуйтесь данными производителя, если эти данные недоступны, то данная таблица поможет сориентироваться.

Консультации и техническая
поддержка сайта: Zavarka Team

Монтажные соединения на болтах, в том числе высокопрочных, с контролируемым натяжением

6.1 Выполнение соединений на болтах с контролируемым натяжением должно проводиться рабочими, прошедшими специальное обучение, подтвержденное соответствующим удостоверением.

6.2 Соприкасающиеся поверхности деталей фрикционных (сдвигоустойчивых), фрикционно-срезных и фланцевых соединений должны быть обработаны способом, предусмотренным в чертежах марок КМ, КМД.

Сборку соединений следует производить не позже трех суток после обработки соприкасающихся поверхностей. На соприкасающихся поверхностях не допускается наличие грязи, масла, образование льда и других загрязнений, препятствующих плотному прилеганию деталей или способствующих снижению указанной в чертежах марок КМ, КМД расчетной величины коэффициента трения. При превышении срока между обработкой соприкасающихся поверхностей и сборкой соединений более трех суток проводится повторная обработка.

Требование повторной обработки не распространяется на налет ржавчины, образующийся на соприкасающихся поверхностях после их очистки, а также на случай попадания на них атмосферных осадков в виде влаги или конденсации водяных паров.

Состояние поверхностей после обработки и перед сборкой следует контролировать и фиксировать в журнале.

6.3 Перепад поверхностей (депланация) стыкуемых деталей свыше 0,5 и до 3 мм должен быть ликвидирован механической обработкой путем образования плавного скоса с уклоном не круче 1:10.

При перепаде свыше 3 мм необходимо устанавливать стальные прокладки требуемой толщины, обработанные тем же способом, что и детали соединения. Применение прокладок подлежит согласованию с организацией-разработчиком чертежей марок КМ, КМД.

6.4 Отверстия в деталях при сборке должны быть совмещены и зафиксированы от смещения пробками. Число пробок определяют расчетом на действие монтажных нагрузок, но их должно быть не менее 10% при числе отверстий более 20 и не менее двух — при меньшем числе отверстий.

В собранном пакете, зафиксированном пробками, допускается чернота (несовпадение отверстий), не препятствующая свободной, без перекоса, постановке болтов. Калибр диаметром на 0,5 мм больше номинального диаметра болта должен пройти в 100% отверстий каждого соединения.

Допускается прочистка отверстий плотно стянутых пакетов сверлом, диаметр которого на 0,5 мм больше номинального диаметра болта, при условии, что чернота не превышает разности номинальных диаметров отверстия и болта. Применение воды, эмульсий или масла при прочистке отверстий не допускается.

6.5 Запрещается применение болтов, не имеющих на головке заводской маркировки временного сопротивления, клейма предприятия-изготовителя, условного обозначения номера плавки, а на болтах климатического исполнения XЛ (согласно ГОСТ 15150) — также и букв «ХЛ».

Каждая партия болтов, гаек и шайб должна быть снабжена сертификатом качества с указанием результатов механических приемо-сдаточных испытаний.

6.6 Перед установкой болты, гайки и шайбы должны быть расконсервированы, а резьба болтов и гаек, в том числе опорные поверхности гаек, смазаны. В качестве смазки допускается применение минеральных масел по ГОСТ Р 51634 или ГОСТ 10541. Нанесение смазки следует производить при комнатной температуре не позже чем за 8 ч до сборки соединений. Расконсервацию болтов, гаек и шайб и нанесение смазки на болты и гайки следует производить кипячением в воде (10 — 15 мин) с последующей промывкой в горячем состоянии в смеси, состоящей из 70 — 75% неэтилированного бензина и 30 — 25% минерального масла по ГОСТ 20799. Применяемое соотношение бензина и масла должно обеспечивать на поверхности болтов и гаек тонкий слой смазки. Срок хранения смазанных болтов и гаек не должен превышать более 10 сут. При большем сроке хранения производится повторная смазка болтов и гаек. В качестве смазки резьбы и опорных поверхностей гаек допускается применение твердых сортов парафина по ГОСТ 23683 или других эффективных видов смазки, с последующим установлением фактической величины коэффициента закручивания К_з, средняя величина которого должна составлять не более 0,2.

