Болты (Bolt) являются наиболее распространенным типом крепежа. Эти крепежные элементы обычно используются для соединения двух компонентов без резьбы, или резьбы с одной стороны. Болт обычно крепится гайкой на другом конце. Иногда в одной из деталей имеется резьбовое отверстие для замены болта и минимизации количества компонентов.

Болт имеет наружную наружную резьбу на одном конце и шестигранную головку на другом.

Как выбрать болты, которые не подведут в самый ответственный момент

Наверняка вам интересно узнать, какая прочность метизов подойдет именно для ваших нужд. Давайте рассмотрим классы прочности болтов и их основные характеристики, чтобы сделать правильный выбор.

Оценкой прочности болтового соединения является минимальная разрушающая нагрузка, которая зависит от двух основных факторов: площади поперечного сечения стержня и класса прочности метиза.

Класс прочности болта определяет его способность выдерживать нагрузки. Имеется 11 классов прочности, от 3.6 до 12.9. При этом, чем выше класс прочности, тем более устойчив болт к различным видам нагрузок. Он также является более качественным, но его производство дороже, что повышает себестоимость готового продукта. Значение цифр маркировки класса прочности состоит из одной или двух цифр, обозначающих 1/100 от номинального предела прочности в мегапаскалях (МПа=Н/мм²). Второе число с правой стороны от точки равно умноженному на 10 отношению номинального значения предела текучести к номинальному значению предела прочности на растяжение (коэффициент предела текучести).

Низкопрочный болт класса 3.6 имеет следующие характеристики:

• предел прочности на растяжение = 3/0,01 = 300 МПа;
• предел текучести = (3/0,01)*(6*0,1)=300*0,6 = 180 МПа.

Для высокопрочного болта 12.9 порядок цифр гораздо выше:

• предел прочности на растяжение = 12/0,01 = 1200 МПа;
• предел текучести =" (12/0,01)*(9*0,1) = 1200*0,9 = 1080 МПа.

Именно предел текучести определяет пределы допустимых рабочих нагрузок болтов, после которых происходит разрушение метиза. Как видно из примера, болт класса 12.9. в 6 раз прочнее болта класса 3.6.

Класс прочности 4.8 и 5.8 широко применяется в различных отраслях для соединений с небольшими нагрузками.

Класс прочности 8.8 рекомендуется для использования в ответственных механизмах и конструкциях.

Класс прочности 10.9 и 12.9 позволяет использовать крепеж меньшего размера при одинаковых нагрузках, что позволяет сократить металлоемкость и снизить цену на 30-40%. Они находят неоценимое применение в механизмах, где часто требуется сборка и разборка, а также в грузоподъемных машинах и ответственных конструкциях.

Для облегчения выбора нужного размера и класса прочности крепежа, рекомендуется использовать систематизированные таблицы с значениями минимальной разрушающей нагрузки в килоньютонах и тоннах.

При проектировании резьбовых соединений необходимо достичь идеального баланса между прочностью, типоразмером и стоимостью крепежа. Установка излишне массивного или чрезмерно дорогого болта нецелесообразна, так как это приведет к увеличению веса или стоимости крепежного узла. Таким образом, таблица помогает выбрать крепеж, который сочетает в себе оптимальную устойчивость к разрушению, компактные размеры и разумную себестоимость.

Как использовать таблицу для выбора болта? Зная необходимые значения разрушающей нагрузки, которые будут действовать на крепеж и соединительный узел, можно легко подобрать подходящие варианты болтов для заданных нагрузок.

Например, если нужно поддержать нагрузку в 20 кН, доступны несколько подходящих вариантов болтов:

• 20,1 кН – M6 класса прочности 10.9;
• 23,1 кН – M7 класса прочности 8.8;
• 21,9 кН – M8 класса прочности 6.8;
• 23,2 кН – M10 класса прочности 4.6 и 4.8;
• 25,2 кН – M12 класса прочности 3.6.

Для болтовых стержней с диаметром резьбы M14 и выше разрушающая нагрузка достигается независимо от класса прочности.

Таблица "Разрушающие нагрузки для болтов" также может использоваться обратным образом, позволяя уточнять эксплуатационные возможности уже имеющихся болтов. Это осуществляется на основе информации в сопроводительной документации к крепежу или маркировке класса прочности на головке болта и фактическому диаметру резьбы стержня.

Расчет нагрузки на болт осуществляется в Ньютонах (Н), что примерно соответствует массе 0,1 кг. Таким образом, 1 кН (1000 Н) можно сравнить с массой 100 кг. Например, если в таблице для крепежного элемента с резьбой М12 и классом прочности 10.9 указана минимальная разрушающая нагрузка 84,3 кН, это означает, что данный крепеж способен выдержать статическую нагрузку до 8430 кг или 8,43 тонны.

