Резьбовое соединение — разъёмное соединение деталей машин при помощи винтовой или спиральной поверхности (резьбы). Это соединение наиболее распространено из-за его многочисленных достоинств. В простейшем случае для соединения необходимо закрутить две детали, имеющие резьбы с подходящими друг к другу параметрами. Для рассоединения (разьёма) необходимо произвести действия в обратном порядке.

В резьбовых соединениях используется метрическая и дюймовая резьба различных профилей в зависимости от технологических задач соединения.

• 1 Характеристики резьбовых соединений
• 2 Классификация резьбовых соединений
• 3 Механические свойства резьбового соединения
  • 3.1 Механические свойства болтов, крепёжных винтов и шпилек
  • 3.2 Механические свойства гаек
• 4 Стопорение резьбового соединения
  • 4.1 Контрование
  • 4.2 Шплинтование
  • 4.3 Вязка (обвязка) проволокой
  • 4.4 Установка пружинной шайбы
  • 4.5 Установка стопорной шайбы с лапкой или носком
  • 4.6 Приварка, пайка, расклёпывание, кернение
  • 4.7 Нанесение на резьбу клея, лаков, краски
  • 4.8 Использование гаек с некруглой резьбой
  • 4.9 Использование анкерных гаек

Характеристики резьбовых соединений

Достоинства:

• технологичность;
• взаимозаменяемость;
• универсальность;
• надёжность;
• массовость.

Недостатки:

• раскручивание (самоотвинчивание) при переменных нагрузках и без применения специальных устройств (средств).
• отверстия под крепёжные детали как резьбовые так и гладкие вызывают концентрацию напряжений.
• для уплотнения (герметизации) соединения необходимо использовать дополнительные технические решения.

Примечание: коническая резьба обладает свойством герметичности и самостопорения.

Классификация резьбовых соединений

• резьбовое соединение при непосредственном скручивании соединяемых деталей (резьба имеется на этих деталях);
• резьбовое соединение при помощи дополнительных соединительных деталей, например, болтов, шпилек, винтов, гаек и т.д;
  • болтовое соединение;
  • винтовое соединение;
  • шпилечное соединение.

Болтовое соединение

Винтовое соединение

Шпилечное соединение

Механические свойства резьбового соединения

Механические свойства болтов, крепёжных винтов и шпилек

Механические свойства болтов, крепёжных винтов и шпилек из углеродистых нелегированных и легированных сталей по ГОСТ Р 52627-2006 (ISO 898-1:1999) при нормальных условиях характеризуют 11 классов прочности: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9 ^[1]. Первое число умноженное на 100, определяет номинальное значение предела прочности на растяжение в ^Н/_мм², второе число (отделённое точкой от первого) умноженное на 10, — отношение предела текучести к номинальному пределу прочности на растяжение. Произведение этих чисел, умноженное на 10, определяет номинальный предел текучести в ^Н/_мм².

Механические свойства гаек

Гайки из углеродистых нелегированных и легированных сталей по ГОСТ Р 52628-2006 (ISO 898-2:1992, ISO 898-6:1994) разделяются по классу прочности (d — номинальный диаметр резьбы):

• 4; 5; 6; 8; 9; 10; 12 — для гаек с нормальной высотой, равной или более 0,8d и крупной резьбой;
• 5; 6; 8; 10; 12 — для гаек с нормальной высотой, равной или более 0,8d и мелкой резьбой;
• 04; 05 — для гаек с номинальной высотой от 0,5d до 0,8d.

Класс прочности для гаек с нормальной высотой указывает на наибольший класс прочности болтов, с которыми они могут создавать соединение, то есть на первую из цифр в обозначении класса прочности соответствующего болта.

Для гаек с номинальной высотой от 0,5d до 0,8d первая цифра «0» указывает на более низкую нагрузочную способность резьбового соединения с такой гайкой, а вторая цифра, умноженная на 100, соответствует номинальному напряжению от пробной нагрузки при испытаниях.

Таблица 1

Механические свойства и маркировка наиболее употребительного крепежа.