Установка в соединениях болтов и гаек, в том числе с металлическими покрытиями, без применения смазки не допускается, а также болтов с нарушенным покрытием, со следами ржавчины или при более 0,2 не допускается.

6.7 Заданное проектом натяжение болтов следует обеспечивать затяжкой гаек или вращением головок болтов до расчетного момента закручивания, либо поворотом гаек на определенный угол, либо другим способом, гарантирующим получение заданного усилия натяжения болтов.

Порядок натяжения должен исключать образование неплотностей в стягиваемых пакетах, контролируемых щупом толщиной 0,3 мм в соответствии с 6.14.

6.8 Динамометрические ключи, предназначенные для натяжения и контроля натяжения высокопрочных болтов, в том числе работающие в комплекте с ключами-мультипликаторами (редукторами крутящего момента), должны иметь паспорт с отметкой метрологической лаборатории о проведении поверки.

Тарировку динамометрических ключей следует производить на специальном стенде или с помощью контрольных грузов не реже одного раза в смену, а также после каждой замены контрольного прибора или ремонта ключа. Результаты тарировки должны быть занесены в «Журнал тарировки ключей». Редукция крутящего момента ключей-мультипликаторов проверяется после каждого ремонта, но не реже одного раза в год.

6.9 Расчетный момент закручивания M, H∙м (кгс∙м), необходимый для натяжения болтов, следует определять по формуле

где — среднее значение коэффициента закручивания для каждой партии болтов, принимаемое по результатам испытаний с помощью контрольных приборов, позволяющих одновременно фиксировать величину осевого усилия в стержне болта Р = (0,5 — 0,7) R_bunA_bn и приложенного к гайке крутящего момента М;

R_bun — наименьшее временное сопротивление болта разрыву, принимаемое по стандартам на применяемые болты, Н/мм 2 (кгс/мм 2 );

A_bn — площадь сечения болта «нетто» (по резьбе), мм 2 ;

P — расчетное осевое усилие натяжения болта, заданное в рабочих чертежах КМ, Н (кгс);

d — номинальный диаметр болта, м.

Результаты испытаний по установлению среднего значения коэффициента закручивания оформляются протоколом или актом.

6.10 Натяжение высокопрочных болтов М24 класса прочности 10.9 по углу поворота гайки следует производить в следующем порядке:

• затянуть все болты в соединении до отказа монтажным ключом с длиной рукоятки 0,6 — 0,7 м с усилием 294 — 343 Н (30 — 35 кгс∙м);
• проверить плотность стяжки щупом толщиной 0,3 мм в соответствии с 6.14;
• повернуть гайки болтов на угол 180° ± 30°.

Указанный метод применим для соединений с числом деталей в пакете до семи и толщине пакета от 40 до 140 мм. При других диаметрах болтов и толщинах пакетов угол поворота устанавливается экспериментально.

6.11 Под каждую головку болта и гайку должно быть установлено по одной высокопрочной шайбе с твердостью не менее 35 единиц HRC. При разности номинальных диаметров отверстий и болтов не более 4 мм допускается установка одной шайбы только под вращаемым элементом (головкой болта или гайкой).

6.12 Гайки, затянутые до расчетного крутящего момента в соответствии с 6.9 или поворотом на определенный угол, дополнительно ничем закреплять не следует.

6.13 После натяжения всех болтов в соединении старший рабочий-сборщик (бригадир) обязан в предусмотренном месте поставить клеймо (присвоенный ему номер или знак), результаты занести в «Журнал выполнения соединений на болтах с контролируемым натяжением» и предъявить соединение для контроля лицу, назначенному ответственным за выполнение этого вида соединений приказом по организации, производящей эти работы.

6.14 Независимо от способа натяжения болтов ответственное лицо в течение не более двух смен должно произвести наружный осмотр всех поставленных болтов и убедиться, что все болты соединения имеют установленную маркировку и одинаковую длину; под головки болтов и гайки поставлены шайбы; выступающие за пределы гаек части болтов имеют не менее одного витка резьбы с полным профилем над гайкой или двух витков резьбы под гайкой (внутри пакета); осевые усилия натяжения болтов соответствуют указанному в чертеже марки КМ; на собранном узле имеется клеймо бригады, выполнявшей эти работы, а результаты занесены в «Журнал выполнения соединений на болтах с контролируемым натяжением».

Натяжение болтов следует контролировать: при числе болтов в соединении до четырех — все болты, свыше четырех — 10%, но не менее трех в каждом соединении.

Фактический момент закручивания должен быть не менее расчетного значения, определенного по формуле, и не превышать его более чем на 15%. Отклонение угла поворота гайки допускается ±30 °.

При обнаружении хотя бы одного болта, не удовлетворяющего этим требованиям, контролю подлежит удвоенное число болтов. В случае обнаружения при повторной проверке одного болта с меньшим значением крутящего момента, или с меньшим углом поворота гайки, должны быть проконтролированы все болты соединения с доведением момента закручивания, или угла поворота гайки до требуемой величины.

Щуп толщиной 0,3 мм не должен проникать между деталями соединения в зону, ограниченную радиусом 1,3 d₀ от оси болта, где d₀ — номинальный диаметр отверстия, мм.

В случае отсутствия замечаний рядом с клеймом бригады должно быть установлено клеймо ответственного лица, а соединение предъявлено для приемки представителю технического надзора заказчика.

6.15 После контроля натяжения и приемки соединения представителем заказчика все наружные поверхности стыков, включая головки болтов, гайки и выступающие из них части резьбы болтов должны быть очищены, загрунтованы, окрашены, а щели в местах перепада толщин и зазоры в стыках зашпатлеваны. Огрунтовку и окраску стыков необходимо производить после приемки соединений ответственным лицом.

6.16 Все работы по натяжению и контролю натяжения следует регистрировать в журнале выполнения соединений на болтах с контролируемым натяжением.

6.17 Для фланцевых соединений необходимо применять высокопрочные болты из стали 40Х климатического исполнения XЛ. Все болты должны быть затянуты на усилия, указанные в рабочих чертежах КМ, вращением гайки до расчетного момента закручивания. Контролю натяжения подлежат 100% болтов.

Фактический момент закручивания должен быть не менее расчетного, определенного по формуле 4.1, и не превышать его более чем на 10%.

Зазоры между соприкасающимися плоскостями фланцев в местах расположения болтов не допускаются. Щуп толщиной 0,1 мм не должен проникать в зону радиусом 40 мм от оси болта.

Усилие затяжки болтов: расчет момента

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.

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

Требуемое осевое усилие болта

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%.

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

Низкоуглеродистая или среднеуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая или среднеуглеродистая сталь; полностью или частично отожженная

Низко- или среднеуглеродистая сталь; холодная обработка

Среднеуглеродистая сталь; закаленная

Среднеуглеродистая сталь; закаленная

Среднеуглеродистая сталь; закаленная

Легированная сталь; закаленная

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.

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

Затяжка резьбовых соединений

Технический уровень и качество крепёжных деталей и соединений, характеристики применяемого инструмента и правильный выбор метода затяжки разъёмного соединения имеют определяющее значение для обеспечения высоких технических характеристик машин, механизмов, строительных конструкций. Надёжность резьбовых соединений — это, в первую очередь, гарантия длительного сохранения усилия предварительной затяжки в период эксплуатации.

Силовые параметры резьбовых соединений. Надёжность крепежа

Основные силовые параметры резьбовых соединений для крепёжных деталей – минимальная разрушающая нагрузка и пробная нагрузка, которая для классов прочности болта 6.8 и выше составляет 74-79% от минимальной разрушающей нагрузки. Пробная нагрузка является контрольной величиной, которую стержневая крепёжная деталь должна выдержать при испытаниях.

Усилие предварительной затяжки (далее – усилие затяжки), на которое производится затяжка резьбового соединения, обычно принимается в пределах 75-80%, в отдельных случаях и 90%, от пробной нагрузки. При этом, в упруго напряжённых элементах крепежа проявляется механизм пластических деформаций, ведущий к убыванию напряжений во времени, и усилие затяжки соединения снижается без каких-либо дополнительных силовых воздействий.

В конструкторской документации указывается усилие предварительной затяжки, или соответствующее значение крутящего момента затяжки. Повреждения в резьбовых соединениях возникают, главным образом, из-за следующих факторов:

• неправильно подобранные компоненты соединения;
• недостаточное, или превышенное усилие затяжки;
• неравномерное распределение усилия затяжки.

Основные методы затяжки резьбовых соединений

• Приложение крутящего момента;
• Осевая вытяжка.

В России принят стандарт ОСТ 37.001.031-72 на затяжку резьбовых соединений металлических изделий с номинальными диаметрами резьбы от 6 до 24 см и устанавливающий максимальные и минимальные крутящие моменты затяжки крепежных резьбовых соединений в зависимости от размеров, класса прочности по ГОСТ 1759-70 и класса соединения.

Приказом Управления конструкторских и экспериментальных работ Министерства автомобильной промышленности СССР от «21» декабря 1973 г. № 9 срок введения установлен

с «1» июня 1975 г.

1. Настоящий отраслевой стандарт распространяется на затяжку резьбовых соединений металлических изделий с номинальными диаметрами резьбы от 6 до 24 им и устанавливает максимальные и минимальные крутящие моменты затяжки крепежных резьбовых соединений в зависимости от размеров, класса прочности по ГОСТ 1759-70 и класса соединения по ОСТ 37.001.031-72.

Стандарт не распространяется на затяжку соединений с винтами, самостопорящимися болтами и гайками.

2. Максимальный крутящий момент соединения, резьба которого не имеет покрытия и смазки и специально не обезжирена, а также соединений общего назначения и малоответственных (согласно ОСТ 37.001.031-72) при наличии покрытия, выбирается по таблице.

Примечание: Величины моментов для ответственных и особо ответственных соединений, указанные в таблице, могут быть скорректированы в зависимости от применяемых покрытий. В случае применения смазок при сборке величины моментов, указанные в таблице, должны быть уменьшены в зависимости от применяемых смазок*

Величина коррекции определяется экспериментально и, округляется до ближайшей величины по ОСТ 37.001.031-72.

3. По выбранному максимальному моменту затяжки резьбового соединения и классу соединения по таблице рядов крутящих моментов ОСТ 37.001.031-72 определяется минимальный момент затяжки.

Максимальные крутящие затяжки соединений*, кгс.м

Номинальный диаметр резьбы	Размер «под ключ» S головки, болта (гайки), мм	Шаг резьбы**, мм	Классы прочности по ГОСТ 1759-70
			Болт
			5.8	6.8	8.8	10.9	12.9
			Гайка
			4;5;6	5;6	6;8	8;10	10;12
6	10	1	0,5	0,8	1,0	1,25	1,6
8	12 — 14	1,25	1,6	1,8	2,5	3,6	4,0
10	14 — 17	1,25	3,2	3,6	5,6	7,0	9,0
12	17 — 19	1,25	5,6	6,2	10,0	12,5	16,0
14	19 — 22	1.5	8,0	10,0	16,0	20,0	25,0
16	22 — 24	1,5	11,0	14,0	22,0	32,0	36,0
18	24 — 27	1,5	16,0	20,0	32,0	44,0	50,0
20	27 — 30	1,5	22,0	28,0	50,0	62,0	70,0
22	30 — 32	1,5	28,0	36,0	62,0	80,0	90,0
24	32 — 36	1,5	36,0	44,0	80,0	100,0	—

*Величины моментов, указанные в таблице, действительны также при завинчивании болтов «в тело» при соблюдении рекомендаций по длине свинчивания по ГОСТ 11765-66 и ГОСТ 11766-66.

**При применении резьбовых соединений с крупным шагом момент затяжки назначается по этой же таблице. При применении резьбовых соединений с более мелким шагом момент определяется разработчиком конструкции.

4. Максимальные в минимальные крутящие моменты затяжки для крепежных резьбовых соединений:

• особо ответственных деталей;
• пакетов пружинящих деталей (рессоры и др.); а также деталей с амортизационными прокладками;
• работающих в специальных условиях нагрузки (регулировочные, стопорные и др.);
• деталей из цветных металлов и сплавов,
• деталей из других материалов (в том числе изоляционных);
• соединений трубопроводов и «полых» болтов;
• конусных деталей;

устанавливаются разработчиком конструкции на основании соответствующих расчетов и экспериментов, и не должны быть выше значений, выбранных по п.п. 2 и 3 настоящего стандарта.

