Таблица весов и классов прочности болтов: Все, что нужно знать

Теоретический вес болтов, включая болты с гайками и без них, можно рассчитать с помощью сегментного подхода.

Диаграмма теоретического веса болтов

Как определить степень прочности болтов

Обычные болты делятся на класс A, класс B (очищенные болты) и класс C (черновые болты).

Для болтов классов A и B используется сталь марок 5,6 и 8,8, а для болтов класса C - сталь марок 4,6 и 4,8. Высокопрочные болты изготавливаются из стали классов 8.8 и 10.9. Например, в классе 10.9 цифра 10 означает предел прочности на растяжение. стальной материал fu=1000 Н/мм², а 0,9 означает, что предел текучести стального материала равен fy=0,9fu. Другие модели следуют этому соглашению. Для анкерных болтов используется Q235 или сталь Q345.

Болты классов А и В (рафинированные болты) изготавливаются из заготовок, прокатываемых в форме. Поверхность стержня болта гладкая, размеры точные, а отверстия под болты сверлятся с помощью штампа или сначала пробиваются на отдельных деталях с меньшим отверстием, а затем рассверливаются до проектного диаметра на собранных компонентах (так называемые отверстия класса I). Зазор между диаметром болта и отверстием очень мал, всего около 0,3 мм, что требует аккуратного забивания при установке для обеспечения прочности на сдвиг и растяжение.

Однако производство и установка болтов классов А и В (рафинированных болтов) трудоемки и дороги. В стальных конструкциях они используются только в важных монтажных узлах или в болтовых соединениях, которые испытывают как сдвиговые, так и растягивающие нагрузки от динамических усилий.

Болты класса С (черновые болты) изготавливаются методом прессования круглой стали. Их поверхность более шероховатая, а размеры менее точные. Отверстия под болты пробиваются за один проход или сверлятся без матрицы (отверстия класса II), а диаметр отверстия на 1-2 мм больше диаметра болта. Это приводит к значительной деформации при сдвиге, и отдельные болты могут соприкасаться со стенкой отверстия и испытывать чрезмерные внутренние усилия, приводящие к раннему разрушению.

Благодаря простоте и дешевизне производства болты класса С (черновые болты) широко используются в различных проектах стальных конструкций, особенно подходят для соединений, испытывающих растягивающие усилия вдоль оси болта, разъемных соединений и временных крепежных элементов.

В соединениях со значительными сдвигающими усилиями для восприятия сдвигающих усилий используются опоры или другие конструктивные меры, позволяющие болту использовать свои преимущества в прочности на растяжение.

Болты класса C также могут использоваться во вторичных соединениях, подверженных статическим или косвенным динамическим нагрузкам, в качестве сдвиговых соединений.

Высокопрочные болты из нержавеющей стали

Высокопрочные болты из нержавеющей стали обладают высокой прочностью и устойчивостью к коррозии под воздействием воздуха, пара, воды и других слабых агрессивных сред, а также кислот, щелочей и солей. Они не подвержены коррозии, точечной коррозии, ржавлению и износу.

Нержавеющая сталь также относится к самым прочным материалам, используемым в строительстве. Благодаря отличной коррозионной стойкости она обеспечивает постоянную целостность структурных компонентов инженерных конструкций.

Стальная конструкция соединительный болт Оценки успеваемости делятся на более чем десять классов, включая 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9.

Болты класса 8.8 и выше изготавливаются из низкоуглеродистой стали. легированная сталь или среднеуглеродистой стали и подвергаются термической обработке (закалка, отпуск), обычно называются высокопрочными болтами, а остальные - обычными.

Маркировка класса исполнения болтов состоит из двух чисел, обозначающих номинальный предел прочности на растяжение и коэффициент текучести материал болта.

Высокопрочные болты изготавливаются из высокопрочной стали, или болты, требующие значительного усилия предварительного натяжения. Они широко используются в мостах, на железных дорогах, в соединениях оборудования высокого и сверхвысокого давления. Такие болты часто выходят из строя из-за хрупкого разрушения.

Высокопрочные болты, используемые в оборудовании сверхвысокого давления, должны испытывать значительное предварительное напряжение для обеспечения герметичности контейнера.

Несколько понятий о высокопрочных болтах: 1. Болты с классом прочности выше 8,8 называются высокопрочными болтами. В текущем национальном стандарте указаны только болты до M39, а для более крупных размеров, особенно длиной более 10~15% раз больше диаметра, отечественное производство все еще ограничено.

Разница между высокопрочными и обычными болтами

Высокопрочные болты отличаются от обычных тем, что могут выдерживать большие нагрузки, чем стандартные болты той же спецификации. Обычные болты изготавливаются из стали Q235 (A3). Высокопрочные болты изготавливаются из стали 35# или других высококачественных материалов и подвергаются термической обработке для повышения прочности. Основное различие заключается в прочности материала.

С точки зрения сырья, высокопрочные болты изготавливаются из высокопрочных материалов. Винт, гайка и шайба высокопрочного болта изготавливаются из высокопрочной стали, обычно с использованием стали 45#, 40 бористой стали, 20 марганца титан бористая сталь, 35CrMoA и т.д. Обычные болты обычно изготавливаются из стали Q235 (эквивалент бывшей A3).

По классу прочности высокопрочные болты, которые находят все большее применение, обычно бывают 8.8s и 10.9s, причем 10.9 встречается чаще. Обычные болты имеют более низкие классы прочности, как правило, 4.4, 4.8, 5.6 и 8.8.

Что касается характеристик несущей силы, высокопрочные болты прикладывают предварительное натяжение и передают внешние силы через трение. В обычных болтовых соединениях для передачи сдвигающих усилий используется сопротивление стержня болта на сдвиг и давление на стенки отверстия. Предварительное натяжение, возникающее при затягивании гайки, минимально и может считаться незначительным.

В отличие от них, высокопрочные болты, помимо высокой прочности материала, применяются со значительным предварительным натяжением, создавая сжимающее усилие между соединяемыми деталями. Это приводит к значительному трению в направлении, перпендикулярном оси болта. Предварительное натяжение, коэффициент сопротивления скольжению и тип стали материала напрямую влияют на несущую способность высокопрочных болтов.

По силовым характеристикам они делятся на подшипниковые и фрикционные. Оба типа имеют разные методы расчета. Наименьшим стандартом для высокопрочных болтов является M12, широко используемые размеры варьируются от M16 до M30, а характеристики сверхбольших болтов нестабильны и требуют тщательного подхода при проектировании.

Разница между соединениями типа трения и типа подшипника в высокопрочных болтах:

Высокопрочные болтовые соединения плотно прижимают соединяемые пластины за счет значительного усилия предварительного натяжения в стержне болта, создавая значительное трение, что повышает общую целостность и жесткость соединения. При воздействии сдвигающих усилий их можно разделить на высокопрочные болтовые соединения фрикционного и подшипникового типа, принципиально различающиеся по предельным состояниям.

Несмотря на одинаковый тип болтов, методы их расчета, требования и области применения существенно различаются. При расчете на сдвиг предельным состоянием для высокопрочных болтовых соединений фрикционного типа является максимально возможная сила трения, обеспечиваемая силой затяжки болтов между контактными поверхностями пластин, при этом внешняя сила сдвига не должна превышать эту максимальную силу трения в течение всего периода эксплуатации.

Пластины не подвергаются относительной деформации скольжения (сохраняется первоначальный зазор между стержнем болта и отверстием), а на соединенные пластины действуют упругие силы как единое целое. В высокопрочных болтовых соединениях подшипникового типа внешняя сдвигающая сила может превышать максимальную силу трения, вызывая относительную деформацию скольжения между соединенными пластинами до контакта стержня болта со стенкой отверстия.

В дальнейшем соединение передает усилия за счет сдвига стержня болта, давления на стенку отверстия и трения между поверхностями пластин, при этом конечным разрушением соединения на сдвиг является либо сдвиг стержня болта, либо давление на стенку отверстия.

В целом, высокопрочные болты фрикционного и подшипникового типа - это, по сути, одни и те же болты, различающиеся только тем, учитывается ли при проектировании проскальзывание. Высокопрочные болты фрикционного типа не должны проскальзывать; они не воспринимают сдвигающие усилия, и любое проскальзывание считается неудачей конструкции, что является технически зрелым подходом. Высокопрочные болты подшипникового типа могут проскальзывать, а также воспринимать сдвигающие усилия, при этом конечное разрушение аналогично разрушению обычных болтов (либо сдвиг болта, либо сжатие стальная пластина).