Класс прочности болта	Материал	Напряжение от пробной нагрузки	Предел текучести, не менее	Предел прочности на растяжение, не менее.	Маркировка болта	Маркировка гайки	Класс гайки[2]
По ГОСТ Р 52627-2006, ISO 898-1:1999
5.8	Низко или средне углеродистая сталь	380 МПa	420 МПа	520 МПа			5
8.8	Среднеуглеродистая сталь, закалённая и отпущенная	580 МПа	640 МПа, (условный предел текучести)	800 МПа			8
10.9	Углеродистая сталь с добавками. Легированная сталь	830 МПа	940 МПа, (условный предел текучести)	1040 МПа			10
По SAE J429[3]
2	Низко или средне углеродистая сталь	55 ksi[4]	57 ksi	74 ksi			2
5	Средне углеродистая сталь	85 ksi	92 ksi	120 ksi			5
8	Легированная сталь	120 ksi	130 ksi	150 ksi			8

Таблица 2

Стопорение резьбового соединения

Стопорение — предотвращение самоотвинчивания.

Несмотря на то, что резьба резьбового соединения имеет угол подъёма винтовой линии намного меньше, чем угол трения, вибрация, переменные нагрузки, нарушение технологии способствуют рассоединению (самоотвинчиванию) деталей резьбового соединения. Для предотвращения этого применяются специальные устройства (средства, методы) такие как:

• контрование;
• шплинтование;
• вязка (обвязка) проволокой;
• установка пружинной шайбы;
• установка стопорной шайбы с лапкой или носком;
• приварка, пайка, расклёпывание, кернение;
• нанесение на резьбу клея, лаков, краски;
• использование вязких элементов;
• использование гаек с некруглой резьбой;
• использование анкерных гаек.

Контрование

Создание дополнительного трения в резьбовом соединении при помощи контргайки. Дополнительно встречается и сочетание с другими способами, т.е. контргайку шплинтуют, обвязывают проволокой, кернят и т.д. Самый простой способ стопорения, недостатком является двукратный расход гаек против положеного.

Шплинтование

Применение деформируемого элемента — шплинта. Шплинт — стальная проволока полукруглого сечения, сложенная вдвое, пропускаемая через радиальное отверстие в резьбе и фиксирующая прорезные и корончатые гайки относительно болта.

Вязка (обвязка) проволокой

Фиксация крепёжных элементов (болтов, гаек) при помощи обвязки проволокой относительно неподвижных элементов конструкции или расположенных рядом однотипных крепёжных элементов.

Установка пружинной шайбы

Установка пружинной шайбы (так называемая шайба Гровера) под гайку или головку болта с созданием дополнительного натяжения в резьбе и предотвращеним вращения соединительных деталей. Стопорящее действие шайбы Гровера основано на снятии стружки острыми кромками шайбы с прилегающих к ней поверхностей при попытке отворачивания, что позволяет без всякого прокручивания гайки или болта, затянуть, либо расслабить резьбовое соединение.

Установка стопорной шайбы с лапкой или носком

Стопорение шестигранных болтов и гаек с помощью загибания специальных элементов шайбы.

Приварка, пайка, расклёпывание, кернение

Превращение резьбового соединения в условно разъёмное соединение, приваркой (пайкой) резьбы или гайки (головки болта) к конструкции или путём изменения профиля витка резьбы.

Нанесение на резьбу клея, лаков, краски

Фиксация происходит за счёт адгезии (прилипания, сцепливания) при затвердении (полимеризации) клея, лаков, краски.

Этот метод имеет такие достоинства, как быстрый, надёжный, защищает резьбу от внешних воздействий атмосферы. Недостатки: требуется очистить резьбу от грязи и масел перед нанесением на неё связуещего состава, низкая химическая стойкость против органических растворителей, кислот и щелочей, а также разрушение связующего элемента от воздействия температуры.

Использование гаек с некруглой резьбой

Это очень простой способ, заключающийся в том, что обычную шестигранную гайку слегка сминают ударом молотка, резьбовое отверстие становится эллиптическим и завинчивается со значительным усилием. При этом возможно повреждение антикоррозионного покрытия болта или шпильки.

Использование анкерных гаек

По сути метод похож на использование гаек с некруглой резьбой. Анкерные гайки имеют разрез с одной стороны вдоль оси. Отверстие в этом месте слегка сжато, разрезанные участки слегка пружинят и хорошо противостоят самопроизвольному отвинчиванию. Как правило, вторая сторона анкерных гаек имеет фланец, которым гайка крепится неразъёмным соединением (клёпкой или сваркой) с одной из соединяемых деталей.

Этот способ наиболее широко используется в авиации. Почти все лючки, съёмные панели на крыльях и фюзеляже привинчиваются винтами к анкерным гайкам. Винтовое соединение может использоваться многократно без ухудшения характеристик. Важным свойством является и то, что доступ к винтам возможен только с одной стороны, и другие способы стопорения резьбы неприменимы.