1.7 Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения

Материалы для изготовления резьбовых деталей по ГОСТ 1759-70 указаны в таблице 1.1. В отдельных случаях применяют сплавы цветных металлов (латунь, бронзу и др.).

Таблица 1.1 Материалы резьбовых деталей

Марка стали	Предел прочности , МПа	Предел текучести , МПа	Предел выносливости , МПа	Эффективный коэффициент концентрации напряжений
				Нарезанная резьба	Накатанная резьба
Ст3 и 10	340	200	160
20	400	240	170
35	500	300	180	3,6	2,8
45	600	360	240	3,7	2,8
30Х	800	640	280
38ХА			300	4,0	3,0
30ХГСА	1000	900	300	4,0	3,0
ВТ16	1200	–	350
40ХНМА			440	4,6	3,5
18Х2Н4ВА			450	4,5	3,5

При выборе материала учитывают условия работы (температуру, коррозию и т.п.), значение и характер нагрузки (статическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные изделия общего назначения изготовляют из низко- и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10...сталь 35. Эти дешевые стали позволяют изготовлять большие партии болтов, винтов и гаек методом холодной высадки или штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при переменных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах и т.д.

Для повышения прочности, коррозионной стойкости и жаропрочности применяют специальные виды термической и химико-термической обработки, а также нанесение гальванических и других покрытий, например улучшение, цинковое или кадмиевое хромирование, хромовое или медное покрытие и т.д.

Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности для резьбовых соединений приведены в таблицах 1.2 и 1.3. Они учитывают точность расчетных формул, характер нагрузки, качество монтажа соединения (контролируемая или неконтролируемая затяжка) и т.д.

Допускаемые напряжения на растяжение [ ] определяют в зависимости от предела текучести материала (при статических нагрузках) по формуле

, (1.28)

где [s] – коэффициент запаса прочности, выбираемый по таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Допускаемые напряжения. Коэффициенты запаса прочности

Вид нагрузки	Номер формулы	Рекомендуемые значения
Растягивающая внешняя нагрузка:
– без затяжки болтов	(1.2)
– с затяжкой болтов:
статическая нагрузка	(1.3)	по таблице 1.3 – неконтролируемая затяжка; – контролируемая затяжка
переменная нагрузка	(1.34)	неконтролируемая затяжка
Поперечная внешняя нагрузка (статическая или переменная):
– болты поставлены с зазором	(1.3)	по таблице 1.3 – неконтролируемая затяжка; – контролируемая затяжка
– болты поставлены без зазора	(1.5)	(статическая нагрузка); (переменная нагрузка)
	(1.6)	– сталь; – чугун

Таблица 1.3 – Коэффициенты запаса прочности

Материал болта	[st] при неконтролируемой затяжке и постоянной нагрузке
	М6...М16	М16...М30	М30...М60
Углеродистая сталь	5...4	4...2,5	2,5...1,5
Легированная сталь	6,5...5	5...3,3	3,3

При неконтролируемой затяжке запас прочности значительно уменьшают, особенно для болтов малых диаметров (см. таблицу 1.3). Это связано с возможностью перенапряжения и даже разрушения малых болтов при неконтролируемой затяжке.

В тех случаях, когда увеличение массы конструкции, связанное с увеличением диаметра болтов, является неоправданным (например, авиастроение), применяют контролируемую затяжку. Возможность значительного увеличения статической нагрузки болтов из стали 20 при контролируемой затяжке показана в таблице 1.4.

Контроль затяжки оговаривают специальными техническими условиями и выполняют не только при заводской сборке, но также в эксплуатации и ремонте. Несоблюдение этих условий может привести к аварии. Затяжку можно контролировать методом измерения деформаций болтов или специальных упругих шайб, а также с помощью специальных ключей предельного момента.

Таблица 1.4 – Допускаемая нагрузка

Тип резьбы	Внутренний диаметр резьбы	, Н, при затяжке
		неконтролируемой	контролируемой
М6	4,917	800	3000
М8	6,647	1500	5500
М10	8,376	2500	8600
М12	10,106	3800	12200
М16	13,835	8000	23500
М20	17,294	14000	37000
М24	20,752	21000	53000
М30	26,211	46000	85000