Примечание. Допускается занижение величины крутящего момента в обоснованных случаях, когда применяется крепежная деталь (с целью унификации или сокращения номенклатуры) более прочная, чем требуется по условиям работы.

5. Величины максимального и минимального моментов затяжки для завинчивания шпильки «в тело» принимаются равными половине соответствующих моментов для затяжки болта (гайки), имеющего одинаковые размеры резьбы, покрытие и смазку.

6. В случае, если в чертеже или технических условиях не оговорены крутящие моменты затяжки, максимальный момент затяжки выбирается по таблице настоящего стандарта, а минимальный принимается для третьего класса соединения по ОСТ 37.001.031-72.

При этом в чертеже или технических условиях должна быть надпись: «Неуказанные нормы затяжки резьбовых соединений по ОСТ 37.001.050-73».

Примечание. Для резьб более М24 при отсутствии указаний о моменте затяжки принимаются моменты, установленные для резьбы М24.

Метод приложения крутящего момента

Наиболее распространенный метод затяжки резьбовых соединений. Он заключается в создании на гайке (болте) крутящего момента (момента силы), обеспечивающего необходимое усилие затяжки. Главное преимущество этого метода в том, что для его осуществления существует большая номенклатура профессионального инструмента с ручным, пневматическим, гидравлическим, электрическим приводом:

Если усилие затяжки мало, под действием изменяющейся нагрузки резьбовое соединение будет быстро повреждаться. Если усилие затяжки велико, процесс затяжки может привести к разрушению компонентов соединения. Следовательно, надежность резьбового соединения зависит от правильности выбора усилия затяжки и, соответственно, необходим постоянный контроль крутящего момента на гайке.

Крутящий момент косвенно характеризует величину усилия затяжки. Для правильно сконструированного соединения и при контроле крутящего момента, этот метод является удовлетворительным в большинстве случаев. В ответственных резьбовых соединениях необходимы прямые и более точные методы определения усилия затяжки, которые способствуют снижению величины отклонения предельного (остаточного) усилия затяжки от номинального. Эти методы основаны либо на непосредственном контроле усилия затяжки, либо на контроле угла поворота гайки, либо на измерении величины растяжения шпильки.

В конечном счете, самое важное — это усилие затяжки резьбового соединения.

В технической документации указывается требуемое усилие затяжки (кН). Однако, после нескольких циклов разборки и сборки соединений, при ремонте, после длительной эксплуатации произойдут неучтенные изменения в характеристиках резьбового соединения.

Требуемый момент затяжки конкретного соединения зависит от нескольких переменных:

1. коэффициент трения между гайкой и шпилькой;
2. коэффициент трения между поверхностью гайки и поверхностью соединяемой детали;
3. качество и геометрия резьбы, класс прочности болта.

Наибольшее значение имеет трение в резьбе между гайкой и шпилькой, а также гайкой и деталью. При практически сухом трении, грубой поверхности и усадке материала, потери на трение могут быть такими большими, что при затяжке на непосредственно напряжение соединения останется не более 10% момента. Остальные 90% уходят на преодоление сопротивления трения и усадку. Таким образом, хотя соединение будет считаться затянутым, таковым оно являться не будет. Система гайковерта будет показывать требуемый момент, но требуемое усилие затяжки соединения не будет достигнуто. При эксплуатации, на резьбовое соединение воздействуют нагрузки, вибрация, велик риск ослабления соединения и как результат — авария. Коэффициент трения можно снизить, используя масло, но не чрезмерно, т.к. при этом велика опасность превышения усилия затяжки, что может привести к разрушению шпильки.

При откручивании гаек требуется крутящий момент в 1,3-1,5 большей величины, чем при затяжке. Это объясняется коррозией резьбового соединения, взаимным проникновением материалов болта и гайки в зоне резьбы под действием длительной нагрузки. При откручивании прокорродированных и закрашенных соединений, часто требуется инструмент с моментом в 2 раза больше. В таких случаях лучше использовать специальные средства для разрушения продуктов коррозии. Это снизит трение, и, соответственно, силы, воздействующие на инструмент, продлевая его ресурс. В безнадежных ситуациях следует использовать специальный инструмент для удаления гайки – гайкорезы гидравлические.

Общее правило выбора крутящего момента инструмента с запасом, как минимум, 30%!