С точки зрения использования: Для болтовых соединений основных конструктивных элементов зданий обычно используются высокопрочные болты. Обычные болты можно использовать повторно, в то время как высокопрочные болты - нет, и они обычно используются для неразъемных соединений.

Высокопрочные болты - это болты с предварительным напряжением. При использовании в системах трения заданное предварительное натяжение прикладывается с помощью динамометрического ключа, а при использовании в системах подшипников шлиц срезается. Обычные болты, обладающие меньшей прочностью на сдвиг, могут использоваться в менее ответственных местах конструкции и требуют только затяжки. Обычные болты обычно имеют марки 4.4, 4.8, 5.6 и 8.8. Высокопрочные болты обычно имеют марки 8.8 и 10.9, при этом 10.9 является более распространенным вариантом.

Марки 8.8 и 8.8S эквивалентны. Характеристики несущей способности и методы расчета обычных болтов отличаются от высокопрочных болтов. Высокопрочные болты воспринимают усилие в основном за счет внутренней силы предварительного натяжения P, создающей фрикционное сопротивление на контактных поверхностях соединяемых компонентов для противостояния внешним нагрузкам, в то время как обычные болты непосредственно воспринимают внешние нагрузки.

Более конкретно: Высокопрочные болтовые соединения обладают такими преимуществами, как простота конструкции, хорошие силовые характеристики, заменяемость, усталостная прочность и устойчивость к ослаблению при динамических нагрузках, что делает их перспективным методом соединения.

Высокопрочные болты затягиваются специальным ключом, создавая большое, контролируемое предварительное натяжение. Это предварительное натяжение, передаваемое через гайку и шайбу, создает эквивалентное предварительное сжимающее усилие на соединенных компонентах. Под действием этой силы предварительного сжатия на поверхностях соединяемых деталей возникает значительное трение.

Пока осевая сила меньше этой силы трения, компоненты не будут проскальзывать, и соединение останется целым. Именно этот принцип лежит в основе высокопрочных болтовых соединений.

Высокопрочные болтовые соединения зависят от трения между контактными поверхностями соединяемых деталей, предотвращающего скольжение. Чтобы обеспечить достаточное трение, необходимо увеличить зажим силы между компонентами и повышает коэффициент трения на контактных поверхностях.

Сила зажима между компонентами достигается за счет предварительного натяжения болтов, что требует использования высокопрочной стали для болтов, отсюда и термин "высокопрочные болтовые соединения".

В высокопрочных болтовых соединениях коэффициент трения существенно влияет на несущую способность. Эксперименты показывают, что на коэффициент трения в основном влияет характер контактных поверхностей и материал деталей.

Для повышения коэффициента трения контактных поверхностей в строительстве часто используются такие методы, как пескоструйная обработка или обработка проволочной щеткой контактных поверхностей в зоне соединения.

Высокопрочные болты бывают двух типов: фрикционные и подшипниковые. Критерием расчета высокопрочных болтов фрикционного типа является то, что сдвигающее усилие, вызванное расчетной нагрузкой, не превышает силу трения. Для высокопрочных болтов подшипникового типа критерием является отсутствие сдвига вала болта или смятия пластин.

Коррозионная стойкость высокопрочных болтов из нержавеющей стали

Высокопрочные болты из нержавеющей стали известны своими антикоррозийными свойствами.

Все металлы вступают в реакцию с кислородом в атмосфере, образуя на своей поверхности оксидную пленку. К сожалению, оксид железа, образующийся на обычной углеродистой стали, продолжает окисляться, что приводит к разрастанию ржавчины и образованию отверстий. Поверхности из углеродистой стали можно защитить с помощью краски или устойчивых к окислению металлов (таких как цинк, никель и хром) с помощью гальванического покрытия. Однако, как известно, этот защитный слой представляет собой лишь тонкую пленку. Если защитный слой поврежден, сталь, лежащая в основе, начинает ржаветь.

Устойчивость нержавеющей стали к коррозии зависит от содержания хрома. Однако, поскольку хром является компонентом стали, метод защиты отличается. При содержании хрома выше 11,7% устойчивость стали к атмосферной коррозии значительно возрастает.

Хотя более высокое содержание хрома все еще может повысить коррозионную стойкость, эффект от этого менее выражен. Это объясняется тем, что легирование стали хромом изменяет тип поверхностного оксида, аналогичного оксиду, образующемуся на чистом хромистом металле. Этот плотно прилегающий оксид с высоким содержанием хрома защищает поверхность от дальнейшего окисления. Этот оксидный слой очень тонкий, что позволяет стали просвечивать сквозь естественный блеск, придавая нержавеющей стали характерный внешний вид.

Более того, если поверхностный слой поврежден, открытая поверхность стали вступает в реакцию с атмосферой и самовосстанавливается, восстанавливая эту "пассивную" оксидную пленку и продолжая выполнять свою защитную роль. Поэтому все нержавеющие стальные элементы имеют общую характеристику: содержание хрома в них превышает 10,5%.

Значение классов производительности винтов и болтов

Классы исполнения болтов и винтов для соединений стальных конструкций подразделяются на более чем десять уровней, включая 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9.

Болты класса 8.8 и выше изготавливаются из низкоуглеродистой легированной или среднеуглеродистой стали и подвергаются термообработке (закалка и отпуск), обычно называемые высокопрочными болтами. Остальные болты принято называть обычными.

Класс исполнения болта обозначается двумя числами, указывающими на номинальный предел прочности и коэффициент текучести материала болта. Например:

Для болта класса 4.6:

1. Номинальная прочность на растяжение материала болта составляет 400 МПа;
2. Коэффициент предела текучести материала болта составляет 0,6;
3. Номинальный предел текучести материала болта составляет 400 × 0,6 = 240 МПа.

Для высокопрочного болта марки 10.9 после термообработки она может достигать:

1. Номинальная прочность на разрыв 1000 МПа;
2. Коэффициент текучести 0,9;
3. Номинальный предел текучести составляет 1000 × 0,9 = 900 МПа.

Значение класса исполнения болта является международным стандартизированным критерием. Болты с одинаковым классом исполнения, независимо от материала и происхождения, имеют одинаковые характеристики, и при проектировании достаточно выбрать болт только по классу исполнения.

Марки прочности, такие как 8.8 и 10.9, означают устойчивость болта к сдвиговым нагрузкам, измеряемым при 8,8 ГПа и 10,9 ГПа, соответственно.

• Марка 8.8 имеет номинальный предел прочности на растяжение 800 Н/мм² и номинальный предел текучести 640 Н/мм².
• Как правило, болты обозначаются "X.Y", где X100 - предел прочности болта на растяжение в МПа, а X100*(Y/10) равно пределу текучести болта (так как по обозначению: предел текучести/предел прочности = Y/10).

Например, болт класса 4.8:

• Имеет прочность на разрыв 400 МПа;
• А предел текучести составляет 400*8/10 = 320 МПа.

Кроме того, болты из нержавеющей стали часто маркируются как A4-70, A2-70 и т.д., что имеет разное значение.

Что касается единиц измерения: В мире в основном используются две системы измерения длины. Одна из них - метрическая система, в которой используются метры (м), сантиметры (см), миллиметры (мм) и т. д., широко распространенная в Европе, Китае, Японии и других регионах Юго-Восточной Азии. Другая - имперская система, использующая дюймы (inch), эквивалентные старому китайскому рынку inch, преимущественно используется в США, Великобритании и других западных странах.

• Метрические измерения: (десятичная система) 1 метр = 100 сантиметров = 1000 миллиметров
• Имперские измерения: (восьмеричная система) 1 дюйм = 8 долей дюйма; 1 дюйм = 25,4 мм; 3/8 дюйма × 25,4 = 9,52 мм.
• Для изделий менее 1/4 дюйма размеры обозначаются номерами калибров, например: #4, #5, #6, #7, #8, #10, #12.

Типы и характеристики резьбы

Виды резьбы

Резьба - это форма спиралевидной структуры на внешней или внутренней поверхности твердого тела, характеризующаяся равномерным спиральным гребнем. Исходя из структурных особенностей и областей применения, они делятся на три основных типа:

1. Обыкновенные нитки: Они имеют треугольную форму зубьев и используются для соединения или крепления деталей. Обычная резьба делится на крупную и мелкую, причем мелкая резьба обеспечивает более высокую прочность соединения.
2. Трансмиссионные нити: Эти резьбы имеют различную форму зубьев, в том числе трапециевидную, прямоугольную, пилообразную и треугольную.
3. Уплотнительная резьба: Используется для уплотнения соединений, основные типы включают трубную резьбу, коническую резьбу и коническую трубную резьбу.

