КОРОТКИЙ И ДЛИННЫЙ БОЛТ

Если хочешь что-то спрятать — положи это на видное место (народная мудрость). Верно и обратное. Очень часто мы просто перестаем замечать то, что постоянно находится у нас прямо перед глазами.

Каждый день, ходя по производству, мы видим, но не замечаем десятки, а то и сотни резьбовых соединений. Каждое такое соединение — это потенциальный отказ оборудования. 

В США провели исследование и выяснили, что 30% отказов в автомобильной промышленности вызвано болтовыми соединениями. 

Но болтовые соединения есть везде. Давайте завтра пройдем по предприятию без всяких приборов, специальных заданий, чек-листов и просто будем смотреть и видеть гайки. Очень вероятно, что мы заметим «короткий болт» и предотвратим отказ, сбережем деньги и даже, может быть, предотвратим несчастный случай.

*****

Короткий болт — это термин, используемый для описания ситуации, когда болт установлен, а его резьба не выступает над уровнем гайки.

Для того, чтобы обеспечить полную прочность гайки, жизненно важно, чтобы резьба болта выступала через гайку. В противном случае возникает риск того, что произойдет срыв (зачистка) резьбы.

Часто рекомендуется, чтобы как минимум два шага резьбы болта выступали над уровнем гайки. 

Как правило, первые несколько шагов резьбы болта могут быть сформированы только частично из-за фаски и т.д. Гайка тоже имеет не полностью сформированные первые витки резьбы с каждой стороны. Даже если болт закручен вровень с гайкой, то в скрутке фактически будет использована только часть резьбы (примерно две трети высоты гайки). 

В системе крепежа HR по ГОСТ 32484.3-2013 (EN 14399-3:2005) "БОЛТОКОМПЛЕКТЫ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАТЯЖЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫЕ. Система HR - комплекты шестигранных болтов и гаек" предусмотрена высота гайки равной 0,85 от диаметра болта. Такая высота гайки приведет к тому, что при превышении усилия затяжки болта при монтаже произойдет разрушение болта (в системе HR), а не срыв резьбы. 

Когда болт ломается при затягивании, очевидно, что требуется его замена. Срыв (зачистка) резьбы, как правило, носит постепенный характер. Если может возникнуть режим срыва (зачистки) резьбы, то в эксплуатацию могут попасть соединения, которые частично уже вышли из строя, что может иметь катастрофические последствия. Следовательно, для достижения надежной конструкции необходимо избегать возможности повреждения (смятия, зачистки и пр.)  резьбы как с болта, так и с гайки.

При подборе гаек и болтов всегда необходимо следить за тем, чтобы тип и прочность гайки соответствовал типу и прочности болта. 

Таким образом, следует использовать гайку на всю высоту. Если вы хотите избежать срыва (зачистки) резьбы, то убедитесь, что резьба болта проходит через гайку и выходит из нее минимум на длину заходной части резьбы болта, это может быть один- три витка. Так же можно использовать правило выступающей части болта над гайкой до затяжки — она должна быть больше, чем  30% от диаметра болта.

Чтобы предотвратить ситуацию с коротким болтом, надо изначально выбрать по соответствующему стандарту болт с подходящей длиной. или проверить глухие отверстия на возможность использования данного болта. Подбор производится на основании расчета необходимой длины болта или глухого отверстия. 

Как рассчитать нужную длину болта, шпильки, винта?

РАСЧЕТ ДЛИНЫ БОЛТА, ВИНТА, ШПИЛЬКИ 

Если вы используете контргайку или метод затяжки вытягиванием болта/шпильки, учитывайте дополнительно толщину контргайки и необходимую высоту захвата вытягивающего инструмента.

1. Болтовое соединение (болтом и гайкой)

Расчет длины болта: ℓ ≥b1+b2+S+H+a+z, где:

•  b₁ и b₂ – толщины соединяемых деталей;
•  S – толщина шайбы; 
•  Н – высота гайки;
•  а – запас резьбы болта на выходе из гайки а=(1-2)Р;
•  z – высота фаски резьбового конца стержня по ГОСТ 12414 (z≈2Р). 

Расчетную длину сравнивают со стандартными длинами болтов и выбирают ближайшую большую к подсчитанной по соответствующим стандартам.