Для обеспечения безопасности монтажа изделий необходимо соблюдать допустимую нагрузку. Значение предела текучести представляет собой максимально допустимую рабочую нагрузку болта, после превышения которой происходит необратимая деформация.

Например, болт с классом прочности 9.8 не подвергается необратимой деформации при приложении усилия до 720 Н/мм² (приблизительно 72 кг/мм²), что составляет примерно 80% от предела прочности. При расчетах нагрузки принято использовать 1/2 или 1/3 от предела текучести с двукратным или трехкратным запасом прочности соответственно.

Класс прочности гаек nut (hardware) определяется как минимальная предельная прочность болта, на который накручивается данная гайка, и который она способна выдерживать вплоть до минимальной предельной прочности. Гайки обозначаются числом, которое является 1/100 от номинального предела прочности болта в МПа, подходящего для данной гайки в резьбовом соединении. 

К примеру, гайка с классом прочности 8 подходит для болта 8.8, поскольку ее минимальная предельная прочность составляет 800 н/мм².

При правильной сборке конструкций с использованием болтов и гаек важно учитывать применение шайбы, которая устанавливается под головкой болта и под гайкой. Это позволяет значительно снизить напряжение в точках контакта с конструкцией и защитить элементы от деформации. Одновременно шайба обеспечивает равномерное распределение силы сжатия по поверхности вокруг закрепленного болта.

Для определения «класса прочности» шайб plain washer (or "flat washer") используется их твердость, которая может быть измерена различными методами, такими как Виккерса, Роквелла и Бринелля. 

Обычная плоская шайба DIN 125 имеет твердость 140 HV, а высокопрочная шайба EN 14399 - 300 HV. Согласно ГОСТ 11371, твердость плоских шайб класса точности А должна быть не менее 140 HV, а класса точности С - не менее 100 HV. 

Твердость пружинных шайб split washer or spring lock washer (шайб ГОСТ 6402, ASME B18.21.1, DIN 127 шайб Гровера) из стали составляет от 40 до 48 HRC, а гроверных шайб из бронзы - 90 HRB. Шайбы, используемые в соединении с высокопрочными болтами, должны иметь твердость в диапазоне от 35 до 45 единиц твердости HRC.

Размеры опорных поверхностей под шестигранные головки болтов и винтов, под шестигранные гайки с нормальным размером под ключ и под шайбы должны соответствовать указанным ГОСТ 12876.

Правильно затянутый болт немного удлиняется, но остается в пределах своей упругой деформации, не достигая критических пределов согласно ОСТ 37.001.050-73 «Натяжка резьбовых соединений. Нормы затяжки». Будучи под постоянным напряжением, он сохраняет уровень затяжки и проявляет устойчивость к усталостному разрушению. Для достижения точного момента затяжки используется динамометрический ключ, который при затягивании отображает прикладываемое усилие в аналоговом или цифровом формате.

В случае, если в чертеже или технических условиях по сборке 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».

Специальный крепеж всегда справиться с трудной задачей.

Специальный крепеж применяется в случаях, когда стандартные крепежные решения не удовлетворяют поставленные требования. Этот вид крепежа используется для решения сложных задач и обеспечения прочного крепления нестандартных деталей. В российском рынке подобные конструкции распространены и, зачастую, изготавливаются из высоколегированной стали, способной выдерживать критические нагрузки, и имеют узконаправленное использование.

К жаропрочному крепежу относятся болты, обладающие высокой устойчивостью к разрушению и деформации при высоких температурах. Чаще всего они используются для закрепления деталей в двигателях внутреннего сгорания, газовых и паровых турбинах, котлах, реактивных двигателях, атомных энергетических установках и других конструкциях.

Специальный крепеж находит широкое применение в отраслях, где предъявляются повышенные требования к качеству, надежности и долговечности крепежных изделий. Этот вид промышленного крепежа изготавливается из высокопрочных, жаропрочных, кислотоустойчивых и других специализированных видов стали, обладающих улучшенными физико-механическими характеристиками и способностью выдерживать большие механические нагрузки, высокое давление, экстремальные температуры и воздействие агрессивных сред. Эти специализированные крепежные изделия применяются в различных отраслях: для закрепления деталей газовых турбин, паровых котлов, установок нефте- и газоперерабатывающей промышленности, работающих под высоким давлением, а также для конструкций, таких как мосты, тоннели и другие, работающие в экстремальных условиях или подвергающиеся повышенным нагрузкам. Для заказа высококачественного специального крепежа с уникальными характеристиками, соответствующего требованиям стандартов DIN и ГОСТ, обычно разрабатываются отдельные технические чертежи.