Винтовое соединение: типы и виды креплений, особенности

Для фиксации составляющих частей сборных конструкций используют различные типы соединений, и одно из них – винтовое. Оно применяется в разных сферах и осуществляется с помощью специальных крепёжных элементов, таких как винты, шпильки.

Винтовое соединение разъёмное, может быть неподвижным или же предполагающим возможность смещения стыкуемых элементов относительно друг друга. Фиксация обеспечивается наличием резьбы на поверхности крепежа и внутри тела одной детали, двух или нескольких, в зависимости от количества совмещаемых изделий или заготовок и необходимой степени их подвижности. Для максимально надёжного и долговечного неподвижного соединения используют дополнительные метизы – гайки. Для увеличения опорной поверхности под них или под головки крепежа подкладываются шайбы.

В этой статье расскажем подробно о том, где можно использовать винтовое соединение, какими плюсами оно обладает, каким бывает. Рассмотрим также стандарты и возможные размеры.

История возникновения первого винтового соединения

Когда появилось винтовое крепление, точно неизвестно. Но, согласно результатам археологических раскопок, оно использовалось ещё около пяти тысяч лет назад, то есть до нашей эры. Изделия, напоминающие по конфигурации современные винты, обнаружены на территориях бывшей Месопотамии, Китая. Даже жившие в Америке народности применяли такие соединения ещё до того, как эти земли начали осваивать европейцы.

Первоначально винты представляли собой валы, изготавливаемые из древесины. И они применялись не для фиксации, а для преобразования вращения в возвратно-поступательные перемещения, что требовалось для работы примитивного оборудования, перекачивавшего воду.

В античном мире винтовые детали внедряли в конструкции для отжима масла из плодов оливы. А так называемый архимедов винт, получивший своё наименование в честь легендарного учёного Древней Греции, использовался в земледелии для подачи воды из низко расположенных водоёмов на засаженные поля для их полива и орошения.

Практически до пятнадцатого столетия винты изготавливались вручную и штучно. Для их производства мастера прикладывали немало усилий, долго осваивали навыки создания резьбы по примитивным, несовершенным шаблонам. Ручная работа стоила довольно дорого, поэтому изделия были доступны только состоятельным людям.

Унифицированные резьбы, а также головки деталей разработал сам Леонардо да Винчи, который также создал копир. И его технологии позволили сделать шаг на пути к созданию первых прототипов токарных станков.

Винты, оснащаемые головками и имеющие привычный для всех вид, начали изготавливаться в период между XV столетием и следующим XVI. А в начале восемнадцатого века Европа оказалась на пороге промышленного бума, который ознаменовал массовое производство винтов. Их масштабный выпуск привёл к необходимости стандартизировать формы и размеры головок, конфигурацию и шаг резьбы.

Преимущества, недостатки

Рассмотрим плюсы, которыми обладают крепления винтового типа:

Надёжность. Хотя соединения разъёмные, фиксация не позволяет их разъединять без усилий. Кроме того, риски саморазвинчивания можно нейтрализовать использованием в крепеже гайки.
Закрепление в требуемом, точном положении. Элементы занимают заданное взаимное расположение, которое не меняется со временем.
Возможность контролировать и изменять силу сжатия путём затягивания или, наоборот, ослабления.
Монтаж, как и разборка, производится стандартными инструментами, без приложения большой силы и применения специальных навыков.
Большой выбор модификаций, типоразмеров, конфигураций головок и углублений под отвёртки, называемых шлицами. Разнообразие вариантов позволяет соединять разные детали.
Стойкость к значительным осевым нагрузкам. Возможно использование для сборки крупногабаритных, тяжёлых конструкций, в том числе постоянно находящихся в движении.
Малый вес, компактность метизов. Они не утяжеляют конструкции, практически незаметны на фоне стыкуемых элементов.
Невысокая стоимость. Доступная цена обусловлена массовым и стандартизированным производством метизов.

Минусы следующие:

Напряжения, концентрирующиеся в резьбовых углублениях. Они понижают степень усталостной прочности. При высоких динамических нагрузках резьба может истираться, постепенно разрушаться, ослабляя прочность фиксации.
Необходимость использования элементов стопорения. Часто винты применяют в паре с гайками, что снижает риски саморазвинчивания. А чтобы увеличить опорную поверхность, что также препятствует раскручиванию, следует подложить под гаечную часть или под головку винта шайбу.

Различия винтов, болтов и шурупов

К винтовым соединениям иногда относят болты. И такие виды метизов действительно похожи по некоторым характеристикам. Их рабочие части имеют цилиндрическую форму, в конструкции в обоих случаях предусмотрены наружная резьба и головка. Но, несмотря на схожесть и общее назначение, функции болтов и винтов разные. Есть различия и в конфигурации.

Также винты нередко путают с шурупами. Но для первых характерен стержень в виде цилиндра. Основная часть шурупа – конусообразная. Большинство винтов, кроме специальных самонарезающих, ввинчиваются в заблаговременно сформированные отверстия с внутренней резьбовой поверхностью. Для дополнительной фиксации при сквозном прохождении метиза через две детали на конец накручивают гайку.

А шурупы вкручиваются сразу и при этом одновременно нарезают резьбу. Поэтому их часто применяют для фиксации элементов из мягких материалов, таких как пластики, дерево. Винты же в этом плане универсальны, так как совместимы с деревянными, металлическими, пластмассовыми, даже стеклянными и каменными изделиями.

Отличия винтовых соединений от болтовых не такие очевидные, но они есть:

Болты снабжаются головками, которые рассчитаны на закручивание гаечными ключами соответствующих размеров. Также метизы почти всегда применяются в паре с гайками, навинчиваемыми на концевые зоны. Такая технология обеспечивает надёжную фиксацию, ведь внутренняя резьба в соединяемых деталях предусматривается не всегда.
Винты вкручиваются в элементы, в которых заранее нарезаются внутренние резьбы. Если эти резьбовые отверстия глухие, то гайки не требуются. При сквозном прохождении метиза в участке выхода он фиксируется гаечным дополнительным крепежом. Для вкручивания и раскручивания обычно используют отвёртку или снабжённый нужной битой электрический шуруповёрт.
Болты имеют довольно крупные головки с относительно большой высотой. Эти части выступают и выделяются, в некоторых случаях скрываются заглушками для закрытия острых граней. А головки винтов более плоские, поэтому могут утапливаться в деталях, если предусмотрены соответствующие углубления.
Болтовая конструкция подразумевает работу на сдвиг. А винтовое строение предусматривает действие на разрыв и сжатие, то есть осевую нагрузку на стержень.
Так как винт вкручивается в монтажное отверстие, то резьба проходит по всей длине его стержня. Болт может иметь резьбовую поверхность на половине, в большей части или ближе к концу, чтобы обеспечить полноценное накручивание гайки.
Стержень винта может прокручиваться в установочном отверстии. Болты же, как правило, не движутся за счёт плотного прижатия гайками.

Разновидности соединений

По особенностям фиксации выделяют два вида соединений:

двух деталей плоской формы, например, пластин;
плоского элемента и объёмного (второй обычно служит основанием).

К винтовому крепежу относят винты и шпильки. Последние менее распространены, имеют вид стержня с резьбой, сформированной по всей длине или в концевых частях. Головка не предусмотрена.

Винты более популярны, поэтому рассмотрим подробнее их вариации. По назначению детали делятся на крепёжные, обеспечивающие крепление, и установочные, используемые для корректного позиционирования стыкуемых деталей по отношению друг к другу. Отдельно можно обозначить регулировочные специальные винты, которые точно регулируют взаимное расположение элементов, углы их наклона или степени примыкания в соответствии с заданными параметрами.

