Надежность трубопроводных и других конструкций обеспечивается за счет прочных фланцевых соединений с помощью болтов, гаек, шпилек. Показатели прочности резьбы напрямую зависят от диаметра изделия, а также высоты и других технических характеристик метиза. Максимальная нагрузка допускается для резьбовых соединений, где витки гайки постепенно разрушаются путем среза.
Существует такое явление, как разрушение витков резьбы — это одна из самых частых неисправностей метизов. Для определения показателей прочности используются несколько конструктивных особенностей:
- d — диаметр;
- P — шаг резьбы;
- R — радиус впадины резьбы;
- H — высота самой конструкции (она же длина свинчивания);
- соотношение механических показателей материалов изделия с корпусом.
Иногда учитываются размеры под ключ (поперечные данные).
Как резьба влияет на показатели прочности
Результаты проведенных испытаний, направленных на проверку прочности резьбовых соединений, показывают следующее. При осевых растягивающих нагрузках высота гайки должна быть достаточной, иначе резьба постепенно разрушается и соединение деформируется. Для повышения несущей способности метиза обязательно увеличение высоты конструкции. Также показатель обозначается как длина свинчивания соединения.
Значение диаметра
Известно, что при большем диаметре резьбовой части метиза (главное условие — отсутствие изменений в шаге и высоте), показатели несущей способности возрастают. Характеристики увеличиваются пропорционально диаметру или нелинейно, все зависит от материала изготовления метиза. Первый случай применим для стальных крепежей, взаимодействующих с алюминиевыми или магнитными сплавами. При этом в последнем случае динамика роста показателей немного снижается. Это несущественно, поэтому не всегда учитывается во время практических расчетов.
Значение шага резьбы
Если данная техническая характеристика уменьшается, при этом наружный диаметр и высота метиза остаются прежними, прочность соединения, соответственно, становится хуже. Специфика мелкой резьбы в том, что в пределах одного класса прочности не удается надежно перекрыть витки, как у изделий с крупной резьбой. Возникают радиальные негативные изменения гайки под воздействием повышенной нагрузки. Это в целом отрицательно сказывается на несущей способности соединений, которые отличаются мелкой резьбой.
Соотношение прочности материала крепежей
Резьбовые детали для соединения трубопроводных конструкций различаются материалами изготовления. Данный фактор тоже влияет на характеристики прочности. Если болт и гайка значительно отличаются показателями между собой, то резьбовая прочность тоже изменяется при увеличении шага.
Это объясняется возникновением условий, которые способствуют деформации и дальнейшему разрушению по причине смещения максимального давления в области контакта. Воздействие переходит к основанию витков метиза. Также при этом вероятность возникновения пластических деформаций минимальна.
Предусмотрено соотношение ов, б/ов, используемое для определения показателей. Для соединения, где применяются гайки из магниевого или другого сплава, отличающегося меньшей упругостью, шаг также имеет значительное влияние, как и у соединений из стали.
Достаточная высота гайки (длина скручивания)
Анализируя данные проведенных исследований можно прийти к выводу, что при в, б/ов, г < 3 в конкретном диапазоне показателей возможно найти достаточную высоту метиза, подходящую для достижения равной прочности крепежных элементов в соединении.
Подходящая высота гайки напрямую зависит от диаметра, а также шага резьбовой части. При этом на показатель влияют механические свойства конструкций, метод соединения и другие технические характеристики, изменяющие распределение нагрузки между витками. Если высота гайки превышена, это не оказывает положительного эффекта на соединение. Резьбовая прочность ограничена несущей способностью стержня и она не увеличивается. При необходимости обратитесь к специалистам, чтобы рассчитать подходящие показатели прочности и выбрать нужные метизы для соединения трубопроводов.
Изменения соотношения механических показателей между материалами крепежных изделий значительно влияет на возникающую деформацию, а также разрушение резьбовых витков. При разных отношениях ов, б/ов, г отличается несущая способность, даже если упругость при этом остается одинаковой.
Практические исследования прочности на примере шпилек показали, что при увеличении прочностных характеристик с 740 до 1660 МПа характеристики несущей способности возросли почти в 2 раза. Дело в том, что в данных условиях улучшаются условия для появления резьбовой деформации, поскольку нагрузка по прежнему смещается к основанию. Рекомендуется учитывать это на этапах проектирования, производства конструкции (для литых, кованых, штампованных корпусов, изготовленных из пластичных сплавов).
Срез витков крепежных изделий
При ов, б/ов, г наблюдается разрушение соединения по причине пластического изгиба витков или смятия. Во многих случаях возникает полное выламывание части соединяемой конструкции. При этом несущая способность значительно увеличена по сравнению с разрушением от среза.
Исследования показывают, что пластические деформации изделий появляются в условиях воздействия от 40% разрушающих напряжений. Интенсивность возрастает при возникновении напряжений 0,7…0,9. Изменения происходят достаточно резко, при этом значительно увеличивается температура соединения до 60°С.
В случае использования разных материалов для основания и метизов, несущая способность резьбовой части увеличивается за счет повышения показателей прочности материала шпилек.
Вывод
Можно сделать вывод, что прочность крепежных изделий зависит от большинства характеристик используемой для создания соединения конструкции (диаметр, шаг, длина скручивания, радиус и соотношение между витками). Прочность повышается при изменении диаметра, шага, высоты и прочности материала в большую сторону.