Единица измерения усилия затяжки

Затяжка динамометрическим ключом. Не упусти “момент”

На любом производстве или сборочной линии, а также в профессиональном автосервисе обтяжка динамометрическим ключом болтов и гаек обеспечивает надежное соединение деталей.

Разновидности таких инструментов используются в промышленности и строительстве: для обтяжки фланцев, барабанов или болтовых соединений при сооружении металлических конструкций. Широко применяются в автомастерских для закручивания двигателей, КПП, элементов подвески, колесных дисков.

Поговорим о том, как правильно выставить момент затяжки.

От чего зависит момент?

Все крепежные изделия подразделяются на классы прочности, в зависимости от материала и характеристик резьбы. Правильный момент зависит от:

• Класса прочности крепежа.
• Размеров крепежа.
• Характеристик резьбы (метрическая, дюймовая и т.д.).

Практически любой болт имеет маркировку. Она состоит из двух чисел, разделенных точкой:

• Первое число, умноженное на 100, показывает предел прочности: усилие при котором крепеж начнет разрушаться. Оно измеряется в Ньютонах на квадратный миллиметр (Н/мм2).
• Второе число, умноженное на 10 – процент от предела прочности болта. Это усилие, при котором начнется необратимая деформация материала.

Для примера возьмем болт с самым распространенным классом прочности 8.8:

• При усилии в 800 Н/мм2 он лопнет.
• При усилии свыше 640 Н/мм2 (80% от 800 Н/мм2) его резьбовая часть начнет необратимо растягиваться.

Выбираем момент затяжки болтов

Ниже мы приведем таблицу усилия затяжки динамометрическим ключом по ГОСТу. Пользуясь ей, вы всегда сможете подобрать нужное усилие, не только ориентируясь на параметры резьбы, но даже просто зная размер головки болта.

Таблица затяжки болтов динамометрическим ключом для соединений с метрической резьбой (без покрытия и без смазки):

Усилия затяжки динамометрическим ключом. На что обратить внимание?

Чтобы выбрать верное усилие затяжки важно учитывать:

Размер приводного квадрата ключа. Чем он больше, тем больший момент затяжки обеспечивает. Для обтяжки колесных болтов “легковушки” достаточно ключа на ½ дюйма. А вот для коммерческого транспорта больше подойдет ключ на ¾ дюйма.

Диапазон момента затяжки. Не следует долго работать как на минимальных показателях, так и на пределе усилия ключа — это не отражается на точности измерений, но сокращает срок его службы. Если диапазон вашего инструмента — 20-200 Нм, оптимальным рабочим значением будет 50-140 Нм.

Правильное положение. Также на точность влияет положение рук оператора в момент затяжки. Ключ следует держать только за рукоятку, не хватаясь дополнительно за корпус, так как чаще всего рычажный механизм настроен именно на такой хват.

Усилие затяжки болтов: расчет момента

Правильно затянутый болт — это тот, который затянут так, что он действует как очень ребристая пружина, стягивающая сопрягаемые поверхности вместе. Вращение болта (крутящий момент) в какой-то момент вызывает его растяжение (натяжение). На величину натяжения, возникающего при приложении заданного момента затяжки, влияет несколько факторов:

1. Первый — диаметр болта. Для затяжки болта маленького диаметра требуется прикладывать существенно больше усилий, чем для затяжки крупного болта.
2. Второй — класс болта. Для затягивания болта меньшего класса требуется больше усилий, чем для растягивания более высококлассного болта, из-за большей прочности материала.
3. Третий — коэффициент трения, иногда называемый «фактором гайки». Значение этого коэффициента указывает на то, что более твердые, гладкие или скользкие болтовые поверхности, такие как резьба и опорные поверхности, требуют меньшего вращательного усилия (крутящего момента) для натяжения болта, чем более мягкие, грубые и липкие поверхности.

Если болт затянут достаточно, то соединение будет более надежным и прослужит дольше. При этом не будет деформированных деталей.

Требуемое осевое усилие болта

Соотношение между приложенным крутящим моментом и осевой силой или нагрузкой в болте может быть рассчитано по формуле T = K х F х d, где:

• T — крутящий момент гаечного ключа (Нм, в кг);
• K — константа, зависящая от материала и размера болта;
• d — номинальный диаметр болта (в метрах);
• F — осевое усилие болта (в кг).

Следует иметь в виду, что табличные показатели обычно являются грубым расчетом. Кроме того, точность динамометрического ключа обычно не превышает +-25%.

Приведенный ниже расчет можно использовать для вычисления крутящего момента, необходимого для достижения заданного осевого усилия болта или нагрузки. Способ является универсальным и может использоваться для неметрических и метрических единиц измерения до тех пор, пока использование единиц измерения является последовательным.

Обратите внимание, что стандартные сухие крутящие моменты обычно рассчитываются для создания растягивающего напряжения или осевой силы, а также нагрузки зажима в болте, которая равна 70% минимальной прочности на растяжение или 75% запаса прочности.

Пример расчета: пробная нагрузка для метрического болта М30 является 373000 N. Крутящий момент, необходимый для достижения этого натяжения с помощью сухого болта, можно рассчитать следующим образом: Тсухой = (0,2) х (373000 Н) х (30 мм) х (10-3 м / мм) = 2238 (Н/м).

Смазка болта маслом SAE 30 уменьшает крутящий момент, необходимый для достижения того же напряжения, примерно на 40%. Уменьшенный крутящий момент можно рассчитать по формуле ТSAE30 = (2238 Н/м) х (1 – (40%) / (100%)) = 1343 Н/м.

Прочность болта

В следующей таблице приведены характеристики прочности для различных классов свойств метрических стальных болтов, винтов и шпилек:

Класс

Диапазон номинальных размеров (мм)

Прочность (МПа)

Предел растяжимости, мин (МПа)

Предел прочности при растяжении, мин (МПа)

Материал

Низкоуглеродистая или среднеуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая или среднеуглеродистая сталь; полностью или частично отожженная

Низко- или среднеуглеродистая сталь; холодная обработка

Среднеуглеродистая сталь; закаленная

Среднеуглеродистая сталь; закаленная

Среднеуглеродистая сталь; закаленная

Легированная сталь; закаленная

Легированная сталь; закаленная

Предел прочности или предельная прочность на растяжение может быть определена как максимальная величина растягивающего напряжения, которое компонент может выдержать до того, как он сломается. Запас прочности может быть определен как наибольшая величина растягивающего напряжения, которое компонент способен выдержать до начала проявления пластической или постоянной деформации при снятии приложенного напряжения.

Предел растяжимости — это единица растягивающего напряжения, которое компонент может выдержать, когда он проявляет 0,2% пластической или постоянной деформации. Класс обычно штампуется на головке болта. Эти две цифры указывают на прочность болта или винта при предельном растяжении.

В случае болта класса 8.8 первая цифра означает, что предел прочности при растяжении составляет не менее 800 МПа. Вторая цифра означает, что крепеж начнет давать выход на 80% от предела прочности при растяжении, то есть не менее 640 МПа.

Контроль над затяжкой крепежа

Если гайки и болты, закрепляющие сменную деталь или механическую систему, имеют требуемое давление затяжки, то динамометрический ключ необходим по нескольким причинам. В большинстве случаев при попытках затянуть крепежные детали с помощью накидного ключа или ручного ключа-храповика произойдет две вещи:

1. Затяжка будет слишком свободная. Если крепежная деталь слишком свободна, она может создать зазор между гайкой или болтом и частью, которую она закрепляет. Когда это происходит, накапливается избыточное тепло, которое ослабляет крепежную деталь до такой степени, что болт защелкивается или деталь отваливается. С колесами и компонентами рулевого управления/торможения это может привести к несчастным случаям и даже смертельному исходу.
2. Затяжка будет слишком тугая. Большинство механиков не понимают, насколько они сильны. На самом деле, чрезмерное затягивание является более распространенным явлением, чем оставление крепежных деталей слишком свободными. Когда они слишком тугие, опасность возникает в виде слишком большой силы, которая обычно деформирует, сгибает или повреждает болты и саму деталь.

Всегда при техническом обслуживании транспортного средства или другой конструкции лучше пользоваться заводским руководством. Инструкция позволит правильно выполнить необходимые действия, получив желаемый результат. А для крепления болтами деревянных элементов нужна шайба квадратная для деревянных конструкций. Это необходимо для того чтобы предотвратить образование вмятин в дереве и ослабления затяжки. На самом деле, лучше выполнять такое крепление саморезами. В нашем магазине «Первый крепеж» можно купить саморезы, опт цена на которые вас приятно удивит.

Вот несколько общих советов по использованию динамометрического ключа:

1. Нужно очистить болты и крепежные детали перед установкой. Всегда лучше удалить ржавчину, грязь и мусор с любого крепежа перед монтажом. Если есть чрезмерное накопление ржавчины, используйте проникающую жидкость, такую как WD-40, чтобы удалить ржавчину. Перед установкой гаек или болтов следует убедиться, что излишки WD-40 удалены.
2. Установить динамометрический ключ на рекомендуемое давление. В руководстве по техническому обслуживанию указывается рекомендуемое давление затяжки. В нижней части динамометрического ключа имеется ряд цифр, указывающих на установку давления. Нужно следовать инструкциям по настройке динамометрического ключа, так как каждый динамометрический ключ уникален и имеет разные шаги.
3. Затягивать компоненты лучше в два этапа. Направить гайку или болт на деталь с помощью ручного ключа, пока он не станет плотным, но не тугим. В этот момент используется динамометрический ключ, установленный на рекомендуемое давление крутящего момента. Тянуть динамометрический ключ в направлении затяжки нужно, пока не прозвучит щелчок в ручке ключа. Далее необходимо остановиться и затянуть еще раз, пока снова не станет слышен тот же звук. Второй щелчок подтверждает правильную настройку затяжки.

Чтобы затянуть болты повышенной прочности, зачастую требуется дополнительное оборудование, позволяющее усилить крутящий момент. Обычно в подобной ситуации применяется ключ-мультипликатор.

Таблица момента затяжки болтов

В таблице ниже указаны значения предварительной нагрузки и моменты затяжки для стальных крепежных деталей с тонкой метрической резьбой:

Класс свойств предварительной нагрузки (N) по стандарту ГОСТ Р ИСО 898-1-2011

Усилие затяжки болтов: определение момента

Чтобы обеспечить надежное соединение с помощью резьбовых крепежных элементов, необходимо использовать качественные метизы, и правильно выполнять затягивание болтов и гаек. Перед началом работы следует узнать, с каким усилием нужно тянуть болты. Момент усилия затяжки болтов равен модулю величины силы, которую прикладывают к гайке в процессе накручивания на стержневую часть винта.

Разболтанный или излишне сильно затянутый крепеж приводит к различным негативным последствиям. Что может произойти, если усилие затягивания болтов рассчитано неправильно:

• самооткручивание гаек в процессе эксплуатации. Например, неопытные мастера шиномонтажа часто допускают небрежности при закручивании гаек, что может привести к неожиданному откручиванию колеса. После визита в незнакомый шиномонтаж стоит проверить затягивание гаек баллонным ключом;
• если гайка раскрутилась на фланцевом соединении, может произойти протечка трубопровода. Для предотвращения раскручивания гаек на фланцевых соединениях используют гравер (круглая рассеченная шайба со специальным профилем квадратной формы, ее ставят между гайкой и плоской шайбой);
• если удлинение шпильки винта превышает рекомендованные нормативы (от 0,03 до 0,15 мм на каждый 100 мм длины), снижается надежность соединения. Это может стать причиной разъединения деталей в стандартных условиях эксплуатации крепежного соединения.

Рассчитывать момент закручивания болтов по формулам не нужно: необходимая информация есть в свободном доступе. Таблица усилий затяжки метрических болтов содержит значение крутящего момента в Нм, а также основные характеристики крепежа:

• диаметр и шаг резьбы метиза в мм;
• площадь сечения стержня в мм;
• усилие предварительной затяжки болтов.

Для определения момента затяжки болтов в алюминий и другие материалы по таблицам с практическими данными (также измеряются в Нм) достаточно знать класс прочности и тип резьбы метиза.

Виды затяжки болтов

Затяжка болтов производится неконтролируемым или контролируемым способом. В первом случае монтажник применяет молоток и рожковый гаечный ключ. С каким усилием закручивать болты, в данном случае мастер определяет “на глаз”, на основе субъективного опыта. Проверить качество крепежа в этом случае нельзя.

