Как рассчитывается прочность болтов, таблица предельных нагрузок

На что вы обращаете внимание при выборе болтов? На размер, форму и тип резьбы? Не торопитесь покупать! Класс прочности – вот еще одна важная характеристика. Узнайте из статьи, почему от нее зависит человеческая жизнь, как разобраться в классификации и понять маркировку.

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.

Типы болтов

У этих метизов есть несколько классификаций по разным параметрам. Например, в зависимости от формы головки они бывают универсальные (с шестигранной головкой), анкерные, рым-болты и др. По форме стержня крепеж тоже различается: резьба наносится на весь стержень или занимает только часть. Сама резьба в соответствии с ГОСТ 27017-86 может быть метрической, шурупной, самонарезающей или конической.

В зависимости от назначения болты делятся на несколько видов: лемешные для сельскохозяйственной техники; мебельные, с гладкой ровной головкой, которая не выступает на поверхности мебели; дорожные для монтажа ограждений и фиксации металлических, деревянных или пластиковых конструкций; машиностроительные для соединения запчастей транспортных средств, обладают особой прочностью и стойкостью к изменениям от воздействия агрессивной внешней среды; фундаментные служат для крепления оборудования к фундаменту, имеют специальную форму головки; путевые соединяют части рельс.

Обратите внимание! Не существует универсальных болтов, которые подойдут для любой задачи. Для каждой нужно выбирать крепеж в соответствии с его классом прочности. Именно класс прочности болта влияет на безопасность конструкций, разрушение которых может привести к гибели людей.

Класс прочности – это наиболее важная характеристика для крепежа. Определяет устойчивость болтов к механическим воздействиям и показывает предел прочности на разрыв. Остановимся на ней подробнее.

bolty2

Несущая способность болта:

  1. Расчет болтового соединения произведен в соответствии СП 16.13330.2017
  2. Марка стали соединяемых элементов С245
  3. Число срезов 1, те соединены 2 листа болтами
  4. В таблице показаны несущая способность одного болта в болтовом соединении

Предельная нагрузка на болты М16 и М20

минимальная толщина соединяемых элементов 6мм

Диаметр болта
(класс прочности)
Несущая способность
Срез болта, т Смятие пластин, т
М16 (5,6) 3,9 3,6
М16 (8,8) 6,2 3,6
М20 (5,6) 6,1 4,6
М20 (8,8) 9,6 4,6

минимальная толщина соединяемых элементов 7мм

Диаметр болта
(класс прочности)
Несущая способность
Срез болта, т Смятие пластин, т
М16 (5,6) 3,9 4,2
М16 (8,8) 6,2 4,2
М20 (5,6) 6,1 5,4
М20 (8,8) 9,6 5,4

минимальная толщина соединяемых элементов 8мм

Диаметр болта
(класс прочности)
Несущая способность
Срез болта, т Смятие пластин, т
М16 (5,6) 3,9 4,,8
М16 (8,8) 6,2 4,8
М20 (5,6) 6,1 6,1
М20 (8,8) 9,6 6,1

Предельная нагрузка на болты М8, М10 и М12

минимальная толщина соединяемых элементов 4мм

Диаметр болта
(класс прочности)
Несущая способность
Срез болта, т Смятие пластин, т
М8 (5,6) 1,0 1,1
М8 (8,8) 1,5 1,1
М10 (5,6) 1,5 1,4
М10 (8,8) 2,4 1,4
М12 (5,6) 2,2 1,7
М12 (8,8) 3,5 1,7

минимальная толщина соединяемых элементов 5мм

Диаметр болта
(класс прочности)
Несущая способность
Срез болта, т Смятие пластин, т
М8 (5,6) 1,0 1,3
М8 (8,8) 1,5 1,3
М10 (5,6) 1,5 1,7
М10 (8,8) 2,4 1,7
М12 (5,6) 2,2 2,1
М12 (8,8) 3,5 2,1

минимальная толщина соединяемых элементов 6мм

Диаметр болта
(класс прочности)
Несущая способность
Срез болта, т Смятие пластин, т
М8 (5,6) 1,0 1,6
М8 (8,8) 1,5 1,6
М10 (5,6) 1,5 2,1
М10 (8,8) 2,4 2,1
М12 (5,6) 2,2 2,6
М12 (8,8) 3,5 2,6

Предельная нагрузка на болт (несущая способность) при растяжении болтов на растяжение

Диаметр болта
(класс прочности)
Допустима нагрузка, т.
М8 (5,6) 0,8
М8 (8,8) 1,5
М10 (5,6) 1,2
М10 (8,8) 2,4
М12 (5,6) 1,8
М12 (8,8) 3,5
М16 (5,6) 3,3
М16 (8,8) 6,6
М20 (5,6) 5,1
М20 (8,8) 10,3
Проект КМ

В чем отличие высокопрочного крепежа от обычного?

Главное отличие от метизов общего назначения заключается в особых физико-механических свойствах высокопрочного крепежа, которые дают ему возможность воспринимать более тяжелую нагрузку. К примеру, болт высокого класса прочности 12.9 разорвется при нагрузке 1200 Н/мм², а аналогичный по диаметру низкого класса 4.8 – при 420 Н/мм²,  то есть при нагрузке в 2.7 раза меньшей.

Винт с полукруглой головкой высокопрочный 10.9 - фото

Высокопрочный винт ISO 7380-1 класса прочности 10.9

Помимо колоссальной стойкости к повышенным нагрузкам, крепеж высокого класса прочности дает еще целый ряд преимуществ:

  • Снижение металлоемкости изделий и конструкций, при одновременном сохранении надежности крепежных узлов. Это достигается путем использования меньших по размеру винтов, но рассчитанных на более высокие нагрузки.
  • Использование шпилек меньшего диаметра влечет за собой уменьшение диаметра монтажных отверстий и, как следствие, повышение прочности металлоконструкций, фланцевых соединений. Кроме того, замена обычных метизов на более прочные позволяет сократить количество точек крепления, снизив тем самым затраты на крепеж.
  • Возможность применения в различных климатических условиях. Высокопрочные болты северного исполнения могут эксплуатироваться в условиях сурового климата до -60°С (маркировка «ХЛ») или средних холодных температур до -40°С (маркировка «У»).
  • Способность воспринимать постоянные, переменные и особые нагрузки (подвижные, вибрационные, динамические, сейсмические).
  • Возможность применения в конструкциях, эксплуатируемых в слабо-, средне-, сильноагрессивных средах с использованием защитных металлических или лакокрасочных покрытий.
  • Создание сдвигоустойчивых соединений. В обычном болтовом соединении при нагрузке на сдвиг происходит смещение соединяемых элементов, равное величине зазора между шпилькой и стенкой отверстия. Высокопрочный болткомплект позволяет стянуть элементы с большим усилием, благодаря чему между ними возникает трение, исключающее сдвиг. Такое соединение называется фрикционным.

Преимущества перед сварочным соединением:

  • Соединения на болтах снижают трудоемкость монтажа, позволяют вести сборку силами рабочих невысокой квалификации, автоматизировать, механизировать сборочный процесс.
  • Применение высокопрочных болтовых соединений при монтаже металлоконструкций  позволяет использовать элементы из трудносвариваемых сталей повышенной прочности.
  • Возможность визуального контроля целостности монтажного соединения на болтах, тогда как в сварных швах могут быть скрытые дефекты.

Преимущества перед заклепочным соединением:

Сегодня при возведении металлоконструкций на смену заклепкам пришли высокопрочные болткомплекты, которые более выносливы переменным нагрузкам за счет равномерного распределения напряжения по сечению болтового соединения. К тому же в отличие от заклепок они могут быть легко заменены в случае износа, дают возможность сборки/разборки конструкции, могут использоваться многократно, что облегчают ремонт оборудования.

Класс прочности болтов

Класс прочности болтов, класс CS болты
Класс прочности болтов Характеристики высокопрочных болтов
4.8
5.8

Изготавливаются из марок стали 10, 20.
Не высокая прочность на разрыв. Болты класса прочности 5.8 выдерживают нагрузки на 20% больше, чем 4.8.
Широко применяются во всех отраслях народного хозяйства для малонагруженных соединений.

8.8

Изготавливаются из стали 35, 20Г2Р с последующей закалкой.
Выдерживают в два раза большее разрушающее воздействие по сравнению с классом прочности 4.8
Рекомендуем применять в ответственных конструкциях и механизмах.

10.9
12.9

Изготавливаются только из стали 20Г2Р или 40Х с последующей закалкой.
Выдерживают разрушающее воздействие в 2.7 раза больше по сравнению с классом прочности 4.8.
Высокий класс прочности позволяет применять крепежные изделия меньшего размера при тех же нагрузках.
Незаменимы в механизмах, требующих частой сборки-разборки, грузоподъемных машинах и ответственных конструкциях.

Для чего нужна таблица

При разработке и реализации резьбовых соединений для конструкций и деталей важно добиться оптимального сочетания прочности, типоразмера и стоимости крепежа. Нецелесообразно устанавливать слишком большой или чрезвычайно прочный дорогой болт, который, безусловно, сформирует сверхнадежное и долговечное соединение, но при этом значительно увеличит вес или стоимость соединительного узла.

Именно таблица позволяет выбрать крепежные изделия, которые наилучшим образом сочетают в себе нужный показатель устойчивости к разрушению, компактный размер и рациональную себестоимость.

Классы прочности

В ГОСТ 1759.4-87 (ИСО 898/1-78) можно найти обозначение класса прочности болтов. Характеристика зависит от множества факторов, например, от стали, из которой выполнен болт, и от того, была ли термообработка материала. Приведем список классов прочности и их основные параметры.

Классы от 3.6 до 6.8

Материал: углеродистая сталь

Возможные добавки: нет

Термическая обработка: нет

Класс 8.8

Материал: углеродистая сталь

Возможные добавки: бор, марганец, хром

Термическая обработка: закалка и отпуск при температуре 425 °С

Класс 9.8

Материал: углеродистая сталь

Возможные добавки: бор, марганец, хром

Термическая обработка: закалка и отпуск при температуре 425 °С

Класс 10.9

Материал: углеродистая или легированная сталь

Возможные добавки: бор, марганец, хром

Термическая обработка: закалка и отпуск при температуре 340 или 425 °С

Класс 12.9

Материал: легированная сталь

Возможные добавки: нет

Термическая обработка: закалка и отпуск при температуре 380 °С

Чем легированная сталь отличается от углеродистой? Тем, что в ней содержится молибден, титан, вольфрам или другие добавки. Они улучшают эксплуатационные характеристики, увеличивают твердость, плотность и термостойкость материала.

Часто болты покрывают другим материалом для улучшения их свойств:

  • цинком – для болтов, которые используются в промышленности, толщина покрытия доходит до 25 мкм;
  • никелем – декоративное покрытие болтов для мебели, не влияет на прочность;
  • фосфатами или оксидами – так можно создать защитный слой, который сделает крепеж более долговечным;
  • цинк-ламельным покрытием – увеличивает срок службы болта вдвое.

Что такое термическая обработка стали и зачем она нужна? Это технологический процесс изменения структуры материала, в результате которого повышается предел выносливости стали, увеличивается прочность и износостойкость самого крепежа.

Обратите внимание! Классы прочности могут маркироваться как с точкой, например 3.6, так и без нее, например 36.

Полезные статьи:

  1. Виды болтов
  2. О шурупах и саморезах
  3. Монтаж анкеров 
  4. Виды саморезов
  5. Прочность болтов

Усилие затяжки высокопрочных болтов

Усилие затяжки высокопрочных болтов

При установке БВП следует учитывать характер монтажного соединения: сдвигоустойчивое (фрикционное) или с несущими болтами. В первом случае соединение затягивается до требуемой (проектной) величины динамометрическими ключами для обеспечения сил трения между соединяемыми элементами. Момент затяжки – это усилие, приложенное к гайке или головке винта и создающее в теле метиза контролируемое усилие натяжения. Расчетные значения момента закручивания и усилия предварительной затяжки болтов сведены в специальные справочные таблицы.

Таблица 3. Нормы затяжки болтов (коэффициент трения 0,14)

 Диаметр резьбы, мм  Шаг резьбы, Р  Площадь сечения As, мм  Усилие предварительной затяжки Q, кН  Крутящий момент Мкр, кН
 8.8  10.9  12.9  8.8  10.9  12.9
 М4  0,7  8,78  4,3  6,3  7,4  3,3  4,8  5,6
 М5  0,8  14,2  7  10,3  12  6,5  9,5  11,2
 М6  1  20,1  9,9  14,5  17  11,3  16,5  19,3
 М8  1,25  36,6  8,1  26,6  31,1  27,3  40,1  46,9
 М10  1,5  58  28,8  42,2  49,4  54  79  93
 М12  1,75  84,3  41,9  61,5  72  93  137  160
 М14  2  115  57,5  84,4  98,8  148  218  155
 М16  2  157  78,8  115,7  135,4  230  338  395
 М18  2,5  193  99  141  165  329  469  549
 М20  2,5  245  127  181  212  464  661  773
 М22  2,5  303  158  225  264  634  904  1057
 М24  3  353  183  260  305  798  1136  1329
 М27  3  459  240  342  400  1176  1674  1959
 М30  3,5  561  292  416  487  1597  2274  2662
 М33  3,5  694  363  517  605  2161  3078  3601
 М36  4  817  427  608  711  2778  3957  4631
 М39  4  976  512  729  853  3597  5123  5994

Маркировка

В соответствии с ГОСТ 1759.0-87 (СТ СЭВ 4203-83) на каждый болт ставится знак класса прочности и клеймо изготовителя. В зависимости от размера болта их наносят на торцевую или боковую поверхность головки. Также производитель может указать дополнительные характеристики крепежа. Пример показан на рисунке.

markirovka

1 (буква D) – клеймо или товарный знак изготовителя.

