Винтовое соединение: стандарты, размеры, правила выбора

Винтовое соединение может выполняться с помощью крепежных или установочных винтов. При этом они позволяют создать как неподвижное соединение, так и позволяющее перемещать детали относительно друг друга. Изобретение этого вида крепления позволило делать разборные конструкции, в которых удобно заменять детали.

Чтобы статичное соединение сохранило свою надежность, используют контровку при помощи контргайки или, например, пружинной шайбы. Если нагрузки на соединение незначительные, для получения прочности достаточно закрасить головку винта быстросохнущей краской. О том, как выполнить винтовое соединение и какие виды винтов бывают, читайте в нашем материале.

История появления винтового соединения

Археологические находки говорят о том, что винт был изобретен не менее пяти тысячелетий назад. Такие детали находят на территории Китая и Месопотамии, преимущества винтового соединения успели оценить народы, населявшие Америку до прихода европейцев.

Изначально винт в виде деревянных валов с резьбой получил применение не как крепежный элемент, а в качестве устройств, преобразующих вращательное движение в возвратно-поступательное для перекачки воды. Особенно широко подобные крепежные детали применяли в античном мире для отжима оливкового масла. Винт или шнек, названный позже в честь великого Архимеда, помогал земледельцам орошать поля за сотни лет до нашей эры.

До XV века винт был предметом штучного производства, которое требовало кропотливого труда и больших затрат времени. Резьба по примитивным шаблонам и как любой продукт ручного труда стоила больших денег, что мешало деталям получить широкое распространение. Изобретение унифицированных головок и резьбы, а также копира для изготовления винтов принадлежит самому Леонардо да Винчи. Разработанное им устройство было предшественником токарных станков, на которых производят метизы в наши дни.

В привычном для нас виде винт с шестигранной головкой начали использовать между XV и XVI веками. Но только в начале XVIII века, когда Европа переживала промышленный бум, винты стали производить массово. Развитие производства привело к первым попыткам стандартизировать шаг резьбы, головки и шлицы резьбовых крепежных элементов.

Применение винтовых соединений

Разнообразие видов и типоразмеров резьбовых метизов подразумевает их применение в:

• штучном, мелкосерийном и серийном производстве широкого ассортимента сборных конструкций;
• машино-, станко- и приборостроении;
• различных электромонтажных работах;
• сборке ответственных конструкций, предназначенных для эксплуатации, связанной с интенсивными вибрационными, статическими и динамическими нагрузками.

К помощи винтового соединения часто прибегают, когда необходимо исключить взаимного движения деталей или закрепить их на определенной дистанции. Нередко такой крепеж нужен, чтобы элементы какого-либо агрегата были прижаты друг к другу с определенной силой или сдвигались с точно регулируемой амплитудой.

Преимущество винтовых соединений состоит в:

1. высокой надежности;
2. возможности контроля силы сжатия;
3. точности взаимной фиксации элементов;
4. возможности сборки и разборки конструкций и агрегатов при помощи стандартного набора инструментов;
5. разнообразия конфигурации, типоразмеров, форм головки и шлица;
6. относительно небольшом весе и размере метизов.

Различия винта, болта и шурупа

Часто можно услышать, как любое резьбовое винтовое соединение называют винтом или болтом, не вникая в их различия. На самом деле, хотя эти крепежные элементы объединяет цилиндрическая форма, наличие головки и резьбы, они выполняют совершенно разные функции и заметно отличаются внешним видом. Особенно существенна разница между винтами и шурупами.

Если у первых стержень всегда цилиндрической формы, то у вторых он имеет форму конуса. Все винты, за исключением самонарезающих, вкручиваются в заранее подготовленные резьбовые отверстия или крепятся при помощи гаек. Шурупы, как правило, рассчитаны на нарезание резьбы по мере закручивания.

Различия между винтами и болтами менее очевидны:

1. Головки болтов рассчитаны на монтаж с помощью гаечного ключа. Болт фиксируется гайкой, которая накручивается на его концевую часть.
2. Винты предназначены для вкручивания в соответствующие отверстия деталей, имеющих внутреннюю резьбу;
3. Головки болтов выступают наружу, тогда как у винтов они чаще всего прячутся в специальных углублениях;
4. Конструкция болтов предполагает работу на сдвиг, а строение винтов – на нагрузку по осям стержней (сжатие или разрыв);
5. Стержни винтов могут поворачиваться в монтажном отверстии, а болты неподвижны.
6. Болты снабжены резьбой на всю длину стержней. Винты могут иметь резьбу только на нужном отрезке.

Стандарты винтов

Крепежный винт – только частный случай, так как существуют и другие виды металлических изделий, регулировочные, к примеру. Элементы для крепежа могут иметь как различные форму и размеры головки, так и шаг резьбы. У болтов головки обязательно имеют форму шестигранника, тогда как для винтов такая головка всего лишь один из возможных случаев.

Головка метиза может быть:

• плоской;
• круглой;
• выпуклой;
• потайной;
• полупотайной;
• грибовидной.

Форма головок зависит от предназначения крепежного элемента. Головки впотай применяют, когда они не должны выдаваться над поверхностью изделия. Для того чтобы утопить коническую головку, на корпусе детали готовится соответствующее углубление. Головки потайных винтов снабжают гнездом под торцевой шестигранный инструмент либо шлицем.

Плоские прямые головки предназначены для затягивания накидным или рожковым гаечным ключом. Такой вариант оптимален, когда выступающая над поверхностью корпуса головка не мешает работе механизма и не портит внешнего вида изделия. Плюсы заключаются в свободном доступе к головке метиза и удобстве работы.

Верхняя часть полупотайных головок скруглена, что позволяет применять для закручивания насадки разного диаметра. Здесь также возможны разные варианты шлицев и гнезд. Нередко головку скрывают специальной заглушкой.

Установочные винты используют для сборки механизмов и узлов, когда требуется высокая точность.

Концевая часть метизов может быть:

• конической;
• в виде цилиндрического выступа;
• засверленной (внутренний конус);
• ступенчатой (внешний конус);
• ступенчатой (полусферический наконечник).

Широко распространенные мебельные винты чаще всего имеют полукруглые головки со шлицами или гнездами под шестигранный (звездчатый) ключ. Головки специальных крепежных элементов могут быть заменены крюками, петлями, спиральными кольцами, барашками или Г-образным стержнем.

Размеры винтов по стандартам ГОСТ, ОСТ, DIN и ISO

Форма, типоразмеры, шаг и вид резьбы для всех разновидностей современных крепежных элементов подчиняются соответствующим государственным и международным стандартам. Каждое винтовое соединение регламентируется нормами ГОСТ, которые также соотносятся с нормами по DIN и ISO. Это необходимо для использования отечественных метизов при монтаже или ремонте механизмов и конструкций зарубежных производителей.

Маркировка крепежных элементов содержит два цифровых индекса, один из которых соответствует диаметру стержня, а другой его длине. Для потайных винтов указывают общую длину с головкой, для остальных цифра в маркировке соответствует длине стержня.

Рассмотрим маркировку метизов на примере болта А3М12х1,50LH-4gx80.66. С. 097:

• Первой буквой здесь обозначен один из трех (А, В и С) классов точности.
• Далее идет цифровое обозначение типа исполнения изделия. Всего их четыре, но  тип 1 не принято указывать при маркировке.
• Буква М в маркировке метизов означает метрическую резьбу (также это могут быть буквенные обозначения К – конусовидная и Тр – трапециевидная).
• Числом 12 здесь обозначен диаметр стержня в миллиметрах.
• 1,50 – это шаг, который принято указывать только для нестандартной резьбы.
• Латинскими буквами LH обозначена левая резьба (если она стандартная, указывать это в маркировке необязательно).
• Обозначение 4g относится к классу точности резьбы.
• Число 80 – это длина стержня в миллиметрах.
• Число 66 характеризует прочность изделия и отделяется точкой.
• Буква С обозначает спокойную сталь (буквой А маркируют автоматную сталь).
• Цифры 097 – это маркировка покрытия изделия, где 9 – цинк, а 7 – толщина слоя в микрометрах.

Размеры винтов различных классов:

М3х6 (6х20) – винты, применяемые для крепления деталей из любых металлов и твердых сортов пластика. Длина стержня: 6–20 мм. Под такие метизы требуется высверливать отверстия соответствующего диаметра с внутренней резьбой или накручивать гайки для повышения прочности крепления.

М3х10 – широко применяемый в различных областях промышленного производства типоразмер. Часто не имеет альтернатив при проведении строительных работ.

М4х10, М4х16, М4х20 – на изготовление этих метизов идет углеродистая сталь. Поверхность защищена цинковым покрытием.

М5х8, М5х10, М5х20 – нашли широкое применение в различных сборочных и монтажных работах. Могут закручиваться в анкеры или дюбели. При креплении деталей этими элементами необходимо использовать шайбу.

М6х10, М6х12, М6х16, М6х20, М6х25, М6х30 – популярные типоразмеры, применяемые в самых различных областях. Также допустимо применение анкеров или дюбелей. Можно использовать с шайбами и гайками.

М8х25, как и М8х45 – используются для крепления тяжелых и крупных элементов или в ответственных конструкциях.

Особенности сборки винтовых соединений

Работа с шестигранными метизами

Поскольку демонтаж элементов с внутренним шестигранником требует применения соответствующего ключа, такие метизы широко применяются в качестве антивандальных крепежных элементов.

Шестигранное гнездо дает возможность приложения большого усилия при закручивании. Также такие головки обеспечивают продолжительный срок эксплуатации, так как в отличие от шлицев шестигранное гнездо значительно сложнее повредить при монтаже. Этот тип головок хорошо зарекомендовал себя при эксплуатации конструкций, которые необходимо часто разбирать и собирать, проводя, к примеру, их плановое обслуживание.

Возможность затяжки креплений со значительным усилием делает такие элементы незаменимыми в ответственных конструкциях, эксплуатация которых связана с серьезными вибрационными и/или динамическими нагрузками.

Работа с TORX-винтами

Метизы с внутренним звездчатым гнездом на головке выполняют из нержавеющих сортов стали. Эти элементы получили широкое распространение в таких сферах, как машино- и приборостроение. Конфигурация гнезда позволяет прилагать при монтаже значительный крутящий момент, не рискуя повредить головку метиза или рабочую часть инструмента.

При монтаже крепежей с TORX-головками в шуруповерт устанавливают звездчатую биту и используют импульсный режим, который ускоряет закручивание. Главные достоинства винтовых соединений с внутренним звездчатым гнездом в том, что они позволяют производить установку крепежей с высокой точностью и надежностью фиксации.

Работа со шлицевыми метизами

Прямыми и крестовидными шлицами снабжаются головки круглой, полукруглой, квадратной и конусовидной (у потайных головок) формы. Винты со шлицевыми головками получили широкое распространение в строительстве, при сборке различных конструкций и ремонтных работах. Благодаря тому, что резьбой может быть снабжено до 100 мм длины стержня, эти элементы пригодны для соединения деталей большой толщины.

Правила выбора хороших винтов

Подбор метизов для монтажа и ремонта требует учета ряда параметров. От правильного выбора зависят как эксплуатационные качества будущей конструкции, так и срок службы инструмента. Важно определиться с:

• назначением крепежа;
• условиями предстоящей эксплуатации;
• необходимыми параметрами надежности и долговечности соединений;
• интенсивностью возможных статических и динамических нагрузок.

Нужно предусмотреть доступ к метизам для их демонтажа и оценить защищенность соединений от повреждающего воздействия внешней среды.

Каталоги компаний, специализирующихся на продаже крепежа, дают возможность выбрать нужные изделия из огромного выбора метизов, которые предлагает современный рынок. Для того чтобы сориентироваться в ассортименте и подобрать оптимальные изделия для монтажа, строительства или ремонта, оформить заявку и организовать доставку метизов, следует обращаться за помощью к квалифицированным консультантам.