Моменты затяжки метрических болтов

Момент затяжки — важный этап монтажа болта, когда требуется применить такое усилие при закручивании гайки, которое затянет соединение прочно, но без срыва резьбы.
Итак, главной задачей во время навинчивания гайки на болт является подбор адекватного усилия. А главной проблемой при этом становится срыв резьбы.

Порча болтового соединения может произойти по причине брака и дефектов. Например, резьбу срывает

• при несоответствии шага резьбы с нормативами,
• при несоосности по причине налипания на резьбу чужеродных субстанций,
• при неправильной длине зацепления,
• при повреждении зубцов,
• при хрупкости резьбы из-за незначительного содержания углерода в сплаве
• и в других случаях.

Вторая весьма значимая причина срыва резьбы — слишком большое усилие при завинчивании соединения. При этом может не только деформироваться резьба, но и разрушиться стержень болта. В связи с этим становится актуальным вопрос о подборе затягивающего усилия.

Для резьбового соединения с участием болта/винта/стержня в комплекте с гайкой существуют требования к моменту затяжки. Выбор усилия, прилагаемого для закручивания соединения, определяется пробной нагрузкой.
Пробная нагрузка соотносится с понятием предела текучести металла и достигает 86-95% по отношению к нему. Это значит, что при завинчивании соединения следует остановиться буквально в шаге от того напряжения, которое приведет к деформации резьбовой части метизов.

Какое максимальное напряжение надо создать при закручивании гайки, определяют многие параметры:

• материал метизов,
• класс прочности винта/болта,
• форма, длина, шаг резьбы,
• качество и материал прикрепляемых элементов,
• противокоррозийное покрытие резьбовой части,
• смазочный слой крепежа.

Итак, из-за совокупности многих критериев трудно рассчитать момент натяжения при закручивании соединения. Чаще всего мастера определяют момент затяжки опытным путем во время сборки. Однако существуют усредненные значения, на которые можно ориентироваться при первичном подходе и вносить корректировки, опираясь на реальные данные.
Усредненные значения момента затяжки представлены в таблицах.

Если болт был затянут не достаточно, во время эксплуатации соединение разболтается. Это может привести к порче узла или конструкции в целом.
Если болт затянут с чрезмерным усилием, это вызовет разрушение крепежа и отрицательно скажется на эксплуатации изделия.
Именно поэтому крайне важно подобрать оптимальное усилие для момента затяжки. От этого этапа монтажа будет зависеть прочность и надежность соединения.

Вращательными движениями гайка продвигается по стержню болта вверх за счет резьбовых бороздок.
При этом шляпка болта прижимает одну рабочую поверхность сверху, а гайка — вторую поверхность снизу. За счет крутящего момента гайка максимально приближается к шляпке болта и фиксирует конструкцию.
На данном этапе возникает нагрузка на растяжение. Материал болта испытывает сопротивление, заставляющее его растягиваться, и вместе с тем металл болта сжимает элементы узла. Создается напряжение между крепежом и закрепляемыми плоскостями — предварительный натяг.
Ответственные соединения, которые выполняют важную роль в конструкции изделия, должны выполняться с учетом натяга и закрепляться до установленного крутящего момента.
При оптимальном монтаже болтового соединения стержень болта растягивается в пределах нормы, оставаясь в рамках упругой деформации. Болт находится под непрерывным напряжением и при этом устойчив к усталостному разрушению.
Если болт затягивают с применением излишних усилий, его растяжимость выходит за рамки упругой деформации. Это значит, что стержень и шляпка болта удлиняются настолько, что начинают разрушаться. Соответственно резьбовое соединение выходит из строя.
Если болт затягивается слабо, между закрепляемыми плоскостями и крепежом возникает люфт. В процессе эксплуатации готовой конструкции люфт может увеличиваться, подвергаясь вибрации и другим механическим нагрузкам. Таким образом резьбовое соединение развинчивается, узел расшатывается, что приводит к поломке изделия. В данной ситуации изначально не возникло необходимого натяга между крепежом и деталями.
Итак, с помощью крутящего момента требуется создать оптимальное напряжение в соединении «болт + гайка», чтобы узел выдерживал натяжение без деформации и порчи. Данное усилие измеряется в Ньютон-метрах (сокращенно N·m).
Для определения момента затяжки сначала экспериментально узнают пробную нагрузку крепежа. Затем прикладывают 80% усилий от пробной нагрузки, чтобы создать оптимальный момент затяжки.

Предварительный натяг продлевает срок службы резьбовому соединению, так как помогает распределить эксплуатационную нагрузку на конструкцию.
Если узел установлен грамотно, с применением предварительного натяга, то болт во время эксплуатации не испытывает полную нагрузку, получаемую из вне. В этом случае нагрузка перераспределяется на закрепляемые поверхности.
Однако в случае закрепления болта без предварительного натяга сила нагрузки, поступающая в область узла, полностью ложится на болт и может его быстро вывести из строя.
Этот принцип актуален, если внешняя рабочая нагрузка меньше предварительного натяга, которым нагрузили болт. В том случае, если сила из вне больше, чем напряжение в узловом соединении, болт будет испытывать совокупность применяемых к нему натяжений.

Во время закручивания резьбового узла мастера вынуждены преодолевать силу трения. Если поверхность крепежа сухая, а металл грубой обработки, то на такое преодоление может уходить до 90% усилий и только 10% - на момент затяжки.
Но когда крепеж обработан специальной смазкой, сила трения уменьшается и крутящий момент происходит с наименьшими усилиями. Смазочные материалы в разной степени влияют на силу трения резьбового соединения. Коэффициент трения указан изготовителем в сопроводительной документации к смазке. В зависимости от потребности можно выбрать ту или иную смазку для улучшения крутящего момента.
Помимо борьбы с трением, замазка предохраняет крепеж от излишнего растяжения и разрушения во время монтажа, а также делает крепеж более долговечным.
Коэффициент трения способна уменьшить не только смазка, но и покрытие металла цинком. Оцинкованный резьбовой крепеж закручивается легче, без лишнего сопротивления.

Итак, расчет момента затяжки зависит от многих критериев, часто определяется опытным путем и таблицы служат лишь приблизительным расчетом силы натяжения резьбы.
Данная работа требует точности, которую невозможно определить на глазок. Чтобы осуществить монтаж болта с конкретным моментом силы, требуется специальный инструмент, измеряющий момент стяжки. Таким инструментом является ключ с встроенным динамометром.
Динамометрический ключ обеспечивает точную затяжку крепежа с заданными параметрами. Стоит учитывать, что подобный инструмент может давать погрешность. Обычно допустимое отклонение прописывается производителем в инструкции к товару. Обращайте на эти данные внимание при монтаже.
Вместе с тем, как вы решите купить метрический крепеж, подберите под него специальный инструмент с динамометром.

Не стоит забывать о том, что болтовой узел — разъемное соединение. Это удобно при необходимости демонтажа, ремонта или реорганизации конструкции. Однако при длительной эксплуатации резьбового соединения в условиях механических, вибрационных, температурных, коррозийных и иных нагрузок — узел теряет свою прочность со временем, даже если он был установлен с оптимальным моментом затяжки.
Поэтому следует периодически проводить ревизию резьбовых узлов и корректировать их натяжение с помощью динамометрических ключей. Тогда резьбовое соединение увеличит свой срок службы.