Чем лучше завернуть винт?

Метизы - прочность соединений. Надёжность и прочность резьбовых соединений в значительной степени зависит от обеспечения требуемого усилия затяжки при сборке узла. Существенное влияние на качество затяжки оказывает вид и форма «привода» - элемента головки крепёжной детали, через который передается крутящий момент от монтажного инструмента. В ГОСТ 27017-86 «Изделия крепежные. Термины и определения» приведено 16 видов приводов: головок или углублений в них для установки монтажного инструмента.

Наиболее распространены формы привода: шестигранник (наружный или внутренний), прямой шлиц, крестообразный шлиц, реже применяют квадрат и двенадцатигранник, а также волнистый привод, известный в мировой практике под названием его товарного знака ТОRХ, который в России только появляется. Все другие виды приводов применяются редко.

Большое значение для передачи крутящего момента имеет величина поверхности соприкосновения рабочей части монтажного инструмента и привода крепёжной детали.

В прямом шлице отвёртка соприкасается с ним по двум узким площадкам, нередко соскальзывает. Крестообразные шлицы имеют такую форму и размеры, что отвёртка должна заклиниваться в них. Такие шлицы бывают 2-х видов: тип Н (Филлипс) и тип Z (Позидрайв), различающиеся конфигурацией. Тип Z лучше передаёт крутящий момент, так как имеет более широкие перья и вертикальные (без уклона) стороны в направлении завинчивания для лучшего заполнения

Рис. 1 Шестигранный и волнистый приводы для передачи крутящего момента.

1 - головка винта; 2- ключ-отвёртка.

вертикальной поверхности между перьями шлица выполнены углубления в виде радиально направленных лучей. Отвёртки для щлицов типа Z имеют ответные этим лучам выступы, поэтому применять такие отвёртки для шлица типа Н нельзя. Надо заметить, что точность изготовления отечественными производителями как крестообразных шлицев в головках крепежа, так и у отвёрток, далеко не идеальны. Поэтому российские винты, шурупы и отвёртки с крестообразным шлицем вызывают немало нареканий, как в сборочных производствах, так и в быту. Особенно удивляют некоторые изготовители длинных шурупов диаметром 3 мм , когда в потайной головке делают исключительно крестообразный шлиц No 1. Дело в том, что крестообразные шлицы в любых головках получают во время высадки винтов, а вот прямой шлиц в потайных и некоторых полупотайных головках можно получить только фрезерованием, а это дополнительная операция. Вот изготовители и «облегчают» технологию, а потребители… берут в руки ножовку и дополняют крест прямым шлицем.

Для производителей винтов со шлицем типа Н можно рекомендовать конструкцию винта по патенту РФ No 2170371, F 16B 23/00, 35/06, позволяющую получать крестообразный шлиц хорошего качества. Качество крестообразных шлицев можно проверить так: винт должен висеть на установленной в шлице отвёртке.

Чтобы удержать отвёртку в прямом и крестообразном шлицах, к ней необходимо прикладывать значительные осевые усилия при затяжке и отворачивании. При работе винтовёрт должен быть отрегулирован на необходимый момент затяжки, иначе происходит либо недостаточная затяжка соединения, либо частые срывы отвертки со шлица с порчей его и поверхности при соединяемой детали.

Наружный шестигранник при использовании для монтажа накидных торцовых ключей и шестигранные углубления в головке, в основном, лишены названного выше недостатка шлицев. Однако и они имеют шесть относительно небольших линейных контактов с ключом. Двенадцатигранный привод имеет 12 таких контактов и способен передавать на 10-15% больший крутящий момент на завёртывание (но только двенадцатигранным ключом!).

Наибольшую поверхность контакта инструмента и головки имеет волнистый привод. Он может быть наружным и внутренним, применяться в сочетании с разными головками и позволяет обеспечить передачу повышенного крутящего момента при затяжке, реже выходит из строя по сравнению с другими формами. Зацепление волнистого профиля с ключом подобно зацеплению зубьев шестерён (рис.1). Другими несомненными преимуществами волнистого привода в сравнении с шестигранной головкой, а также шестигранной головкой с фланцем являются: экономия металла и снижение веса головок болтов, существенное уменьшение габаритов конструкции и пространства для размещения монтажного инструмента

В таблице для справок приведены обобщённые сравнительные данные из стандартов и каталогов о крутящих моментах, передаваемых отвёрточными вставками.

Оценку и сравнение разных приводов между собой удобно вести по следующим основным характеристикам:

• крутящий момент, передаваемый от инструмента;
• площадь поверхности контакта инструмента с головкой и связанная с ней долговечность привода и инструмента при многократной сборке-разборке;
• величина пространства, требующегося для расположения монтажного инструмента на головке крепёжной детали;
• технологичность и экономичность изготовления головки;
• обеспечение возможности контроля качества затяжки по моменту страгивания при отвинчивании;
• снижение осевых нагрузок и другие.

Интегральная оценка рассмотренных форм приводов по определяющим характеристикам позволяет расположить их в порядке возрастания надёжности и выгодности применения. Получаем следующие оценки по 10-ти бальной системе: прямой щлиц - 1 балл, крестообразные шпицы - 1,5-2 балла, внутренний шестигранник - 3 балла, наружный шестигранник и внутренний волнистый - по 6 баллов, наружный волнистый – 9 баллов.

Наибольшее распространение волнистый привод на крепёжных деталях получил в автомобилях для соединений с крепёжными деталями повышенной прочности и высокими моментами затяжки. Например, он применяется в крепеже двигателей головки к блоку цилиндров, крышек подшипников распределительных и коленчатых валов, фланцев, крышек, маховиков (Рено, Форд, Тойота, БМВ...), электронных блоков, фар, приборов (Бош, Вабко, Хелла...), в крепеже крыльев, зам ков дверей, петель и ограничителей открывания две ей (Форд, Ровер, Ситроен, Ренс, Мерседес...). В автомобиле Опель Астра 1998 года выпуска из 189 осмотренных крепёжных деталей в шасси, интерьере и двигателе 87 штук (46%) имели привод ТОRХ, а винтов с крестообразным шлицем обнаружено не было.

Начали применять болты и винты с волнистым приводом и отечественные производители — в автомобилях ГАЗ и ВАЗ, в строительстве - на трудно завинчиваемых длинных винтах-шурупах, винтах дюбелей. Популярен волнистый привод в бытовой технике, выпускаемой по лицензиям зарубежных фирм: в газовых и электрических плитах, стиральных машинах, пылесосах. Это далеко не полный перечень, надёжные резьбовые соединения необходимы повсюду.

Применение волнистого привода способствует унификации конструкций крепёжных деталей.

К сожалению, отечественные инструментальные заводы не выпускают отвёрток и головок для волнистого привода, они отдали этот сегмент рынка зарубежным производителям.

В мире существует немало конструкций волнистого привода; ТОRХ, ТОRХ PLUS, RIВЕ-ТОRХ и другие, в том числе российские (например, по патенту РФ No 2199034, F16В 23/00 «Устройство для передачи крутящего момента»). Важно, что большинство из них являются взаимозаменяемыми по монтажному инструменту и близки по характеристикам передачи крутящего момента.

Таким образом, существует большой выбор элементов для передачи крутящего момента от монтажного инструмента к крепёжной детали. Все они имеют свои преимущества и недостатки. В то же время технические обоснования и экономические расчёты позволяют при проектировании новой и совершенствовании существующей техники выбрать наиболее рациональные решения по крепёжным соединениям. При этом важно рассматривать не отдельные крепёжные детали, а соединения в целом по всей конструкции.