Также все метизы различаются по конфигурации головок (о ней будет написано ниже) и по исполнению шлица. Последний представляет собой выемку, передающую вращательное усилие от монтажного инструмента непосредственно крепежу. Шлицы бывают прямыми, крестовыми, звёздчатыми, шестигранными и антивандальными секретными, исключающими несанкционированное раскручивание без специализированного инструмента. Ниже рассмотрим особенности самых популярных вариантов.

Работа с шестигранными метизами

Такая разновидность отличается головкой с углублением в виде шестигранника, то есть шестиугольной призмы. Конструкция требует работы специализированным инструментом – шестигранным ключом. Данный вид часто используют в качестве антивандального, так как раскрутить его обычной отвёрткой невозможно.

При закручивании можно прилагать значительные усилия для максимального затягивания, так как повредить шестигранное гнездо гораздо сложнее, чем прямую или крестообразную насечку. Такая особенность продлевает сроки службы, а также позволяет многократно устанавливать и демонтировать винты, что требуется при регулярном текущем обслуживании некоторых сборных конструкций.

Создаваемый при ввинчивании крутящий момент почти десятикратно превышает таковой у головок с крестообразными и прямыми шлицами. А если использовать специальные ключи, возможно работать даже в ограниченных пространствах, под углом. Ещё одно преимущество такой разновидности – это стойкость к повышенным динамическим и вибрационным воздействиям.

Работа с TORX-винтами

У таких метизов гнездо в головке имеет форму звезды и называется TORX. В качестве материала используют нержавеющие прочные стали. Подобные винты встречаются в металлоконструкциях в приборо-, машино-, станкостроении. При сборке допускается приложение большого крутящего момента без рисков деформаций или разрушения самой головки или инструмента.

При завинчивании необязательно оказывать сильное давление вдоль оси, так как сцепление инструмента с головкой надёжное, вероятность случайных соскальзываний минимальна.

Для монтажа подойдёт крестовая отвёртка или шуруповёрт со звёздчатой насадкой. Желательно выбрать импульсный режим с интервалами, чтобы добиться максимально надёжного крепления.

Работа со шлицевыми метизами

Шлиц часто бывает прямым или выполненным в виде креста. Головка при этом может быть конической потайной, полукруглой или круглой. Шлицевые вариации распространены в строительстве, монтаже сборных конструкций, ремонте. Резьбовая часть может иметь длину до 10 сантиметров, что делает возможной фиксацию достаточно толстых деталей.

Главный плюс – несложная установка. Винт помещается в заранее сформированное резьбовое отверстие и вкручивается в нужном направлении обычной отвёрткой: прямой либо крестовой. Свободная часть головки достаточно широкая, поэтому срок её эксплуатации продолжительный.

Стандартные модификации винтов

Метизы различаются по формам, шагу резьбы, размерам головок. Так, последние бывают таких видов:

плоские – самые востребованные, стандартные;
круглые, с полусферической выступающей поверхностью и разной степенью выпуклости (подвид – грибовидные);
потайные с нижней конической частью, утапливаемой в углублении, и верхней плоской зоной, не выступающей над поверхностью;
полупотайные – тоже заглубляемые, но имеющие немного выступающую головку, часто круглую.

Стержень всегда имеет форму цилиндра, а его концевая зона бывает разных конфигураций, например, конической, ступенчатой с внешним конусом или с наконечником в виде полусферы, засверленной с внутренним конусом, с цилиндрическим выступом.

Вместо головки в крепёжных модификациях могут предусматриваться различные крепления: крюки, «барашки», спиральные кольца, Г-образные элементы, петли. Такие конструктивные особенности упрощают откручивание без инструментов.

Размеры по стандартам ГОСТ, ОСТ, DIN, ISO

Для конфигураций и шагов резьбы, форм и типоразмеров действуют определённые стандарты: международные и российские государственные. К последним относят ГОСТ, которые должны соответствовать общепринятым и действующим в других странах нормативам – ISO и DIN. Такое стандартизированное соотношение обеспечивает взаимозаменяемость крепежа.

