Промышленный крепеж, виды и назначение

Современная техника – это чудо инженерной мысли.  В двигателях внутреннего сгорания генераторов, например, воспламеняется в рабочей камере внутри топливо со скоростью до 3600 об/мин. Это соответствует 60 детонациям в секунду для двухтактного двигателя или 30 в секунду для четырехтактного двигателя. А дизельные генераторы обычно работают 24 часа семь дней в неделю. Таким образом, машина должна быть способна выдерживать экстремальные нагрузки в течение длительного времени.

Еще одно свойство, о которой следует помнить на этапе проектирования продукта, — это простота обслуживания. Любая техника требует определенных процедур обслуживания после определенного количества часов работы. Конструкция должна быть такой, чтобы инженеры и техники-механики могли получить доступ и демонтировать столько деталей, сколько необходимо для обслуживания, ремонта или замены изношенных частей. В результате необходимо обеспечить безопасность компонентов машин с помощью непостоянных разбираемых средств.

Промышленные крепежные метизы это выпускаемые заводским (на метизном заводе) способом стандартизированные изделия, применяемые при строительстве, ремонте, изготовлении (в машиностроении и других отраслях промышленности) —  пружинные шайбы, разводные шплинты, костыли и заклепки применяемые в железнодорожном строительстве, телеграфные крючья.

Крепеж — это такой вид изделий который позволяет скреплять детали между собой: шурупы, болты, винты, дюбели, анкеры, шпильки, гайки.  ГОСТ 27017-86 устанавливает термины и определения основных понятий видов крепежных изделий общемашиностроительного применения, их конструктивных элементов.

Иногда экстремальные усилия в сочетании с необходимой гибкостью означают, что от различных типов крепежных изделий требуется высокая степень вариативности прочности и конструкции. Их единственная цель — удерживать детали машин на месте от чрезмерной вибрации, силы и давления, сохраняя при этом возможность легкой разборки-сборки в случае непостоянного крепежа. К выбору крепежа нужно относиться ответственно, от этих небольших, но важнейших элементов зависит прочность и устойчивость конструкций. Некоторые элементы предназначены для работы в агрессивной среде, например на химическом производстве, другие изначально предусматривают работу под высокими нагрузками. То есть, один и тот же крепеж может иметь разные сферы применения, а для их изготовления используются разные технологии и материалы. В этой статье мы узнаем о различных типах крепежа, доступного для использования в изделиях.

Классификация крепежа

Каждое металлическое изделие имеет конкретные размеры и характеристики. Подобная классификация помогает исключить возможную путаницу при выборе. Все ключевые параметры крепежных элементов определяются с учетом особенностей соединяемых деталей и требований к конструкциям.

Постоянные и непостоянные крепления. Как следует из названия, можно в целом разделить на постоянные неразъемные и непостоянные  разъемные крепления. Например, заклепки и некоторые типы соединений являются постоянными и не могут быть удалены и использованы повторно после установки на узел детали.

Основными материалами, из которых сделан крепеж:

• Cталь является наиболее популярным вариантом материала для изготовления крепежей.
• Цветные металлы (титан, алюминий, медь, бронза).
• Пластик имеет широкое распространение в отдельных сферах промышленности, например, при сооружении водопроводной системы.

Метизы и любые изделия для крепежа имеют свой класс прочности из одиннадцати. Высокопрочные, начинаются с 8.8 и могут иметь более высший показатель.

По форме головки крепежного изделия — части крепежного изделия, имеющего стержень, служащей для передачи крутящего момента и (или) образования опорной поверхности.

В отношении резьбовых соединений также действует разделение по шагу и виду резьбы. Крепеж одного размера может быть как с мелкой резьбой, то есть большим количеством витков, так и с крупной.

И последний тип классификации – по размеру стержня крепежного изделия. Не существует строгого норматива, прописывающего конкретные размеры крепежа, но существует общепринятая система стандартов.

Наиболее встречающиеся крепежные метизы

Болты и винты

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.

