Материалы и классы прочности резьбовых деталей. Допускаемые напряжения

Материалы резьбовых деталей. При выборе материала резьбовых деталей учитывают величину и характер нагрузки (статическая, переменная), условия работы (температуру, возможность коррозии и др.), способ изготовления и объем производства деталей.

Стандартные крепежные резьбовые детали общего назначения изготовляют из низко- и среднеуглеродистых сталей марок Ст3, 10, 20, 35 и др. Эти стали в условиях массового производства позволяют изготовлять резьбовые детали методом холодной штамповки с последующей накаткой резьбы. Они хорошо обрабатываются резанием. Легированные стали марок 40Х, ЗОХГСА и др. применяют для весьма ответственных винтов, болтов, шпилек и гаек.

Для повышения коррозионной стойкости резьбовые изделия, подверженные действию воды или других окислительных сред, оксидируют, омедняют или оцинковывают. В некоторых случаях резьбовые детали изготовляют из неметаллических материалов (нейлон, полиамид и др.).

Классы прочности. В зависимости от механических характеристик материала стальные винты, болты и шпильки изготовляют 10 классов прочности, которые обозначают двумя числами, разделенными точкой: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9.

Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение временного сопротивления σ_B в Н/мм² материала резьбовой детали; произведение чисел, умноженное на 10, определяет предел текучести σ_Т в Н/мм² (для класса прочности 3.6 значения приблизительные).

При выборе класса прочности (табл. 3) для резьбовых деталей учитывают величину и характер нагрузки: например, класс прочности 4.6 рекомендуют для неответственных деталей; 5.6 — для деталей общего назначения; 6.8 — для деталей средней нагруженности, 12.9 — для деталей высокой нагруженности.

Таблица 3

Классы прочности и марки сталей для болтов, винтов, шпилек и гаек (выборка)

Класс прочности		Временное сопротивление σB, Н/мм^2	Предел текучести σТ, Н/мм^2	Марка стали
винт	гайка			винта	гайки
4.6 5.6 6.8 10.9	≤4 ≤5 ≤6 ≤10	400…550 500…700 600…800 1000…1200	240 300 480 900	20 30, 35 45, 40Г 40Х, 30ХГСА	Ст3 10 20, 35 16ХСН

 

Для стандартных стальных гаек высотой более 0,8 d установлено 7 классов прочности: 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12. Это число указывает наибольший класс прочности болта, с которым гайка может быть сопряжена в соединении. Например, гайка класса прочности 4 может быть в соединении только с болтами класса прочности не выше 4.8.

Допускаемые напряжения. Допускаемое напряжение  на растяжение при действии на резьбовое соединение постоянной нагрузки определяют

 

                                          ,                                           (1.11)

где ­­­­­­– предел текучести материала винта;

 – коэффициент запаса прочности (безопасности).

Коэффициент запаса прочности при расчете винтов с неконтролируемой затяжкой принимают по табл. 4 в зависимости от материала и диаметра резьбы d.

 

Таблица 4

Значения коэффициента  запаса прочности при расчете винтов с неконтролируемой затяжкой

Сталь	Значения коэффициента  при d, мм
	8…16	16…30	30…60
Углеродистая Легированная	5…4 6…5	4…2,5 5…3,3	2,5…1,6 3,3…3,0

Большие значения  для легированных сталей объясняются их хрупкостью, а для винтов малого диаметра – зависимостью от квалификации рабочего требуемой затяжки винтов (возможностью их разрушения). По этой причине для силовых соединений при неконтролируемой затяжке не применяют винты диаметром d меньше 8 мм.

При контролируемой затяжке (контроль осуществляют динамометрическими ключами, деформируемыми шайбами и др.) значение  не зависит от диаметра d резьбы. В этом случае для углеродистых сталей ; для легированных – .

Допускаемое напряжение при срезе резьбы стержня винта

 

.