Степень фиксации резьбы

Посадка резьбы означает, насколько слабо или плотно сопряженные резьбы прилегают друг к другу. Степень посадки определяется сочетанием отклонений и допусков, применяемых к внутренней и внешней резьбе.

(1) Стандарт унифицированной резьбы:

Внешняя резьба имеет три марки: 1A, 2A и 3A. Внутренняя резьба имеет три марки: 1B, 2B и 3B. Все они имеют зазор, а более высокие номера классов означают более плотное прилегание.

В унифицированных резьбах отклонения указаны только для сортов 1А и 2А. Сорт 3А имеет нулевое отклонение, а отклонения для сортов 1А и 2А равны. Чем больше номер марки, тем меньше допуск.

• Градации 1A и 1B представляют собой очень низкие уровни допусков, подходящие для зазорных посадок как во внутренней, так и во внешней резьбе.
• Степени 2A и 2B - наиболее часто используемые уровни допуска резьбы для механический крепеж в серии Unified.
• Степени 3A и 3B обеспечивают наиболее плотное прилегание, подходящее для крепежа с жесткими допусками, используемого в конструкциях, обеспечивающих критическую безопасность.
• Для наружной резьбы марки 1A и 2A имеют допуск на установку, а 3A - нет. Допуск 1A на 50% больше, чем 2A, и на 75% больше, чем 3A. Для внутренней резьбы допуск 2B на 30% больше, чем 2A, 1B на 50% больше, чем 2B, и на 75% больше, чем 3B.

(2) Метрическая резьба:

Наружная резьба имеет три класса: 4h, 6h и 6g. Внутренняя резьба имеет три класса: 5H, 6H и 7H. (Классы точности резьбы по японским стандартам делятся на I, II и III уровни, причем II является наиболее распространенным). Для метрической резьбы основное отклонение для H и h равно нулю. Основное отклонение для G положительно, а для e, f и g - отрицательно.

• H - это общепринятое положение допуска для внутренней резьбы, обычно используемой без покрытия или с очень тонким фосфатирующим слоем. Основное отклонение G предназначено для особых случаев, например, при нанесении более толстого покрытия, и используется редко.
• g часто используется для нанесения тонких покрытий толщиной 6-9 мм. Например, если в чертеже изделия указан болт 6h, то при предварительном нанесении покрытия на резьбу будет использована полоса допуска 6g.
• Наилучшая посадка резьбы - это, как правило, комбинация H/g, H/h или G/h. Для прецизионного крепежа, такого как болты и гайки, стандартно рекомендуется посадка 6H/6g.

(3) Маркировка резьбы

• Основные геометрические параметры самонарезающих и самосверлящих резьб:
• Большой диаметр/наружный диаметр (d1): Диаметр воображаемого цилиндра, в котором совпадают гребни резьбы. По сути, он представляет собой номинальный диаметр резьбы.
• Малый диаметр/диаметр корня (d2): Диаметр воображаемого цилиндра, в котором корни нитей совпадают.
• Шаг (p): Осевое расстояние между соответствующими точками на соседних витках резьбы вдоль линии шага. В имперской системе обозначается числом ниток на дюйм (25,4 мм).

Ниже приведены общие спецификации шага (метрические) и количества ниток (имперские):

• Метрическая самонарезающая резьба:

Характеристики: ST 1.5, ST 1.9, ST 2.2, ST 2.6, ST 2.9, ST 3.3, ST 3.5, ST 3.9, ST 4.2, ST 4.8, ST 5.5, ST 6.3, ST 8.0, ST 9.5

Питчи: 0.5, 0.6, 0.8, 0.9, 1.1, 1.3, 1.3, 1.3, 1.4, 1.6, 1.8, 1.8, 2.1, 2.1

• Императорская самонарезающая резьба:

Спецификации: #4, #5, #6, #7, #8, #10, #12, #14

Количество нитей: Нить AB 24, 20, 20, 19, 18, 16, 14, 14; Нить A 24, 20, 18, 16, 15, 12, 11, 10