Из какой стали колесные болты
Обновлено: 05.07.2024
Крепеж разного вида в зависимости от целей его использования производится из различных углеродистых сталей, что влияет на класс прочности готовых изделий. Даже из одной стали можно изготовить крепеж разных классов прочности за счет способа обработки.
Например, из конструкционной стали 35 нарезанием на токарно-винторезном станке или фрезерованием на резьбофрезерных станках можно получить изделия класса прочности 5.6. При объемной штамповке на высадочном прессе получают изделия класса 6.6 и 6.8. При закаливании этих изделий добивают класса прочности 8.8. Из стали 45 можно получить крепеж классов 6.6, 8.8, 9.8, 10.9. И т.д.
Класс прочности
Класс прочности крепежных изделий с внешней метрической резьбой (винтов, болтов, шпилек) определяется их механическими свойствами. Согласно ГОСТ 1759.4-87 (ISO 898.1-78) существует 11 категорий их классов прочности: 3.6; 4.6; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9.
Для определения прочности болта как изделия необходимо умножить предел прочности материала на площадь поперечного сечения (среза болта). Ее вычисление усложняется наличием резьбы, поэтому для удобства существуют специальные таблицы.
Для болта диаметром 8 мм и класса прочности 8.8 площадь поперечного сечения равна 36,6 мм 2 . Соответственно, прочность такого болта определяется так: 800 Н/мм 2 х 36,6 мм 2 = 29280 Н.
Вторая цифра означает процент от предельной нагрузки первой цифры. Это отношение предела текучести к пределу прочности, умноженному на 10. Например, у болта класса прочности 8.8 минимальный предел текучести составляет 8 × 10 = 80%. Т.е. при достижении 80% от нагрузки 29280 Н, что составляет 23424 Н, будет достигнут предел текучести – величина нагрузки, при превышении которой наступает невосстанавливаемая деформация или изгиб.
Также предел текучести изделия можно узнать из двух цифр маркировки: 8 х 8 х 10 = 640 Н/мм 2 .
Значение предела текучести имеет важное практическое значение, поскольку это и есть максимальная рабочая нагрузка болта.
Класс прочности крепежных изделий с внутренней метрической резьбой (гаек) обозначается одним числом. Существует 7 классов прочности: 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12. Данное число обозначает 1/100 часть предела прочности болта, к которому подходит данная гайка в резьбовом соединении. Соответственно, болт класса прочности 8.8 должен комплектоваться гайкой с классом прочности 8.
Испытание крепежных изделий
Для испытания возьмем два болта диаметром 8 мм с классами прочности 5.8 и 8.8.
Измерять нагрузку будем с помощью прибора ПСО-4 МГ c электронным силоизмерителем, обеспечивающим индикацию текущего значения приложенной нагрузки с фиксацией максимального значения, а также индикацию скорости нагружения в процессе испытаний.
Болты зафиксируем на металлической пластине будем давать постепенную нагрузку.
Болт класса прочности 5.8
При приложении силы в (24 кН) 2400 кг нагрузка начинает падать. Это означает, что достигнут предел текучести, и болт начал деформироваться. Разрыв происходит при 18 кН.
Болт класса прочности 8.8
Нагрузка начинает падать при достижении 31 кН (3100 кг) и разрыв происходит при 24 кН, что соответствует расчетному показателю максимальной рабочей нагрузки болта.
Вывод
Эксперимент показал, что расчетный метод определения предела прочности крепежа дает реальные значения. Понимая, как рассчитать нагрузку крепежа, можно определить ее максимальное рабочее значение и выбрать крепежное изделие, обеспечивающее надежный монтаж.
Применение высокопрочных болтов и гаек
Применение высокопрочных болтов и гаек позволяет получить большие осевые усилия в болтовом соединении, прилагая увеличенный момент затяжки. Это позволяет с успехом использовать высокопрочный крепёж для защиты болтового соединения от самоотвинчивания, так как большие осевые усилия предварительного натяжения в соединении защищают его от ослабления в процессе эксплуатации, в статическом состоянии и при вибрации. Широко распространенные пружинные гроверные шайбы по DIN 127 (аналог ГОСТ 6402-70) применяются только с низкими классами прочности, а в соединениях с высокопрочными болтами они не эффективны. Поэтому для высокопрочного крепежа применяют зубчатые и стопорно-клиновые шайбы. Варианты зубчатых шайб для крепежа классом прочности 10.9: ART 88121 Шайба стопорная с наружными зубцами Schnorr VS и ART 88123… ART 88126 Шайба стопорная с насечкой TECKENTRUP . Для крепежа классом прочности 12.9 рекомендуется применять стопорно-клиновые шайбы DIN 25201 (Nord-Lock, Heico-Lock). Альтернативный вариант стопорения резьбовых соединений заключается в применении химических анаэробных фиксаторов . Резьбовые энаэробные фиксаторы наносятся на резьбу соединяемых деталей перед сборкой и после отверждения обеспечивают высокую прочность клеевого шва и крутящий момент для ослабления резьбы до 75 Нм.
