Високоміцні болти, гвинти і шпильки при невеликих габаритах здатні забезпечити роз'ємне з'єднання, що не поступається по міцності зварному і переважає заклепувальне. Інтенсивно експлуатована техніка або масивні будівельні металоконструкції вимагають застосування високоміцного кріплення. Прагнення знизити витрати та використовувати у відповідальних вузлах кріплення низькоміцні деталі може призвести до швидкого руйнування конструкцій або виходу з ладу механізмів.

Перед впровадженням високоміцного кріплення в той чи інший проект проектувальники виробляють точний розрахунок болтових з'єднань з урахуванням силового навантаження на металовироби та їх характеристик міцності. На жаль, у вітчизняній промисловості обсяг використання високоміцних кріпильних виробів менший, ніж у розвинених зарубіжних країнах. Це пов'язано з відсутністю достатньої інформації про переваги та ефективність їх застосування, а також технічної літератури та довідкових даних для їх практичного використання.

Створення довготривалої витривалої техніки також неможливе без особливо міцного кріплення. На жаль, але факт, що наші автомобілі часто не витримують навіть гарантійного терміну експлуатації через кріпильні деталі низької міцності, чого не скажеш про автомобільний парк німецького, японського, французького, американського виробництва.

 

У чому відмінність високоміцного кріплення від звичайного?

 

 

Головна відмінність від металовиробів загального призначення полягає в особливих фізико-механічних властивостях високоміцного кріплення, які дають можливість сприймати більш важке навантаження. Наприклад, болт високого класу міцності 12.9 розірветься при навантаженні 1200 Н/мм², а аналогічний діаметром низького класу 4.8 – при 420 Н/мм², тобто при навантаженні в 2.7 рази менше.

 

Крім колосальної стійкості до підвищених навантажень, кріплення високого класу міцності дає ще цілий ряд переваг:

 

• Зниження металоємності виробів та конструкцій, при одночасному збереженні надійності кріпильних вузлів. Це досягається шляхом використання менших за розміром гвинтів, але розрахованих на вищі навантаження.

   

• Використання шпильок меншого діаметра спричиняє зменшення діаметра монтажних отворів і, як наслідок, підвищення міцності металоконструкцій, фланцевих з'єднань. Крім того, заміна звичайних металовиробів на більш міцні дозволяє скоротити кількість точок кріплення, знизивши тим самим витрати на кріплення.

• Можливість застосування у різних кліматичних умовах. Високоміцні болти північного виконання можуть експлуатуватися в умовах суворого клімату до -60°С (маркування ХЛ) або середніх холодних температур до -40°С (маркування У).

• Здатність сприймати постійні, змінні та особливі навантаження (рухливі, вібраційні, динамічні, сейсмічні).

• Можливість застосування в конструкціях, що експлуатуються у слабо-, середньо-, сильноагресивних середовищах з використанням захисних металевих або лакофарбових покриттів.

   

  Створення зсувостійких сполук. У звичайному болтовому з'єднанні при навантаженні на зсув відбувається зміщення елементів, що з'єднуються, рівне величині зазору між шпилькою і стінкою отвору. Високоміцний болткомплект дозволяє стягнути елементи з великим зусиллям, завдяки чому між ними виникає тертя, що виключає зсув. Така сполука називається фрикційною.

 

Переваги перед зварювальним з'єднанням:

 

• З'єднання на болтах знижують трудомісткість монтажу, дозволяють вести складання силами робітників невисокої кваліфікації, автоматизувати, механізувати складальний процес.

• Застосування високоміцних болтових з'єднань при монтажі металоконструкцій дозволяє використовувати елементи з сталей підвищеної міцності, що важко зварюються.

• Можливість візуального контролю цілісності монтажного з'єднання на болтах, тоді як у зварних швах можуть бути приховані дефекти.

 

Переваги перед заклепочним з'єднанням:

 

Сьогодні при зведенні металоконструкцій на зміну заклепкам прийшли високоміцні болткомплекти, які витриваліші змінним навантаженням за рахунок рівномірного розподілу напруги по перерізу болтового з'єднання. До того ж, на відміну від заклепок, вони можуть бути легко замінені у разі зносу, дають можливість складання/розбирання конструкції, можуть використовуватися багаторазово, що полегшують ремонт обладнання.

 

Високі класи міцності та їх розшифровка

 

 

 

Відповідно до міжнародної класифікації різьбових металовиробів, до високоміцних болтів, гвинтів, шпильок відносяться вироби, що мають цифрове маркування класів міцності 8.8, 9.8, 10.9, 12.9, а до надміцних - 14.9. Це найважливіша з характеристик, яка обов'язково враховується у будь-якому проекті. Чим вище ці значення, тим міцніше, витриваліше, якісніше і відповідно дорожче металовиробів.

 

Перша цифра вказує на граничне навантаження на розтяг, при якому кріплення розірветься. Ця величина називається межею міцності на розрив, визначається як одна сота від номінального тимчасового опору, що виражається в МПа або Н/мм².

 

• Наприклад, для болта 10.9 вона дорівнює: 10/0,01 = 1000 МПа (Н/мм²).

 

Друга цифра говорить нам про напругу, при якій кріплення незворотно деформується при згинанні, а називається цей параметр - межа плинності. Визначається множенням першої цифри на другу та на 10.

 

• Наприклад, для того ж болта 10.9 він дорівнює: 10х9х10 = 900 МПа (Н/мм2).

 

При розрахунку з'єднання для заданого навантаження значення межі плинності множать на коефіцієнт 1/2 або 1/3 для забезпечення 2-х або 3-кратного запасу міцності.

 

Стандарти на високоміцне кріплення та марки сталей

 

Кріпильні вироби класів від 8.8 до 14.9, включаючи болти для автомобільної промисловості, виготовляються із конструкційних середньовуглецевих сталей, легованих зміцнюючими добавками. Експлуатаційні властивості кріплення визначаються двома факторами:

 

 

Стандарти на високоміцне кріплення

Зусилля затягування високоміцних болтів

 

 

При встановленні БВП слід враховувати характер монтажного з'єднання: стійке до зсуву (фрикційне) або з несучими болтами. У першому випадку з'єднання затягується до необхідної (проектної) величини динамометричними ключами для забезпечення сил тертя між елементами, що з'єднуються.

Момент затягування - це зусилля, прикладене до гайки або головки гвинта і створює метиз контрольованого зусилля натягу. Розрахункові значення моменту закручування та зусилля попередньої затяжки болтів зведені у спеціальні довідкові таблиці.

 

 

Таблиця 3. Норми затягування болтів (коефіцієнт тертя 0,14)