Разберем условное обозначение: Болт А2М27Х1,5 — 6gX100.58.019 ГОСТ 7798-70

В данном примере обозначения болта использованы следующие элементы:

Болт ― название крепёжной детали;

А ― класс точности болта (всего приняты три класса точности: А, В и С; самый точный ― класс А); в данном примере класс точности В не указывается, так как он продиктован указанным далее стандартом ГОСТ 7798-70 ― по этому стандарту болты не могут быть другого класса точности, кроме В;

2 ― исполнение болта (в зависимости от стандарта может быть от 1-го до 4-х исполнений; если исполнение не указано в обозначении болта ― то это значит, что применяется исполнение 1 ― цифра “1” не указывается);

М ― вид резьбы (в зависимости от стандарта может быть резьба: М ― метрическая; К ― коническая; Тр ― трапецеидальная);

27 ― номинальный диаметр резьбы болта в миллиметрах, мм;

1,5 ― шаг резьбы болта (если шаг резьбы крупный (основной), то он не указывается; указывается только мелкий и особо мелкий шаг резьбы в миллиметрах, мм ― в данном примере шаг резьбы 1,5 мм является мелким);

LH ― обозначение направления нарезки резьбы ― левая резьба (если резьба имеет правое направление нарезки (основное), то направление нарезки не указывается);

6g ― поле допуска резьбы ― определяет класс точности изготовления резьбы (бывает точный, средний, грубый класс ― обозначается цифрами от 4 до 8 с латинскими буквами; точный класс ― 4, грубый класс ― 8);

100 ― длина болта в миллиметрах, мм;

58 ― класс прочности болта (точку между цифрами в обозначении не ставят); утверждённый прочностной ряд для болтов из углеродистых сталей содержит 11 классов прочности: обозначаются 36; 46; 48; 56; 58; 66; 68; 88; 98; 109; 129);

С ― указание о применении спокойной (С) или автоматной (А) стали ― для болтов класса прочности до 6.8; для болтов классов прочности 8.8 и выше, а также для болтов из легированных и специальных сталей и сплавов, в этом месте указывается применяемая марка стали или сплава;

01 ― цифровое обозначение вида покрытия; используются обозначения номеров покрытий от 01 до 13;

9 ― толщина покрытия в микронах, мкм;

ГОСТ 7798-70 ― тип и номер стандарта на конструкцию и геометрические параметры болта.

Винт (Screw)

Винт (Screw) – деталь разъёмного соединения, которая представляет стержень с резьбой на одном конце и шляпкой на другом (с прорезью под отвёртку).

Болт предназначен для работы при нагрузках на растяжение и излом, а винт исключительно при нагрузках на растяжение. Так как винты работают при сильных нагрузках, конструкция их головки чаще всего имеет форму под отвертку. Форма при этом может отличаться, и очень существенно. Существует определенная классификация форм изголовья:

• Плоская;
• Круглая;
• Грибовидная;
• Потайная;
• Полупотайная;
• Выпуклая.

Отличаются и виды шлицов, и тут все гораздо сложнее, так как многие производители используют форму собственной разработки. Но, наиболее часто встречающаяся форма шлицов – это крестовина, прямая и шестигранник.

Шурупы и саморезы (самонарезающий винт)

Эти два вида крепежных изделий можно отнести в одну категорию, так как они имеют схожую конструкцию и сферу применения. По сути, саморез – это тот же шуруп, но в современном исполнении и с рядом преимуществ. Так, для фиксации при помощи шурупа, необходимо сначала рассверлить отверстие, и только после этого вкрутить крепеж. Саморез (Parker screw), в ряде случаев сам справляется с задачей сверления и вкручивается без дополнительной подготовки посадочного места. Шуруп, даже изготовленный из закаленной стали, не имеет заточки на резьбе, поэтому, даже используя его для соединения двух деревянных элементов или корпусов из пластика, необходимо сначала их подготовить.

Буравчик (gimlet point) — резьбовой конической конец самореза, служащий для нарезания резьбы в деревянном или пластмассовом изделии при образовании соединения.

Шлиц крепежного изделия — углубление специальной формы в торце головки болта, винта или шурупа, в торце установочного винта без головки, вдоль образующей или в торце гайки.

Примечание. Форма шлица может быть шестигранной, крестообразной, в виде сквозной или несквозной прорези и т.д.

Существует следующая стандартная линейка диаметров саморезов и шурупов: 1.6, 2.0, 2.5, 3.0(2.9), 3.5, 3.8(3.9), 4.0, 4.2, 4.5, 4.8, 5.0, 5.5, 6.0, 6.3, 7.0, 7.5, 8.0, 10.0, 12.0 мм. Саморезы и шурупы в зависимости от области применения и типа выпускаются с различными ограниченными рядами диаметров.

