Виды машинных элементов
С течением времени машиностроение стало чрезвычайно сложным. В среднем современный автомобиль состоит примерно из 30 000 машинных элементов, если считать…
Современное машиностроение — это настоящее чудо инженерной мысли. Внутрицилиндровые взрывы в генераторах, например, происходят с частотой до 3600 об/мин, что означает 60 взрывов в секунду в двухтактном двигателе или 30 взрывов в четырехтактном. Дизельные генераторы, как правило, работают круглосуточно, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю. В связи с этим машина должна выдерживать экстремальные нагрузки на протяжении долгого времени.
Еще одним важным аспектом на этапе проектирования изделия является простота обслуживания. Любое оборудование нуждается в регулярном техническом обслуживании после определенного времени эксплуатации. Конструкция должна позволять инженерам и техникам получать доступ к необходимым узлам и разбирать их для обслуживания, ремонта или замены. Поэтому фиксация компонентов машин должна осуществляться с помощью разъемных соединений.
Сочетание высоких нагрузок и необходимости разборки требует большого разнообразия крепежных изделий. Их основная задача — удерживать детали машины на месте при вибрациях, усилиях и давлениях, при этом обеспечивая легкость разборки, если используется разъемное соединение.
Как следует из названия, крепежные изделия делятся на постоянные и разъемные. Например, заклепки и некоторые виды муфт относятся к постоянным соединениям и не могут быть демонтированы и использованы повторно.
Большинство других крепежных изделий — разъемные. Термин «разъемное» не означает слабое соединение. На самом деле, шпильки и болты (разъемные крепежные изделия) применяются в самых ответственных узлах.
Этот термин указывает лишь на возможность разборки соединения для обслуживания и проверки. При этом, если крепеж затянут с нужным моментом, он выдерживает самые суровые условия эксплуатации.
В этой статье мы рассмотрим основные виды крепежных изделий.
Болты — наиболее распространенный вид крепежа. Эти машиностроительные элементы обычно используются для соединения двух не имеющих резьбы деталей. Болт имеет наружную резьбу на одном конце и шестигранную головку на другом.
Болт обычно фиксируется гайкой с противоположной стороны. Иногда одна из деталей имеет резьбовое отверстие, что позволяет обойтись без гайки и уменьшить количество комплектующих.
Существует множество видов болтов, каждый из которых обладает своими особенностями. Рассмотрим наиболее популярные типы болтов.
Головка таких болтов имеет форму правильного шестиугольника, что позволяет легко затягивать их гаечным ключом. Шесть граней обеспечивают удобство подхода под разными углами, что особенно важно при работе в труднодоступных местах.
Резьба на болтах с шестигранной головкой может быть частичной или полной. Частичная резьба увеличивает сопротивление срезу. Эти болты широко применяются в машиностроении благодаря простоте монтажа и демонтажа.
Необходимый инструмент для работы с такими болтами часто имеется под рукой. Обычные ключи доступны и просты в использовании. Для труднодоступных мест подойдет набор головок. Регулируемый ключ позволяет работать с болтами и гайками разных размеров, хотя это не рекомендуется делать постоянно.
Этот болт напоминает обычный резьбовой стержень, но резьба нарезана только на обоих концах, а не по всей длине.
Их можно использовать с гайкой на одном или обоих концах, либо один конец устанавливается в резьбовое отверстие детали.
Рым-болты имеют резьбу на одном конце и ушко на другом. Назначение ушка зависит от конструкции и размера машины.
Например, несколько рым-болтов могут использоваться для подъема и перемещения конструкции. Также серия рым-болтов может использоваться для направления тросов или кабелей.
Аналогичен болту с шестигранной головкой, но его головка пятигранная. Для затяжки или ослабления таких болтов не подойдут стандартные инструменты.
Это создает дополнительную степень защиты, так как разборка конструкции невозможна без специального ключа.
Кареточные болты имеют выпуклую металлическую головку, за которой следует квадратный подголовник и резьба. Обычно применяются для соединения деревянных элементов. Квадратный подголовник вдавливается в дерево, фиксируя болт.
Болт вбивается молотком, а с другой стороны фиксируется гайкой. Это формирует в древесине посадочное место для подголовника и надежно удерживает болт.
Также называются болтами «Аллен». Головка имеет цилиндрическую форму с внутренним шестигранником для ключа Аллена или шестигранной насадки.
Возможны и другие варианты: куполообразная или потайная плоская головка.
Требуют меньше места, а крепление позволяет расположить головку вровень с поверхностью материала или ниже нее при наличии отверстия.
Имеют форму подковы. На изогнутой части резьбы нет, а на прямых концах резьба нарезана полностью.
U-образные болты отлично подходят для фиксации труб и других деталей относительно труб без необходимости сверления отверстий в самой трубе.
На рынке также представлены следующие виды болтов:
Винты по конструкции схожи с болтами: имеют наружную резьбу, начинающуюся от острия, и различные формы головок. Однако есть принципиальные отличия: если болты соединяют не резьбовые детали с помощью гайки, то винты обычно требуют наличия внутренней резьбы.
Чаще всего винты являются самонарезающими, то есть формируют резьбу в материале при установке, что избавляет от необходимости предварительного нарезания.
Существует множество видов винтов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Ниже приведен список основных типов винтов:
Рассмотрим наиболее важные виды винтов, выбор которых зависит от области применения.
Самосверлящие винты, также известные как самонарезающие, формируют внутреннюю резьбу при установке. Их отличительная особенность — полностью нарезанный стержень от острия до головки. Материал винта тверже соединяемых деталей.
Кончик винта может иметь различные формы, но обычно снабжен небольшим сужением и прорезью для облегчения проникновения в материал.
Применяются для соединения металлических листов. Имеют стержень с резьбой по всей длине и головку. Головка может быть плоской или закругленной.
Острие таких винтов очень острое, что облегчает проникновение в материал и обеспечивает надежную фиксацию. Резьба выполнена из твердого материала, что позволяет формировать внутреннюю резьбу в основании.
Этот тип винтов универсален и может использоваться для пластика и дерева.
Существуют две разновидности: самосверлящие и самонарезающие. Самонарезающий винт требует только отверстия в детали, а резьба формируется при установке. Самосверлящий оснащен сверлильным наконечником.
Используются в большинстве современных машин. По конструкции схожи с описанными выше винтами, различаются формой головки и наконечника. Головка часто имеет крестовой или шлицевой паз для затяжки.
Обычно устанавливаются в предварительно просверленные отверстия, хотя некоторые варианты могут нарезать резьбу во время монтажа.
Гайка — это крепежное изделие с внутренней резьбой, используемое в паре с болтом такого же размера. В ранних конструкциях гайки (как и головки болтов) были квадратными, что облегчало их изготовление вручную, но сейчас они применяются редко.
Квадратная гайка обеспечивает лучший захват и больший крутящий момент по сравнению с шестигранной благодаря увеличенной длине и площади соприкосновения с ключом.
Шестигранные гайки наиболее распространены, так как дают больше вариантов подхода (6 против 4). Ключи обычно имеют смещение 15 градусов, что увеличивает количество подходов с 6 до 12. Это важно в ограниченном пространстве или на ровных поверхностях.
Существуют и другие виды гаек, например, барашковые (для монтажа без инструментов) и клеточные (для тесных мест).
Также называемые купольными или ореховыми, имеют закрытый конец в форме купола, что обеспечивает дополнительную защиту и эстетичный внешний вид.
Корончатые или прорезные гайки снабжены прорезями на одном конце. Через эти прорези можно вставить шплинт (при наличии отверстия в болте), фиксируя положение гайки.
Используются при небольших требованиях к моменту затяжки, например, для фиксации шарикоподшипника.
Как видно из названия, эти гайки привариваются к поверхности детали. Сварка позволяет крепить элементы в труднодоступных местах, где обычная сборка болт-гайка затруднена.
Самые распространенные, недорогие и легко монтируются при помощи ключа.
Похожи на обычные шестигранные гайки, но имеют дополнительный воротник с нейлоновым кольцом. Кольцо вдавливается в резьбу болта, предотвращая самопроизвольное откручивание.
Отличная альтернатива привариваемым гайкам в ограниченном пространстве. Они стоят дороже, но не требуют дополнительных операций по сварке.
Круглые заклепочные гайки могут проскальзывать, поэтому лучше использовать шестигранные, при этом отверстие должно соответствовать их форме. Это исключает возможность простого сверления и требует лазерной резки.
Однако если детали и так вырезаются лазером, форма отверстия не влияет на итоговую стоимость.
Существуют и другие виды гаек:
Шайба — это маленький металлический диск в форме кольца. Обычно используется совместно с болтами и гайками, размещается под гайками, соединениями или подшипниками осей. Шайба выполняет несколько функций:
Шайбы изготавливаются как из металлов, так и из неметаллов (пластика). Их можно разделить на три основные группы:
Плоские шайбы изолируют соединяемую деталь от гайки/болта. Это важно для электрической изоляции или защиты поверхности, например, при наличии лакокрасочного покрытия.
Также одна из основных функций — равномерное распределение нагрузки за счет увеличения площади контакта. Если отверстие слишком велико для крепежа, плоская шайба компенсирует разницу. Виды плоских шайб:
Пружинные шайбы работают как пружины за счет изгиба формы. Они обеспечивают осевую гибкость, делая соединение более эластичным и предотвращая самопроизвольное ослабление или затяжку крепежа из-за вибрации. Основные виды:
Стопорные шайбы фиксируют гайку/болт намного надежнее, чем пружинные. Применяются там, где возможно ослабление крепежа или его проворачивание во время работы. Основные виды:
Стопорные кольца — это металлические крепежные элементы, удерживающие вал или сборку на месте. Существуют различные их конструкции.
Они применяются во многих механизмах. Например, стопорное кольцо (сегментное) фиксирует палец поршня в поршне ДВС, а также используется для удержания сборки в топливном насосе высокого давления дизельного генератора.
Чаще всего стопорные кольца применяются однократно и заменяются при ремонте оборудования, хотя некоторые варианты допускают повторное использование. Основные типы:
Заклепки — это постоянные крепежные элементы, применяемые для соединения различных материалов. Они легкие и хорошо воспринимают силы среза. Наличие головки на каждом конце позволяет выдерживать осевые нагрузки. Для монтажа заклепок используют специальный инструмент — заклепочник. Отверстия под заклепки не требуют нарезания резьбы.
В отличие от резьбовых крепежей, заклепки образуют неразъемное соединение и не могут быть использованы повторно. Они обладают отличным соотношением прочности и массы, а также простотой контроля качества (для проверки достаточно осмотра, в отличие от сварных соединений).
Эти свойства сделали заклепки популярными в авиационной промышленности. С их помощью можно создавать как стыковые, так и нахлесточные соединения. Наиболее распространенные типы:
Анкеры — особый вид крепежа, используемый для фиксации металла к бетону или другим материалам, например эпоксидной, винилэфирной или полиэфирной смоле. Некоторые анкеры устанавливаются в еще не застывший бетон, другие — в уже затвердевший.
Анкеры применяются для крепления различных объектов, поэтому представлены в разных конструкциях. Анкер передает как растягивающие, так и срезающие нагрузки на основание. Основные виды анкеров:
Вставки бывают самых разных форм и выполняют широкий спектр задач в качестве крепежа. Их используют для усиления соединений, восстановления изношенной резьбы, фиксации вала в шпоночном пазу, а также для крепления анкеров к подвесным трубопроводам.
Некоторые вставки имеют внутреннюю и внешнюю резьбу. Наружная резьба вставки вкручивается в исходное отверстие с поврежденной резьбой, после чего внутренняя резьба используется для крепления шпильки или болта меньшего диаметра.
Крепежные вставки делятся на следующие группы:
