Винт (от нем. Gewinde — нарезка, резьба, через польск. gwint) — крепёжное изделие для соединения деталей, одна из которых может быть с внутренней резьбой. Винт имеет вид стержня с наружной резьбой на одном конце и конструктивным элементом для передачи крутящего момента на другом[1]. Передающим усилие элементом могут являться различного рода головки, шлицы в торце стержня и тому подобное. Шуруп — это разновидность винта, отличается тем, что имеет коническое сужение на конце и более редкую резьбу. Шуруп, создающий резьбу при вкручивании, называется самонарезающим винтом — в просторечии «саморезом». Винт предназначен для образования резьбового соединения или фиксации[1]. Кроме соединения деталей, винты наряду с болтами могут выполнять функцию оси вращающихся деталей, служить направляющей для прямолинейного или вращательного движения и прочих целей[2].
Винтовой механизм был известен ещё в Древней Греции (как Архимедов винт). Позднее винт был описан греческим математиком Архитом Тарентским. В I веке до н. э. деревянные винтовые передачи уже широко применялись в странах Средиземноморья в составе масляных и винных прессов. В Европе XV века металлические винты в качестве крепёжных изделий были очень редки, если вообще были известны[3]. Ручные отвёртки (в оригинале — фр. tournevis[4]) появились не позднее 1580 года, хотя широкое распространение они получили только с началом XIX века[5]. Первоначально винты были одной из многочисленных разновидностей крепежа в строительстве, и применялись в плотницком и кузнецком ремёслах.
Широкое распространение металлических винтов началось после появления в 1760—1770 годах машин для их массового поточного изготовления[6]. Развитие этих машин поначалу шло двумя путями: промышленное изготовление винтов по дереву на одноцелевой машине, и мелкосерийная штамповка нужных винтов мастерами на полуручной машинке со сменной оснасткой.
В зависимости от назначения существуют:
Наиболее распространённым типом винта в технике является крепёжный винт. Такой винт является главной деталью разъёмного винтового соединения и представляет собой стержень с резьбой на одном конце и головкой на другом.
Головка винта служит для прижатия соединяемых деталей и захвата винта отвёрткой, гаечным ключом, инбусовым ключом или другим инструментом. Получили распространение крепёжные винты с круглой, шестигранной, квадратной и другими головками. Разновидность головки винта — секретка — применяется для затруднения откручивания винта посторонними. Например, винт с одним или двумя отверстиями на головке (вместо шлица), винты под Y-образную отвёртку и так далее. В СССР на железных дорогах (крепление путевых устройств) часто применялись 5-гранные болты. Для автолюбителей продаются «секретки» для крепления колёс автомобиля — все они, как правило, требуют своего уникального нестандартного ключа.
В России механические свойства болтов, крепёжных винтов и шпилек из углеродистых нелегированных и легированных сталей по ГОСТ 1759.4-87[7] (ISO 898/1-78) при нормальных условиях характеризуют 11 классов прочности: 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9. Первое число, умноженное на 100, определяет номинальное временное сопротивление в Н/мм², второе число (отделённое точкой от первого), умноженное на 10, — отношение предела текучести к временному сопротивлению в процентах. Произведение чисел, умноженное на 10, определяет номинальный предел текучести в Н/мм². Наиболее распространены винты и болты с классом прочности 8.8 (нормальной прочности).
Соединение деталей с помощью винта и гайки называются болтовыми, а предназначенные для них винты, соответственно, болтами. Болты, как правило, имеют шестигранную головку «под ключ».
При соединении деталей, имеющих неплоскую поверхность, в местах расположения винтов делают приливы или делают местную обработку участка поверхности, чтобы опорные площадки для головки винта и гайки были плоскими. В противном случае возможен перекос соединения, что приведёт к возникновению дополнительных напряжений и может вызвать разрушение винта. В деталях из мягких материалов для винтовых соединений предусматривают прочные втулки. В тонких деталях желательно произвести местное утолщение под резьбу. При соединении материалов с различными электрическими потенциалами могут быть использованы втулки из изоляционных материалов или неметаллические винты[8].
Установочные винты применяются при необходимости зафиксировать взаимное расположение деталей относительно друг друга. Для этого на концах имеют различные выступы или углубления для лучшей фиксации деталей, а также, если имеется необходимость или возможность, изготавливают специальные отверстия под концы установочных винтов.
