Прочность болтов

Расчет нагрузки на болт

Маркировка головки болта обычно содержит следующие данные:

- клеймо завода изготовителя (JX, THE, L, WT, и т.п.);
- класс прочности;
- стрелка "против часовой стрелки" (если левая резьба).

Первая цифра обозначает номинальное временное сопротивление (предел прочности на разрыв): 1/100 Мпа (1/100 Н/мм²; ~1/10 кг/мм²). Пример: (класс прочности 9.8) 9*10=900 Мпа (900 Н/мм²; 91,71 кг/мм²).

Вторая цифра обозначает процентное отношение предела текучести к временному сопротивлению (пределу прочности на разрыв): 1/10%. Пример: (класс прочности 9.8) 9*8=720 Мпа (720 Н/мм²; 73,37 кг/мм²).

Значение предела текучести - это максимально допустимая рабочая нагрузка болта, при превышении которой происходит невосстанавливаемая деформация. При расчётах нагрузки используют 1/2 или 1/3 от предела текучести, с двукратным или трёхкратным запасом прочности соответсвенно.

По действующей международной классификации к высокопрочным болтам относятся изделия, временное сопротивление которых больше или равно 800 Мпа (800 Н/мм²; 81,52 кг/мм²). Соответсвенно начиная с 8.8 для болтов и 8 для гаек.

Примеры текучести материала

Примером может послужить обычная кухонная вилка. Изогнув её в одном направлении, можно получить совершенно другой предмет, значит нарушилась ее текучесть, что привело к деформации. Материал при этом только деформировался, но не сломался, что свидетельствует о большой степени упругости стали. Вывод: максимальная прочность намного выше текучести.

Другое кухонное оборудование, например нож, сломается при попытках изменить его форму. Вывод: у ножа одинаковая сила текучести и прочности, такое изделие можно назвать хрупким, несмотря на то, что оно изготовлено из стали.

Аналогичным практическим примером может послужить вкручивание гайки: сам болт увеличивает длину только после определенного действия над ним. При неблагоприятном исходе эксперимента может состояться срыв резьбы на креплении.

Можно просмотреть тематический ролик, который покажет способ испытания болтов.

Процент удлинения - это среднестатистический показатель, который демонстрирует длину деформированной детали еще до начало поломки. Образно, можно называть такого рода болты гибкими, имея ввиду именно способность к удлинению.

Техническая терминология на этот счет довольно простая: относительное удлинение - это не что иное, как процент увеличения образца по сравнению с первоначальным размером.

Твердость материала

Твёрдость по Бринеллю – это характеристика, которая позволяет определить твёрдость материала.

Крепежи из нержавеющий стали тоже оснащены специальной маркировкой на верхушке крепления.

Вид стали А2 или А4 и предел прочности - 50, 70, 80, примеры: А2-70, А4-80. На крепления, которые имеют четко выраженную резьбу, наноситься цветная маркировка для A2 – зеленым цветом, для A4 – красным. Значение для предела текучести не указывается.

Например, значение 70 – самое стандартное и демонстрирует максимальную прочность крепежа из нержавеющей стали.

Максимальная текучесть для нержавеющих метизов, часто лишь справочное значение.

Текучесть в данном случае будет составлять 250 Н/мм2 для A2-70 и около 300 Н/мм2 для A4-80.

Приблизительное увеличение при этом будет не больше чем 40%. Иными словами, данный вид стали отменно меняет форму перед тем, как произойдёт непоправимая деформация.

Старые отечественные методы измерения по ГОСТ-у не позволяли уделить должное внимание максимально допустимым нагрузкам на болты, поэтому выпускаемые метизы были значительно ниже по качеству относительно современных.

Пример, чтобы максимально точно рассчитать нагрузку на материал, используя классификацию прочности:

Крепление М12 с прочностью 8.8 размером d2 = 10,7мм и максимально продолжительностью сечения 89,87мм2. В этом случае максимально допустимая степень нагрузки будет: (8*8*10)*89,87 ;0) = 57520 Ньютон.

Таблица нагрузок для болтов из углеродистой и из нержавеющей стали.

			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

Дополненная таблица максимальных нагрузок на нержавеющие материалы и высокопрочные соединения.

Чтобы быть уверенным в безопасности нагрузки, можно без зазрения совести разделять нагрузку 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	0,50	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	15,20	200	3 040	150
Мб	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
МЗО	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	0,50	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	15,20	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	0,50	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	15,20	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