+7(343)201-14-02

+7(343)298-01-98

+7(343)298-01-98

Каталог

Характеристика свинчиваемости резьбовых соединений

Такое понятие, как свинчиваемость подразумевает под собой способность резьбовых деталей при их соединении образовывать работоспособное соединение, которое к тому же является разъемным. Это свойство характеризует склонность стержня болта к возможному во время затяжки скручиванию, а также заеданию в соединении, как при его затяжке, так и через некоторое время. Кроме этого, это свойство характеризует склонность болта к коррозии в процессе трения.

Для оценки свинчиваемости используют коэффициенты трения, как в резьбе, так и на торце гайки.

Многие ученые, среди которых такие как Альмен, Клейн, Старостин, Херниг, Щуренко изучали влияние различных факторов на коэффициенты трения, как в самой резьбе, так и на торце гайки, для чего проводились обширные и достаточно глубокие исследования.  Табл. 11.1 и 11.2 содержат и те и другие коэффициенты трения, которые бывают разными в зависимости от способа, при помощи которого было получено покрытие, а также от наличия и марки присутствующего смазочного материала и количества предварительных затяжек. Из анализа данных можно заключить, что в целом значение трения в резьбе несколько выше значения, характерного для трения на торце гайки.

Таблица 11.1

Средние значения коэффициентов трения в резьбе f р и на торце гайки f т в зависимости от вида покрытия и числа затяжек (по данным Г. Б. Иосилевича и О. А. Ямпольского)

 

Способ получения покрытия болта и гайки 1-я затяжка 2-я затяжка 3-я затяжка
f р f т f р f т f р f т
Кадмирование 0,160 0,130 0,150 0,100 0,115 0,075
Цинкование 0,156 0,080 0,230 0,080 0,245 0,070
Лужение 0,220 0,165 0,215 0,165 0,210 0,165
Меднение 0,320 0,220 0,325 0,200 0,380 0,185
Никилирование 0,330 0,240 0,352 0,275 0,352 0,275
Оксидирование 0,420 0,330 0,470 0,470 0,500 0,490

 

Примечание. Болт М6х6; материал болта и гайки – сталь 14Х17Н2; толщина покрытий 10 мкм.

Стоит отметить, что коэффициент трения возрастает при увеличении числа затяжек, в случае если поверхность была подвергнута цинкованию, оксидированию, никилированию и меднению, табл. 11.1 

В случае если сила затяжки возрастет коэффициент трения без использования смазки, может несколько увеличиться, если не будет заедания, либо может немного снизиться. При этом сила Fo никак не влияет на величину коэффициента трения при нормальных напряжениях затяжки.

В тоже время характерным явлением для проводимых исследований стал большой разброс величин  fр и fт. При этом степень разброса fр выше, что является свидетельством меньшего качества резьбы, если его сравнивать с торцом гайки. Для зарубежной практики характерно использование коэффициента трения при расчете затяжки соединений, что вызвано меньшим разбросом значений этого коэффициента, табл. 11.3. К тому же Зидер и Херниг установили, что увеличение количества затяжек способствует уменьшению разброса величин fр и fт.

 

Таблица 11.2

Средние значения коэффициентов трения в резьбе fр и на торце гайки fт (по данным И.Г. Старостина)

 

Способ получения покрытия болта и гайки *1 Смазочный материал (СМ) *2 1-я затяжка 2-я затяжка
fр fт fр fт
Без покрытия МК 0,13 (0,18) 0,13 (0,16) 0,16 (0,58) 0,11 (0,22)  
Кадмирование МК 0,15 (25) 0,06 (0,05) 0,16 (0,21) 0,05 (0,14)  
Цинкование - (0,23) (0,10) - (0,26)  
Меднение НК-50 0,16 (0,28) 0,08(0,12) 0,15*3 0,09 *3 
(0,42) (0,18)

*1 Материал болта и гайки – сталь 30ХГСА; резьба М12*1,5; толщина покрытия до 6 мкм.

*В скобках даны значения fр и fт при трении без смазочного материала.

*3 После трехкратной затяжки.

 

В тоже время увеличение скорости завинчивания влечет уменьшение обоих коэффициентов трения. Эта особенность должна быть учтена при ручной затяжке особенно при работе предельными ключами, когда d >= 10 мм. Неравномерность вращения в процессе монтажа может привести к перетяжке или, наоборот, недотяжке соединения, при этом механизированная затяжка зачастую приводит к значительной перетяжке.

Обеспечить пропорциональность между силой предварительной затяжки и моментом на ключе возможно при использовании смазки для поверхностей трения, что ведет к стабилизации коэффициентов трения. В тоже время при отсутствии смазки контроль затяжки по Мкл затруднен. К тому же использование смазки предотвращает чрезмерное изнашивание резьбы, что весьма важно во время эксплуатации соединения. Так, выводы, приведенные в работе [13], указывают, что наличие СМ при использовании в соединении высокопрочных болтов с f = 0,14-0,15, где на f не влияют ни способ изготовления резьбы, ни класс прочности, коэффициент трения как под гайкой, так и под головкой болта никак не зависит от степени твердости участвующих в соединении деталей, если твердость находится в пределах 22,1-51,3 HRCa.

Достаточно эффективными средствами, которые способны снизить коэффициент трения, что, в свою очередь, защищает резьбу от коррозии во время затяжки, являются такие смазочные материалы как MoS2 (дисульфид молибдена). Это способствует предотвращению разрушения соединений при использовании в качестве крепежа высоко- и сверхпрочных болтов. Как правило, СМ на поверхность наносят после ее обработки, т. е. после кадмирования, анодного оксидирования и т. п.

Таблица 11.3

Средние значения приведенного коэффициента трения f  для определения момента на ключе

Способ получения покрытия болта, гайки и шайбы Значение f  при трении
без СМ с СМ
Без покрытия 0,20 0,16
Кадмирование 0,13 0,10
Меднение 0,18 0,14
Цинкование 0,22 0,18
Оксидирование 0,24 0,20

Примечание. При повторных затяжках и трений с СМ значение f пр следует уменьшать на 10…30%.

 

В тоже время нужно признать, что оценка влияния СМ, оказываемая на коэффициент трения в резьбовом соединении, не полна, одним из главных требований в этом случае выступают хорошие противозадирные характеристики смазки. Подобные свойства характерны для MoS2, графитных смазок, например НК-50 и масла, в которое добавлены присадки, состоящие из жирных кислот и особых соединений фосфора, серы и хлора с хорошими характеристиками сцепления с молекулами метала и высокой прочностью своих мономолекулярных слоев, которые к тому же обладают способностью к самовосстановлению, а это очень важно в случае воздействия больших удельных давлений на витки. Боуден и Тейбор подробно описали в своей работе все вопросы, связанные с применение противозадирных средств.

 

Соединения из сплавов титана. Для таких соединений характерными являются большие значения величин коэффициентов трения, как в самой резьбе, так и на торце гайки, из-за чего существует опасность скручивания, как шпилек, так и болтов диаметром до 10 мм. К тому же такие соединения склонны к разрушению в результате воздействия контактной коррозии.

 

Таблица 11.4

Коэффициенты трения в резьбовых соединениях из титановых сплавов

 

Материал резьбовой пары болт-гайка Покрытие или СМ Значение f  при числе затяжек 
1 5 10
В резьбе
ВТ16-ВТ6* - 0,297…0,389 0,257…0,411 0,279…0,323
Кадмий** 0,146…0.257 0,234…0,301 0,234…0,323
Олово 0,121…0,168 0,186…0,323 0,259…0,323
Хром 0,279…0,389 0,323…0,389 0,323…0,356
Серебро 0,080…0,124 0,168…0,190 0,234…0,279
ВНИИ НП-232 0,146…0,234 0,090…0,146 0,090…0,146
№ 8 0,168…0,242 0,146…0,212 0,146…0,190
СК-2-06 0,279…0,323 0,168…0,234 0,212…0,234
0,234…0,367 0,212…0,234 0,190…0,194
ВНИИ НП-282 0,257…0,389 0,202…0,389 0,279…0,433
АМС-3 0,455…0,588 0,345…0,367 0,323…0,411
МС-70 0,345…0,543 0,355…0,411 0,367…0,423
ВТ16-Х18Н10Т - 0,279…0,301 0,323…0,412 0,323…0,368
Кадмий 0,124…0,234 0,194…0,279 0,168…0,238
Олово 0,102…0,190 0,190…0,233 0,206…0,234
ВТ16-30ХГСА - 0,191…0,478 0,301…0,522 0,234…0,500
Кадмий 0,124…0,190 0,168…0,279 0,168…0,231
Олово 0,124…0,191 0,103…0,257 0,146…0,235
На торце гайки
ВТ6* - 0,121…0,216 0,121…0,216 0,090…0,189
Кадмий 0,080…0,121 0,108…0,216 0,116…0,203
ВНИИ НП-232 0,030…0,108 0,095…0,162 0,141…0,189
№ 8 0,108…0,135 0,121…0,162 0,135…0,162
СК-2-06 0,162…0,216 0,202…0,229 0,202…0,259
0,108…0,148 0,080…0,108 0,040…0,095
ВНИИ НП-282 0,175…0,216 0,175…0,216 0,189…0,229
ВНИИ НП-220 0,174…0,243 0,216…0,245 0,201…0,229
АМС-3 0,175…0,229 0,189…0,208 0,162…0,175
МС-70 0,175…0,215 0,148…0,210 0,121…0,188

* В состоянии поставки.

** Покрытие кадмием нельзя использовать при температуре свыше 200 оС вследствие эффекта Ребиндера.

К наиболее эффективным способам уменьшения коэффициентов трения в подобных соединениях следует отнести:

  • Химико-термическую обработку;
  • Применение специальных покрытий;
  • Применение смазочных материалов.

 

Табл.11.4 содержит результаты, полученные в ходе исследования свинчивамости соединений, выполненных из сплавов титана. Так наилучших результатов по снижению коэффициентов трения в резьбе в данных соединениях можно получить при покрытии поверхностей оловом, кадмием и в особенности серебром. При этом увеличение количества затяжек ведет к ухудшению антифрикционных свойств, что вызвано малой степенью адгезии покрытия к материалу, как болта, так и гайки. Лучшие результаты можно получить при использовании в паре с титановыми болтами гаек, выполненных из стали, например, хорошо зарекомендовали себя стальные гайки из 30ХГСА, 12Х18Н10Т, которые затем покрываются оловом или кадмием. Благодаря хорошей адгезии в этом случае свинчивать соединения можно до 50 раз.

 

Таблица 11.5

Коэффициенты трения в резьбе с медным покрытием

(болт из ВТ16, гайка из ВТ6)

 

СМ Значение f р при числе затяжек
1 25 50
- 0,482…0,455 0,369…0,411 0,411…0,455
ВНИИ НП-282 0,102…0,146 0,108…0,146 0,080…0,146
АМС-3 0.060…0,080 0,080…0,102 0,080…0,190
МС-70 0,060…0,124 0,080…0,124 0,080…0,194

В тоже время марка использованного сплава и последующая термообработка влияния на коэффициент трения в резьбе практически не оказывают.

Для значительно снижения коэффициента трения в соединениях используют такие средства смазки, как: №8, СК-2-06, ВНИИ НП-232, 4Ф, MoS2, петролатум. Из этих смазок смазки №8, 4Ф и СК-2-06 являются фторорганическими и естественно, обладают хорошими характеристиками адгезии по отношению к титану и смазочной пленкой, которая отличается высокой прочностью. В тоже время ВНИИ НП-232 характеризуется хорошими антифрикционными свойствами, что возможно благодаря 70% содержанию в составе этого СМ MoS2.

Наибольшую эффективность при улучшении характеристик свинчиваемости показали соединения, выполненные из титана, где совместно с СМ были использованы мягкие покрытия. Так, при использовании мягких покрытий из меди можно получить поверхность с хорошими адсорбирующими характеристиками в отношении компонентов СМ, при этом на витках резьбы будет образован достаточно тонкий, адсорбционно-пластифицированный слой. Этот слой будет способствовать улучшению характеристик адгезии смазки и повысит ее прочность. Также увеличение количества затяжек приведет к приработке поверхностей. Следствием чего станет уменьшение величины fт.

К тому же соединения, выполненные из сплавов титана не склонны к заеданию.