Контролируемый метод заключается в использовании калибровочного инструмента, который позволяет соблюсти момент затяжки болтов в соответствии с таблицей.

Контроль над затяжкой крепежных элементов

Рекомендуем выполнять контролируемую затяжку крепежных элементов. С помощью применения динамометрических приспособлений вы получаете сразу несколько преимуществ:

• Точная нагрузка на элементы крепежа позволяет не опасаться за целостность метиза, гайки и надежность резьбы.
• Распределение нагрузки при вкручивании становится равномерным. Это позволяет гарантировать равномерное сжатие в крепежных соединениях и повышает надежность конструкции в целом.
• Исключен риск травматизма на работе. Прибор помогает избежать чрезмерно высокого усилия, и делает работу с крепежными элементами более простой и безопасной.
• Экономия времени. Чтобы закрутить гайку, требуется намного меньше времени, чем при отсутствии динамометрических приборов.
• Отсутствие брака при выполнении крепежных соединений.

Чтобы каждый желающий мог затянуть болты с нужным усилием, применяются динамометрические ключи. Динамометрические приспособления востребованы во всех сферах строительства, в ремонте и производстве автомобилей, при сборке мебели, бытовой техники и во многих других областях. Существует несколько разновидностей этого инструмента:

• Динамометрический ключ щелчкового типа — наиболее распространенная разновидность инструмента. Когда достигнуто требуемое усилие затяжки болтов, ключ щелкает и перестает передавать крутящий момент на крепежное соединение. Предельное значение силы закручивания выставляется заранее.
• Стрелочный динамометрический ключ — требует контроля над прилагаемым усилием во время применения. Главный недостаток — требуемое значение силы невозможно выставить предварительно. Это особенно неудобно, если крепеж нужно установить в труднодоступном месте. Принцип работы инструмента: рукоятка со шкалой перемещается на некий угол. Указатель ключа при этом остается зафиксированным. Стрелочный ключ не подойдет для человека без опыта — он требует профессионализма и умения «почувствовать» усилие при закручивании гаек.
• Цифровой динамометрический ключ работает так же, как и предельный ключ. Разница в том, что замер усилия затягивания болтов производится с помощью электронного механизма. Когда необходимая величина крутящего момента при завинчивании гайки достигнута, раздается звуковой сигнал. Отследить изменение силы закручивания во времени можно на цифровом дисплее устройства.

Когда требуется затянуть высокопрочные болты, может потребоваться дополнительный инструмент для усиления крутящего момента. Для этих целей принято использовать ключ-мультипликатор. Также этот инструмент пригодится для затягивания гаек в труднодоступных местах. Мультипликатор следует выбирать с учетом характеристик динамометрического ключа. Специалисты рекомендуют покупать динамометрический ключ с усилием, которое в 5 раз меньше, чем у мультипликатора. Форма мультипликатора может быть любой — выбор зависит от личных предпочтений и удобства в работе. Применять ключ-мультипликатор без динамометрического инструмента нельзя. Это равнозначно приложению рычага значительной длины без контроля усилия крутящего момента. В результате можно получить перетянутое крепежное соединение.

Если вам нужно рассчитать, с каким усилием затягивать болты во время смены колес легкового или грузового автомобиля, вы можете просто установить на смартфон специальное приложение. Подходящее ПО для гаджетов выпустила компания Bridgestone. Приложение работает очень просто: пользователь вводит марку авто, и получает величину момента силы затяжки болтов с необходимыми допусками. Теперь не нужно сохранять таблицы в облако или носить с собой бумажные инструкции — программа подскажет, как нужно закручивать метизы в соответствии с рекомендациями производителя.

Моменты затяжки болтов — таблица

Важное уточнение: любая таблица стандартизованных величин подходит только для новых болтов и гаек, которые ранее не были в использовании. Повторная эксплуатация резьбовых соединений приводит к увеличению трения в системе крепежа. Если гайковерт подтверждает, что вы затянули болт до нужного значения крутящего момента, это не будет гарантией надежности крепежного соединения. Не применяйте для работы и ремонта метизы, бывшие в употреблении — их использование повышает риск аварийных ситуаций.