К сведению! Также действуют профильные отраслевые стандарты. Это ОСТ, распространяющиеся на изделия, используемые в конкретных отраслях.

В маркировке предусмотрено два индекса. Первый указывает длину, а второй характеризует диаметр. Если винт потайной, то есть полностью погружаемый в тело детали, то указывается его общая длина, включая высоту головки. Для остальных метизов отмечается длина рабочей стержневой зоны.

Маркировочная комбинация состоит из нескольких цифр и букв. Разберём пример А3М12х1,50LH-4gx80.66. С. 097. В этой маркировке:

A – класс точности детали. Всего их три, два других – это B и C.
3 показывает тип исполнения. Вариантов три, но первый в маркировку вносить не принято.
M – резьба метрического типа. Другие возможные вариации – трапециевидная Тр и коническая К.
12 – значение диаметра, измеренного в миллиметрах.
1,50 – указываемый для нестандартных резьб шаг.
LH – левая резьба (указание правой при маркировании необязательно).
4g – класс точности, к которому относят резьбу.
80 – указанная в мм длина стержня.
66 – числовое указание прочности, с двух сторон выделяемое точками.
C – спокойная категория стали. Есть также автоматная с буквенным обозначением А.
097 – числовая пометка характеристик покрытия. 9 обозначает использование цинка, а 7 – это количество микрометров толщины нанесённого слоя.

Рассмотрим некоторые типоразмеры метизов и сферы их применения.

М3х10. Вариант, востребованный в строительстве, в промышленности.
М3х6. Детали часто используют с металлическими или пластиковыми твёрдыми элементами. Стержень имеет длину от 6 м до 20.
М8х45, М8х25. Прочные, массивные винты для фиксации крупногабаритных изделий значительной массы, а также для сборки сильно нагружаемых конструкций.
М4х16, М4х10, М4х20. Производятся из углеродистых сталей с нанесением цинка.
М5х20, М5х10, М5х8. Применение – монтаж, сборка. Возможно ввинчивание в дюбели, анкеры. Для фиксирования применяют шайбы.
М6х10(12, 16, 20, 25 или 30). Типоразмеры с широкой сферой применения. Эти винты совместимы с дюбелями и анкерами, могут использоваться с гайками, шайбами.

Применение винтовых соединений

Винтовые соединения получили широкое применение в таких областях:

изготовление сборных металлических, пластиковых, деревянных и других конструкций: крупносерийное, мелкосерийное и штучное;
производство станков, транспорта, оборудования;
монтаж, включая электромонтажные мероприятия;
установка объектов, на которые действуют высокие вибрационные, эксплуатационные, динамические и весовые статические нагрузки;
прокладка инженерных систем, подключение к трубопроводам дополнительных линий или контролирующих, измерительных устройств.

Как правильно выбрать винты

При выборе следует учитывать главные параметры, к которым относят ожидаемые условия эксплуатации конструкции, назначение и цели крепления, требуемые показатели надёжности и сроки службы, стойкость к негативным факторам окружающей среды, а также допустимые нагрузки. Также важно учесть соответствие действующим для той или иной продукции стандартам, сложность установки и возможность быстрого доступа для демонтажа.

Заключение

От качества винтового соединения зависит надёжность всей конструкции или изделия. И поэтому изготовление крепежа следует доверять только профессионалам. Обратитесь в компанию Profbau. Наши специалисты знают и соблюдают технологии и нормы, используют подходящее сырьё и современное оборудование, выполняют заказы точно в срок и качественно.

Для уточнения деталей и предварительного расчёта стоимости работ вы можете предоставить техническое задание или чертёж. Свяжитесь с нами удобным способом: по телефону, в онлайн-чате, лично в офисе или в мессенджере.