Высокопрочные болты часто называют закаленными или черными. Это связано с тем, что при их изготовлении производится такой вид термообработки как закалка с охлаждением в масле, результатом которой является темный, практически черный цвет металла. Однако этот критерий не является определяющим, потому что и высокопрочные болты, и болты низких классов прочности могут иметь черный цвет, как в следствии термообработки, так и из-за защитного покрытия черного цвета: фосфатирования или химического оксидирования. Для высокопрочного крепежа фосфатирование является самым распространенным вариантом защитного покрытия. Фосфатирование обладает очень слабыми антикоррозионными свойствами и его нельзя рассматривать как самостоятельную и достаточную защиту крепежа от коррозии для применения на открытом воздухе или во влажной среде, только с последующим окрашиванием или дополнительным защитным покрытием. Задача по защите болтового соединения от коррозии и повышенных температур в резьбовом соединении может быть также успешно решена с помощью монтажных паст и смазок, например, медной или керамической смазок. Для эксплуатации крепежных изделий в помещении достаточно гальванического цинкования, а на открытом воздухе необходимо нанесение цинк-ламельных покрытий. При этом важно учесть, что изделия с классом прочности 12.9 не оцинковывают, это связано с появлением водородного охрупчивания термообработанных сталей при нанесении покрытий гальваническим способом. Но даже с цинк-ламельным покрытием головка болта может подвергаться коррозионному разрушению, так как при сборке болтового соединения защитное покрытие может быть повреждено механически от воздействия ручного инструмента. Восстановить защитное покрытие можно после сборки узла с помощью цинксодержащей краски.
Классы прочности высокопрочного крепежа
| Класс прочности болтов, винтов и шпилек | Твердость шайб |
|---|---|
| 8.8 и менее | 200 HV |
| 10.9 | 300 HV |
| 12.9 | 380 HV |
| Класс прочности болтов, винтов и шпилек | Класс прочности гаек |
|---|---|
| 10.9 | 10 |
| 12.9 | 12 |
Важным условием надежной и долговечной работы ботового соединения на основе высокопрочного крепежа является правильный подбор комплекта: болт, гайка и плоская шайба. Класс прочности гаек подбирают под класс прочности болтов, при этом для обеспечения максимальной нагрузочной способности резьбового соединения рекомендуется чтобы класс прочности гаек совпадал с классом прочности болта. Для правильного выбора плоских шайб для резьбовых соединений необходимо руководствоваться требованиями стандартов ISO 7089, ISO 7090 и ISO 7093. Твердость шайб должна быть достаточна для восприятия усилий сжатия при затяжке резьбы и не должно происходить деформации шайбы в процессе эксплуатации и, соответственно, ослабления усилия затяжки болтового соединения.
| Класс прочности | Марка стали |
|---|---|
| 10.9 | 45Г, 40Г2, 40Х, 40Х Селект, 30ХГСА, 35ХГСА |
| 12.9 | 30ХГСА, 35ХГСА, 40ХНМА |
Распространение высокопрочного крепежа связано с тем, что его применение в ответственных конструкциях позволяет инженерам решать сложные задачи связанные с ослаблением усилия затяжки болтовых соединений и появления в них опасных срезающих нагрузок. Причинами такого нарушения работы болтовых соединений являются:
- большой перепад температур и, как следствие, температурные деформации металлических конструкций, которые вызывают серьезные изменения геометрии узла;
- низкая прочность материала болта и шайбы приводит к их деформированию и появлению зазоров в соединении.
Большинство из этих задач можно успешно решать, применяя болты классом прочности 10.9 и 12.9 вместо классов прочности 8.8 и меньше. В этом случае высокие осевые усилия в болтовом соединении позволяют с успехом создавать необходимые условия надежной работы узла.
Высокопрочный крепёж, благодаря своим высоким нагрузочным характеристикам, нашел широкое применение в различных сферах машиностроения и строительства:
Болты для колесных дисков используют европейские производители автомобилей. Гайки применяют для японского и корейского автопрома. При выборе монтажных элементов следует иметь представление об их технических особенностях.
Что собой представляют колесные крепления для литых дисков
Болты для литых дисков требуются в случае замены дисков. Ширина и глубина колодцев на различных моделях отличается. Колесный крепеж осуществляется двумя типами метизов. Выбор крепежа зависит от конструкционных характеристик авто.