2 (11.14) – числовое значение указывает на номер плавки.

3 (10.9) – класс прочности шестигранных болтов. Если не указан, значит, он меньше 6.

4 (S) – болт имеет шестигранную головку, которая превышает стандартный размер.

5 (ХЛ) – климатическое исполнение: ХЛ – для холодного климата до -65 °С; У – для умеренного климата до -40 °С.

Обратите внимание! В статье приводится маркировка болтов по ГОСТ. Существуют международные стандарты, например DIN или ISO. Не стоит пугаться, если на крепеж нанесены другие обозначения.

Надеемся, наша шпаргалка и таблица классов прочности болтов поможет вам с выбором. Подобрать крепеж можно на этой странице. Если остались вопросы, звоните нашему менеджеру – он вас проконсультирует.

Разрушающие нагрузки для болтов

Разрушающие нагрузки для болтов, высокопрочные болты на срез
Резьба Рабочая площадь поперечного сечения, мм кв. Класс прочности
3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9
Минимальная разрушающая нагрузка, кН
М5 14,2 4,69 5,68 5,96 7,1 7,38 8,52 11,35 12,8 14,8 17,3
М6 20,1 6,63 8,04 8,44 10,0 10,4 12,1 16,1 18,1 20,9 24,5
М7 28,9 9,54 11,6 12,1 14,4 15 17,3 23,1 26 30,1 35,3
М8 36,6 12,1 14,6 15,4 18,3 19 22 29,2 32,9 38,1 44,6
М10 58 19,1 23,2 24,4 29 30,2 34,8 46,4 52,2 60,3 70,8
М12 84,3 27,8 33,7 35,4 42,2 43,8 50,6 67,4 75,9 87,7 103
М14 115 38 46 48,3 57,5 59,8 69 92 104 120 140
М16 157 51,8 62,8 65,9 78,5 81,6 94 125 141 160 192
М18 192 63,4 76,8 80,6 96 99,8 115 159 200 234
М20 245 80,8 98 103 122 127 147 203 255 299
М22 303 100 121 127 152 158 182 252 315 370
М24 353 116 141 148 176 184 212 293 367 431
М27 459 152 184 193 230 239 275 381 477 560
М30 561 185 224 236 280 292 337 466 583 684
М33 694 229 278 292 347 361 416 576 722 847
М36 817 270 327 343 408 425 490 678 850 997
М39 976 322 390 410 488 508 586 810 1020 1200

Высокопрочные болты и гайки, высокопрочный крепеж находят применение в различных отраслях народного хозяйства.

Условия продажи:

  • Реализация металлоизделий оптом и в розницу;
  • Безналичный расчет, путем перевода денежных средств с банковского счета;
  • Возможность отсрочки платежей;
  • Бесплатные консультации наших специалистов;
  • Оказываем услуги упаковки товара по требованиям заказчика;
  • Готовы произвести продукцию любой сложности на заказ по чертежам заказчика.

Условия доставки:

  • Доставка продукции осуществляется со склада из наличия;
  • При необходимости мы можем предоставить услугу ответхранения;
  • Готовы предоставить скидку на доставку согласно условиям партнерских программ транспортных компаний;
  • Возможность самовывоза товаров со складов.

Гарантии:

  • Вся продукция сертифицирована, отпускается после технологического контроля;
  • Метизы, крепеж, канаты, сетка, проволока, электроды и другая металлопродукция соответствуют ГОСТ и ТУ;
  • Возможность возврата товара в соответствии с законодательством Российской Федерации;

Доставка по РФ:
Москва, Санкт-Петербург, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Брянск, Владимир, Волгоград, Вологда, Воронеж, Екатеринбург, Иваново, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калуга, Киров, Кострома, Краснодар, Курган, Курск, Липецк, Омск, Оренбург, Пенза, Пермь, Псков, Ростов-на-Дону, Рязань, Самара, Саранск, Саратов, Севастополь, Симферополь, Смоленск, Ставрополь, Тамбов, Тверь, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Челябинск, Ярославль и др.

Продажа метизов оптом

Представленная на данном сайте информация содержит каталог справочной информации о более 3000 наименованиях металлоизделий, носит информационный, ознакомительный характер, может быть применена в разных областях деятельности предприятий.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Лазерные станки