Конструкционно, эти метизы выглядят похоже, за исключением резьбы. У шурупа она чаще всего неполная, то есть часть тела остается гладкой, хотя существуют шурупы и с полной резьбой. Саморез, если оно кроткий, полностью покрыт резьбой. Основное назначение шурупов – скрепление деревянных (Wood screws) и пластмассовых элементов (Screw for plastic), в то время как саморез, способен работать с металлическими элементами, что существенно расширяет сферы его применения. Саморезы для металла и дерева отличаются размером и шагом резьбы: метизы для дерева и пластика имеют широкую резьбу с большим шагом, а металлические мелкую спираль с максимально коротким шагом.

Также саморезы имеют конструкционные отличия. Обычный элемент, для закручивания в металл требует сверления отверстия меньшего диаметра, в которое и закручивается крепеж. Для упрощения этого процесса были разработаны саморезы со сверлящим наконечником. Они сами пробивают отверстие, но следует помнить, что с металлом большой толщины они не справятся. Сверлящая головка рассчитана на работу с металлом толщиной максимум до пяти миллиметров.

Анкеры и дюбели

Анкеры (wedge anchors) и дюбели (screw plastic dowel) имеют схожую конструкцию и принцип работы. В просверленное отверстие вставляется конический элемент, после чего забивается сам крепеж, расширяющий гильзу и надежно фиксирующийся в стене или блоке. Конструкционно дюбели от анкеров отличаются не сильно. Дюбель состоит из двух частей:

1. Гильзы, часто выполненной из пластмассы,
2. И непосредственно крепежа, часто представляющего собой обычный шуруп.

Конструкция гильзы такова, что в неразжатом положении она полностью соответствует диаметру просверленного отверстия, но при забивании крепежа она расширяется, и вытащить ее обратно практически невозможно.

Конструкция анкера несколько иная. Через тело метиза проходит болт, а стальная гильза имеет лепестки на конце. В качестве гайки используется каплевидный элемент, который при закручивании болта разжимает лепестки и надежно фиксирует анкер внутри отверстия. Помимо размеров, анкеры отличаются формой гильзы.

Шпилька

Шпилька (Stud) – один из самых простых видов крепежей в конструкционном плане. Шпилька, представляет собой крепёжную деталь в виде металлического стержня с резьбой, которая нарезана с обоих концов. Вкручивается в посадочное место и позволяет скрепить два объекта или произвести фиксацию при помощи гайки. Шпильки используются в машиностроении и при производстве различных станков, но существуют и другие разновидности

Гайки, шайбы и гроверы

Шайба (Washer)

Эти три метиза можно отнести в один раздел, так как они относятся к категории фиксирующих, и не работают как отдельный крепеж. Начнем с самого простого элемента – шайбы (Washer). Это круглое изделие, наживляемое на болт и устанавливаемое под гайку. Шайба препятствует раскручиванию гайки и в ряде случаев перекрывает пустое пространство, если отверстие, в которое вставлен болт, больше, чем диаметр самого болта. Шайбы, несмотря на свою простоту, могут отличаться по материалу, из которого они изготовлены. Наиболее привычные гайки изготавливаются из металла, но существуют также резиновые и пластиковые элементы. Они используются при креплении изделий, требующих бережного отношения к поверхности.

Гровер (spring washer) – одна из разновидностей крепежной шайбы. Это металлическое кольцо, распиленное с одной стороны и изогнутое по спирали. При стягивании гайкой кольцо принимает изначальную форму, тем самым создавая напряжение, то есть, обеспечивая лучший прижим. Гроверы изготавливаются из более прочной марки стали, и после раскручивания они снова изгибаются, что позволяет использовать их многократно. Назначение гровера – препятствование раскручиванию, то есть то же, что у обычной шайбы. Но гровер, благодаря своей форме, может работать под сильной нагрузкой и обеспечивает надежное соединение при вибрации. Гроверы используются в машиностроении и на различных станках, то есть везде, где присутствует вибрация. Если закрутить гайку без гровера, она просто раскрутится со временем.

Гайки (Nut)

Гайки (Nut)– самый разнообразный метиз в данной категории. Они служат для фиксации резьбового крепежа, то есть накручиваются на болт или винт. Помимо размера и шага резьбы, гайки отличаются формой, и список конфигураций довольно большой:

• Прямые гайки с шестигранной формой. Наиболее распространенный тип метиза, встречающийся чаще всего.
• Корончатая. Имеет пазы на верхней части, в которые после закручивания вставляется специальный шплинт, препятствующий раскручиванию.
• Барашек. Гайка со специальными выступами, позволяющими закручивать ее без использования ключа. Используется для крепления объектов, не испытывающих серьезные нагрузки и с минимальной вибрацией.
• Квадратная. Специальная гайка, погружаемая в специальный паз. Ее не нужно удерживать ключом при закручивании, так как она уже зафиксирована в посадочном отверстии.
• Фланцевая. На нижней части гайка имеет юбку с насечками. При закручивании обеспечивает более надежное сцепление с шайбой или гровером.

Это далеко не полный список форм-факторов гаек, и многие производители современного оборудования используют собственные конструкции, как это происходит с формой винтов и шурупов.

Шплинты и штифты

Шплинты (Cotter pins) это метизы, которые на одном конце имеют характерное ушко. Главное предназначение такого метиза заключается в предотвращении самораскручивания болтов и гаек. Изначально шплинты сгибают до нужной формы, чтобы было удобно использовать с другими типами крепежей. Этот тип крепления применяется в машиностроительной индустрии. Шплинтам характерна относительная гибкость. Универсальное применение и низкая стоимость обуславливают повышенный спрос на данную категорию товаров.

Штифт (Dowel pin) — специальное крепежное изделие, имеющее форму цилиндрического или конического стержня. Предназначено для фиксации различных изделий в процессе сборки. Сверление и развертывание отверстий под посадку с натягом под штифт в сопрягаемых деталях производят совместно в сборке.

Заклепки

Заклепка (Rivet) — крепежное изделие гладкой цилиндрической формы в форме стержня с головкой, используется для получения неразъемного соединения, образуя головку на противоположном конце стержня посредством пластической деформацией. Легкие и отлично противостоят силам сдвига. Наличие головки на каждом конце позволяет заклепке в определенной степени выдерживать осевые нагрузки.

Доступны полутрубчатые заклепки, полные трубчатые заклепки, цельные заклепки, специальные заклепки и изготовленные на заказ. Вытяжные заклепки доступны с большими или маленькими фланцами.

Заклепки обеспечивают отличное соотношение прочности и веса. Их также легче контролировать (по сравнению со сварными соединениями). Для осмотра достаточно визуального осмотра (в отличие от сварки, где для проверки целостности соединения необходимы специальные инструменты).

Эти причины сделали заклепку предпочтительным крепежом в аэрокосмической промышленности. Они могут создавать как стыковые, так и нахлестные соединения. Также используются при судостроении, для фиксации элементов, находящихся в агрессивных условиях. Например, под водой. Кроме того, медные клепки применяются на объектах повышенной пажароопасности. При соприкосновении с чем-либо они не создают искру, в отличие от обычной стали.

Стопорное кольцо

Стопорные кольца (Retaining ring) представляют собой металлические крепежные детали, используемые для удержания вала или узла на месте. Все имеющиеся в ассортименте кольца можно разделить на следующие основные группы:

• По месту установки: на вал или в отверстие
• По системе заданных размеров: дюймовые или метрические
• По форме сопряжения с пазом: эксцентрические, концентрические или спиральные
• По типу установки: вдоль оси (осевые) или перпендикулярно оси (радиальные)
• Для установки в канавку или без канавки
• По форме сечения: плоские или из круглой проволоки

Различные комбинации размеров, форм, стилей и материалов позволяют создавать модели, которые подходят для различных отраслей и областей применения. Стопорные кольца используются во многих областях машиностроения. Одним из таких примеров является стопорное кольцо (стопорное кольцо), используемое для удержания на месте поршневого пальца поршня двигателя внутреннего сгорания. Он также используется для скрепления узла в топливном насосе высокого давления дизельного генератора. Например, стандартный автомобиль может иметь до 50 стопорных колец в системах, состоящих из рулевого управления, оборудования безопасности, трансмиссии и т. д.

Большинство стопорных колец используются один раз и заменяются при капитальном ремонте оборудования, но некоторые из них можно использовать повторно.

Специальный крепеж, спецкрепеж

Крепежные изделия специального предназначения применяются для соединения различных конструкций, а также в сложных механизмах, куда стандартные элементы крепления не подходят (клемма, клипса, штуцер, скоба, талрепы, карабин, крюк, зажим, коуш, блок, вертлюг и др.). Специальный крепеж – это детали, предназначенные для определенных элементов и устройств: крепления электрической проводки, сантехнической продукции, отопительных приборов, элементов отделки салона, а также крепления пустотелых конструкций. Фактически элементов специального крепежа не так уж и много. Все имеющиеся изделия можно распределить на две категории – жесткой фиксации и такелажные. Элементы жесткой фиксации применяются для соединения неподвижных изделий, а такелажные используются для закрепления тросов, строп или канатов и др.

Требования к применению, методы установки и бюджет — все это факторы, которые следует учитывать при выборе крепежа.