Примеры концов установочных винтов:
Изображ. | Наимен. | Наимен. (англ.) | Применение |
---|---|---|---|
Винт с цилиндрической головкой | Для любых видов разъёмных соединений. Может использоваться с шайбой. Головка может быть утоплена или неутоплена | ||
Винт с увеличенной цилиндрической головкой | Чаще используется для крепления каких-либо деталей из цветных сплавов и металлов. Если шайбы не используются, то достаточно большая площадь низа головки предотвращает повреждение детали. | ||
Винт с потайной головкой | Countersunk or flat head screw | Используется, когда необходимо спрятать головку винтов, например, для крепления крышек, для присоединения внешних деталей. Не рекомендуется применять при наличии установочных штифтов | |
Винт с полупотайной головкой | Oval or raised head screw | ||
Винт с полукруглой головкой | Round head screw | Может использоваться в случаях, когда толщина соединяемых деталей слишком мала для применения винтов с утоплённой головкой | |
Винт с цилиндрической головкой и внутренним шестигранным отверстием | Для случаев, когда при завинчивании требуется приложить значительную силу затяжки | ||
Винт специальный с цилиндрической головкой и лыской | Для крепление крышек приборов и прочих изделий | ||
Винт специальный | Предназначен для фиксации или регулировки положения деталей вручную | ||
Винт с накатанной головкой | |||
Винт со сферической или цилиндрической головкой | Наряду с применением для крепления деталей, также может использоваться как ось для вращения деталей | ||
Винт с большой цилиндрической головкой | Применяется, главным образом, для закрепления цилиндрических деталей, а также фиксирует их положение относительно друг друга | ||
Винт с большой сферической головкой | Button or dome head screw | ||
Винт установочный с цилиндрической головкой | Cheese head screw | Такие винты могут быть использованы в качестве шпонок. В общем случае используются для закрепления деталей. | |
Винт установочный с потайной головкой | |||
Винт с накатанной плоской головкой | Служат для предотвращения деталей от проворачивания. Завинчиваются и регулируются от руки | ||
Винт с накатанной высокой головкой | |||
Винт с барашком | Используются в случаях, когда требуется частое завинчивание и отвинчивание от руки | ||
Винт установочный с коническим концом | Set screw (grub screw) | Для установки и стопорения деталей | |
Винт установочный с плоским концом | |||
Винт с квадратной головкой и цилиндрическим концом | |||
Винт установочный с внутренним шестигранником | |||
Винт с цилиндрическим и ступенчатым концов | |||
Винт с засверлённым концом |
Основными элементами винта являются[1]:
В зависимости от предназначения различают следующие основные формы головок:
Прямой (плоский) шлиц |
Крестообразный шлиц Филлипс[11] (PH) |
Крестообразный шлиц Posidriv[12]/SupaDriv (PZ) |
Квадратная головка |
Шлиц Робертсона |
Шестигранная головка |
Шестигранный шлиц (Аллен) |
Защищённый шестигранник (pin-in-hex) |
Шлиц типа Torx (T, TX) |
Защищённый Torx (TR) |
Шлиц Tri-Wing |
Шлиц Torq-set |
Головка под вилочный ключ (Snake-eye) |
Шлиц Triple square (12-лучевая звезда) |
Шлиц Spline (12-лучевая звезда) |
Шлиц Double hex (12-гранник) |
Шлиц Polydrive |
Шлиц One-way |
Бристольский шлиц |
Шлиц Pentalobe (используется в Apple) |
Несмотря на то, что крепёжные резьбы изготавливаются таким образом, чтобы угол подъёма винтовой линии был меньше, чем угол трения, винтовые соединения всё же имеют склонность к самоотвинчиванию. Причиной этого служит работа таких соединений под действием динамических нагрузок. Вибрация, тряска, удары приводят к тому, что трение по резьбе между винтом и деталью резко уменьшается. Самоотвинчивание является важной проблемой, которая может привести к серьёзным последствиям. Было разработано большое количество самых разнообразных способов, предотвращающих самоотвинчивание. Их можно разбить на следующие группы[13]:
Величина крутящего момента, требуемого для вращения гайки по винту находится из уравнения[14]:
где
При затягивании винта или гайки в расчёт также следует принять трение между ними и поверхностью детали.
Расчёт на прочность винтовых соединений производится следующим образом[14]:
1. Случай, когда на детали, соединяемые винтом, действует сила, приложенная вдоль оси винта. В этом случае винт работает на растяжение, и уравнение прочности имеет вид:
где
По найденному
подбирают соответствующий винт, а затем гайку.
2. В случае, когда приходится осуществлять подтягивание болта под действием осевой нагрузки, в сечениях стержня возникают дополнительные напряжения от растяжения и кручения. Их учитывают в общем случае с помощью коэффициента запаса. Внутренний диаметр болта в этом случае находится по формуле:
где
3. Если помимо прочности соединения требуется обеспечить его плотность, величина усилия, действующего на болт, будет находится в зависимости не только от приложенной силы, но и от упругости соединяемых элементов, а также в учёт следует брать величину необходимого предварительного затяга, определяющего плотность соединения.
Можно рассмотреть два случая.
а) Если болт соединяет жёсткие детали, то расчётное усилие
б) Если соединяемые детали упругие, то расчётное усилие .
Внутренний диаметр нарезанной части в обоих случаях определяется по формуле:
4. Соединение деталей, находящихся под действием поперечных нагрузок. Возможны два случая:
а) Винт (болт) поставлен в соединение без зазора (зазор между стенками отверстия и стержнем). В этом случае он рассчитывается на срез и смятие по следующим формулам:
где
б) Болт поставлен в соединение с зазором. В этом случае затяжка должна быть значительно сильнее, иначе произойдёт сдвиг и случится перекос болта. Необходимо с помощью затяжки создать достаточные силы трения между стягиваемыми деталями. Расчёт ведётся на деформацию растяжения и кручения:
где
Во многих случаях резьбу в винтах назначают конструктивно. В этом случае её проверяют на изгиб по следующим формулам[15]:
где
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .