Как рассчитывается прочность болтов
На каждый болт, изготовленный по установленным стандартам, наносится маркировка:
- Фирменное клеймо предприятия изготовителя.
- Класс прочности изделия.
- Знак левой резьбы (при необходимости).
Класс прочности состоит из двух цифр разделенных точкой:
- 1 - временное сопротивление, измеряется в Н/мм2.
- 2 - это отношение предельной текучести относительно к его временному сопротивлению, измеряется в процентах. Предел текучести — предельная нагрузка, после ее превышения произойдет необратимая деформация детали.
Например, маркировка 9.8 обозначает:
- 9Х100=900 Н/мм2 — временное сопротивление.
- 9Х8х10=720 Н/мм2 — предел текучести.
Все болты с прочностью не меньше чем 800 Н/мм2, согласно международной классификации принято относить к высокопрочной группе. Это значит, что все изделия с маркировкой 8.8 и выше относятся к высокопрочной группе.
Что такое текучесть материала
Для наглядного примера понятия текучести металла можно взять два предмета кухонного инвентаря — вилку и нож. Изгибая вилку любом направлении мы деформируем изделие. Материал ложки всего-навсего изменил свою форму, изделие не сломалось — это говорит о высокой упругости материала, из которого изготовлена вилка. В данном примере прочность материала вилки значительно выше ее текучести.
Стальной нож при подобном воздействии сломается. У материала, из которого изготовлено это изделие, текучесть примерно одинакова с прочностью. Несмотря то, что нож изготовлен из прочной стали его в данном примере можно считать хрупким.
Другим примером из практики может послужить процесс вкручивания гайки в болт, который способен увеличить свою длину только при определенном воздействии на него. При чрезмерном усилии при закручивании гайки произойдет не увеличение длины болта, ка срыв резьбы на креплении.
Следующий показатель, используемый при расчете прочности болтов — процент удлинения. Он показывает длину деформированной детали до выхода ее со строя. Каждый болт в определенной степени можно считать гибким и способным удлиняться до определенного показателя не нарушая своих качеств. Измеряется этот показатель в процентах, на сколько может удлиняться деталь, по сравнению с первоначальными параметрами.
Твердость материала
По принятым правилам этот параметр для метизов измеряется в единицах по Бринеллю. Стали марок А2 и А4 имеющие прочность 50,70 и 80 и обозначаются через дефис, например А2-80. На все крепления, выполненные из нержавеющей стали так же наносится такая маркировка Значение твердости 70 самое распространенное, по нему можно судить о максимальной прочности крепления. Текучесть для болтов изготовленных из нержавеющей стали составляет для стали А2-70 - 250 Н/мм2, а для стали А4-80 - 300 Н/мм2. В таком случае увеличение будет не более 40%, это значит, что такие стали значительно изменяют свою форму перед окончательной деформацией.
Устаревшая система измерения (ГОСТ) не удела достаточного внимание нагрузкам на болтовые соединения. Именно по этой причине метизы, выпущенные до принятия международной классификации, были существенно ниже по качеству, чем современные. Пример расчета нагрузки на металл при использовании классификации прочности: Крепление М12, при прочности 8.8, с диаметром 10.7 мм, при максимальном сечении 89.97 мм2. Нагрузка на крепление будет равна (8Х8Х10)Х89,87=57520 Н.
Таблица предельных нагрузок для болтов изготовленных из углеродистых и нержавеющих сталей
|
|
|
ST-4.6 | ST-8.8 | А2-70 | А4-80 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Резьба |
d2, мм |
Площадь по 62, тт2 |
Макс. нагрузка, Ньютон |
Рабочая нагрузка, кг |
Макс. нагрузка, Ньютон |
Рабочая нагрузка, кг |
Макс. нагрузка, Ньютон |
Рабочая нагрузка, кг |
Макс. нагрузка, Ньютон |
Рабочая нагрузка, кг |
|
М1 |
0,8 |
0,5 |
121 |
0 |
322 |
10 |
126 |
0 |
151 |
0 |
|
М2 |
1,7 |
2,27 |
544 |
20 |
1 452 |
70 |
567 |
20 |
681 |
30 |
|
М3 |
2,6 |
5,31 |
1 274 |
60 |
3 396 |
160 |
1 327 |
60 |
1 592 |
70 |
|
М4 |
3,5 |
9,62 |
2 308 |
110 |
6 154 |
300 |
2 404 |
120 |
2 885 |
140 |
|
М5 |
4,4 |
15,2 |
3 647 |
180 |
9 726 |
480 |
3 799 |
180 |
4 559 |
220 |
|
М6 |
5,3 |
22,05 |
5 292 |
260 |
14 112 |
700 |
5 513 |
270 |
6 615 |
330 |
|
М8 |
7,1 |
39,57 |
9 497 |
470 |
25 326 |
1 260 |
9 893 |
490 |
11 872 |
590 |
|
М10 |
8,9 |
62,18 |
14 923 |
740 |
39 795 |
1 980 |
15 545 |
770 |
18 654 |
930 |
|
М12 |
10,7 |
89,87 |
21 570 |
1 070 |
57 520 |
2 870 |
22 469 |
1 120 |
26 962 |
1 340 |
|
М14 |
12,6 |
124,63 |
29 910 |
1 490 |
79 761 |
3 980 |
31 157 |
1 550 |
37 388 |
1 860 |
|
М16 |
14,6 |
167,33 |
40159 |
2 000 |
107 092 |
5 350 |
41 833 |
2 090 |
50199 |
2 500 |
|
М20 |
18,3 |
262,89 |
63 093 |
3 150 |
168 249 |
8 410 |
65 722 |
3 280 |
78 867 |
3 940 |
|
М24 |
21,9 |
376,49 |
90 359 |
4 510 |
240 956 |
12 040 |
94 123 |
4 700 |
112 948 |
5 640 |
|
М27 |
24,9 |
486,71 |
116 810 |
5 840 |
311 493 |
15 570 |
121 677 |
6 080 |
146 012 |
7 300 |
|
М30 |
27,6 |
597,98 |
143 516 |
7170 |
382 708 |
19130 |
149 495 |
7 470 |
179 394 |
8 960 |
Дополнение к таблице максимальных нагрузок на высокопрочные соединения и нержавеющие материалы.
Для полной уверенности в безопасности можно разделить нагрузку измеряемую в Ньютонах на тридцать.
|
Нержавейка А2-50 |
|||||
|---|---|---|---|---|---|
|
РЕЗЬБА |
d2, мм |
Площадь d2, мм2 |
Предел текучести, Мпа |
Макс. нагрузка, Ньютон |
Рабочая нагрузка, кг |
|
М1 |
0,8 |
0,5 |
200 |
100 |
0 |
|
М2 |
1,7 |
2,27 |
200 |
454 |
20 |
|
М3 |
2,6 |
5,31 |
200 |
1 061 |
50 |
|
М4 |
3,5 |
9,62 |
200 |
1 923 |
90 |
|
М5 |
4,4 |
15,2 |
200 |
3 040 |
150 |
|
М6 |
5,3 |
22,05 |
200 |
4 410 |
220 |
|
М8 |
7,1 |
39,57 |
200 |
7 914 |
390 |
|
М10 |
8,9 |
62,18 |
200 |
12 436 |
620 |
|
М12 |
10,7 |
89,87 |
200 |
17 975 |
890 |
|
М14 |
12,6 |
124,63 |
200 |
24 925 |
1 240 |
|
М16 |
14,6 |
167,33 |
200 |
33 466 |
1 670 |
|
М20 |
18,3 |
262,89 |
200 |
52 578 |
2 620 |
|
М24 |
21,9 |
376,49 |
200 |
75 299 |
3 760 |
|
М27 |
24,9 |
486,71 |
200 |
97 342 |
4 860 |
|
М30 |
27,6 |
597,98 |
200 |
119 596 |
5 970 |
|
Нержавейка А2-70 |
|||||
|---|---|---|---|---|---|
|
РЕЗЬБА |
62,мм |
Площадь d2, мм2 |
Предел текучести, МПа |
Макс. нагрузка, Ньютон |
Рабочая нагрузка, кг |
|
М1 |
0,8 |
0,5 |
250 |
126 |
0 |
|
М2 |
1,7 |
2,27 |
250 |
567 |
20 |
|
М3 |
2,6 |
5,31 |
250 |
1 327 |
60 |
|
М4 |
3,5 |
9,62 |
250 |
2 404 |
120 |
|
М5 |
4,4 |
15,2 |
250 |
3 799 |
180 |
|
Мб |
5,3 |
22,05 |
250 |
5 513 |
270 |
|
М8 |
7,1 |
39,57 |
250 |
9 893 |
490 |
|
М10 |
8,9 |
62,18 |
250 |
15 545 |
770 |
|
М12 |
10,7 |
89,87 |
250 |
22 469 |
1 120 |
|
М14 |
12,6 |
124,63 |
250 |
31 157 |
1 550 |
|
М16 |
14,6 |
167,33 |
250 |
41 833 |
2 090 |
|
М20 |
18,3 |
262,89 |
250 |
65 722 |
3 280 |
|
М24 |
21,9 |
376,49 |
250 |
94 123 |
4 700 |
|
М27 |
24,9 |
486,71 |
250 |
121 677 |
6 080 |
|
МЗО |
27,6 |
597,98 |
250 |
149 495 |
7 470 |
|
Нержавейка А4-80 |
|||||
|---|---|---|---|---|---|
|
РЕЗЬБА |
12, мм |
Площадь d2, мм2 |
Предел текучести, МПа |
Макс. нагрузка, Ньютон |
Рабочая нагрузка, кг |
|
М 1 |
0,8 |
0,5 |
300 |
151 |
0 |
|
М2 |
1,7 |
2,27 |
300 |
681 |
30 |
|
М3 |
2,6 |
5,31 |
300 |
1 592 |
70 |
|
М 4 |
3,5 |
9,62 |
300 |
2 885 |
140 |
|
М 5 |
4,4 |
15,2 |
300 |
4 559 |
220 |
|
Мб |
5,3 |
22,05 |
300 |
6 615 |
330 |
|
М 8 |
7,1 |
39,57 |
300 |
11 872 |
590 |
|
М10 |
8,9 |
62,18 |
300 |
18 654 |
930 |
|
М12 |
10,7 |
89,87 |
300 |
26 962 |
1 340 |
|
М14 |
12,6 |
124,63 |
300 |
37 388 |
1 860 |
|
М16 |
14,6 |
167,33 |
300 |
50199 |
2 500 |
|
М20 |
18,3 |
262,89 |
300 |
78 867 |
3 940 |
|
М24 |
21,9 |
376,49 |
300 |
112 948 |
5 640 |
|
М27 |
24,9 |
486,71 |
300 |
146 012 |
7 300 |
|
МЗО |
27,6 |
597,98 |
300 |
179 394 |
8 960 |