2. Шпилечное соединение

Расчет длины шпильки ℓ (длина шпильки без ввинчиваемого конца): ℓ= b₁+S+H+a+z 

Расчет длины шпильки: ℓ= b₁+b₂+ +b₃+2S+2H+2a+2z

ВВИНЧИВАНИЕ БОЛТА В БЛОК ИЛИ ПЛАСТИНУ С НАРЕЗАННОЙ РЕЗЬБОЙ

Длинный болт — это термин, используемый для описания ситуации, когда болт установлен в отверстие недостаточной глубины

В случаях, когда болт вставляется в пластину или блок с нарезанной в них резьбой, обычно бывает так, что материалы болта и блока будут иметь разную прочность. Если будут приняты критерии, согласно которым болт должен быть затянут с усилием, подходящим для его прочности, чтобы выдерживать разрыв при растяжении до того, как внутренняя резьба повредиться, требуемая длина зацепления резьбы может быть чрезмерной и может стать нереалистичной для материалов с низкой прочностью пластин/блоков. 

Допуски и погрешности шага между резьбами могут затруднить зацепление длинных резьб (резьбы с большой длиной свинчивания). Есть различные решения для  таких случаев, в частности — использование прочных резьбовых вставок в блок или пластину.  В случаях ввинчивания в блок или пластину всегда ориентируйтесь на силу затяжки, рекомендуемую изготовителем оборудования, а не на прочностные характеристики болта, шпильки, которые как правило дают возможность большего усилия затяжки.

При глухих отверстиях проверяйте их глубину и глубину нарезанной в них резьбовой части. Резьбовая часть должна превышать на два витка резьбы ввинчиваемую в них часть болта. Для уверенности что соединение сможет быть затянуто с нужным усилием  нужно проверить глухие отверстия на возможность использования данного болта в нём. 

1. Расчет длины резьбы и глубины сверления под резьбу в глухих резьбовых отверстиях

Расчет глубины сверления: L=ℓ₁+ℓ₂+ℓ₃ ,где:

• ℓ₁ – длина ввинчиваемого конца шпильки (винта, болта);
• ℓ₂ – запас резьбы (ℓ₂≈2Р), где Р — шаг резьбы; 
• ℓ₃ – недорез включает в себя длину сбега (ℓ₅) и недовода (ℓ₄) резьбы по ГОСТ 27148 [ℓ₃ ≈(1,5…4)Р].

 Длина резьбы ℓ=ℓ₁+ℓ₂ 

Для справки:
Рекомендуется длина ввинчиваемого резьбового конца ℓ₁  шпильки, болта, винта (d — диаметр болта):

• ℓ₁=d для резьбовых отверстий в стальных, бронзовых и латунных деталях с и деталях из титановых сплавов
• ℓ₁=1,25d для резьбовых отверстий в деталях из ковкого и серого чугуна, бронзы и легких сплавах.

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧЕТОВ

Задачу расчёта могу упростить многочисленные онлайн-калькуляторы.

РАСЧЕТ ДЛИНЫ БОЛТА — вот пример онлайн-калькулятора, позволяющего по основным параметрам соединения рассчитать минимальную требуемую длину болта. После расчета вам останется только по выбранному вами стандарту подобрать конкретный болт.

В этом калькуляторе используется формула:

L = hд + hш + hг + hр, где:

• L - длина болта в мм;
• hд - суммарная толщина скрепляемых деталей в мм;
• hш - толщина шайбы в мм;
• hг - высота гайки в мм;
• hр - запас резьбы (обычно минимум три шага резьбы).

Другой калькулятор Подбор длины высокопрочного болта в зависимости от толщины стягиваемого пакета | БАШМЕТИЗ уже побредет конкретный болт по стандарту высокопрочного болта ГОСТ Р 52646-2006 в зависимости от толщины стягиваемого пакета.

В этом калькуляторе используется формула: Длина болта = толщина пакета (толщина соединяемых деталей, пластин) + высота гаек + толщина шайб + выступающий конец

Будьте аккуратны, в подобных калькуляторах могут использовать уже отмененные стандарты. В калькуляторах, применяющих параметры, указанные в ГОСТах, проверяйте актуальность (действие) этих ГОСТов на сегодняшний день.

Раньше, в доинтернетную эпоху, использовали вот такие таблицы. Возможно в каких то условиях  они станут хорошей практикой.

Надеемся, что после изучения материалов этого урока ШКОЛЫ ТОИР 4.0 на вашем предприятии не будут наблюдаться такие картины :-)

В статье использованы материалы с сайта https://www.boltscience.com.