Виды крепежей
Вот какие виды крепежных элементов нужны для литых дисков:
- Болты – металлические стержни, имеющие винтовую резьбу на конце. Применяются для соединения разъемных элементов.
- Гайки – детали округлой формы, предназначенные для скрепления элементов путем накручивания металлической плашки на резьбовые шпильки.
Для производства изделий используют стальные, алюминиевые или титановые сплавы.
Высокими показателями качества отличаются титановые болты. Черные болты для литых дисков производят из стали с добавлением молибдена или стали с хромированным или никелевым покрытием.
Характеристики болтов и гаек
Болты и гайки различаются конструкционными особенностями, поэтому выбор определяется типом дисков. Штампованный диск изготавливают из прочного типа стали. При этом он имеет небольшую толщину в месте крепления к центральной части вращающейся детали. Для оптимального соединения болт и гайка должны иметь плоскую поверхность. В состав литых дисков входят относительно не тяжелые сплавы. Они обладают пониженными характеристиками надежности. Крепежная система изделий выполнена в виде конуса.
Резьба
При покупке болтов следует обратить внимание на резьбовую часть. Не все элементы имеют одинаковые показатели шага резьбы. Чаще встречаются метизы с шагом резьбы 1,25 и 1,5 мм с диаметром 12 либо 14 мм. Рекомендуется приобретать новые колесные болты в комплекте с дисками либо учитывать требования инструкции производителя авто.
Длина резьбы
Чтобы выбрать болт нужной длины, проще всего произвести примерку по месту. Такая методика не срабатывает в том случае, если на болт нанесено покрытие, которое жалко поцарапать. Тогда подойдет другой вариант, потребуется посчитать количество оборотов при выкручивании старого болта. Далее длину штыря с резьбой делят на полученную цифру. В итоге получится нужная длина крепежного элемента.
По габаритам крепежи делятся на:
- короткие – применяются для фиксации штампованных дисковых изделий;
- длинные – используют при шиномонтаже литых дисков.
Прижимная поверхность
В соответствии с классификацией по посадочной зоне различают крепежи:
- с шарообразной соединительной частью;
- с прижимной частью в форме конуса. Модели выпускаются с промежутками в прижимной зоне и без. Размер подголовок составляет 1,3 миллиметра.
Многие автомобилисты задумываются, что будет наиболее подходить – конус или сфера. В каждом индивидуальном случае, чтобы подобрать болты к литым дискам, рекомендуется обратиться за помощью к профессионалу. Он посоветует, что будет лучше.
Покрытие
Болты и гайки имеют хромированное и цинковое напыление. Поверхностный слой не защищает от коррозийных процессов. Модели с декоративным покрытием сохраняют внешне привлекательный вид не больше года. Крепежи с защитно-декоративной оболочкой стоят дороже.
Что такое разболтовка
Разболтовка – показатели, указывающие на соответствие размеров болтов и дисков. Информации полезна для поиска дисковых изделий. На основании данных находят идентичные отверстия на новых дисках. Число выемок находится в пределах трех, шести штук, но показатели диаметра и расстояния у каждого производителя отличаются.
Таблица совместимости
Диаметр отверстий, предназначенных для болтов – ключевой фактор при поиске оснований под колеса. Покупка дисков без учета этих показателей – большой риск, так как крепеж влияет на состояние ходовой части автомобиля. Даже мелкие расхождения приводят к повреждениям подвески и рулевой части.
Как измерить самостоятельно
Замеры должны быть максимально точными, так как показатели отличаются близкими значениями с расстоянием в пару миллиметров, к примеру, 98 и 100 либо 110 и 112 и они не являются взаимозаменяемыми. Чтобы исключить ошибку, рекомендуется использовать штангенциркуль или линейку.
Соседние отверстия
Вот как нужно определять расстояние между отверстиями для болтов. Берутся габариты окружности, на которой располагаются отверстия. Диаметр определяется при помощи таблиц совместимости либо измерением при помощи линейки. Полученное расстояние между соседними крепежами следует умножить на коэффициент, который зависит от количества отверстий. Окружность у ВАЗа равна 9,8 см, у легковых автомобилей составляет 139,7 миллиметров.
Дальние отверстия
Несложный метод измерения производится на моделях с четным количеством выемок – под 4, 6, 8 крепежей. Расстояние между параллельными отверстиями – PCD.
А вот как замеряют дальние отверстия дисков с пятью болтами: расчет производится между несмежными углублениями, полученную цифру следует умножить на 1,051.
Диаметр ступичного окна
Показательные данные по центральному ступичному окну указаны в таблице и в полной формуле разболтовки. В случае отсутствия информации, показания измеряются линейкой либо штангенциркулем. В диаметре ступичная зона на ВАЗ 2110 = 58,6 мм.
Произвести правильное измерение удается не всегда, из-за того, что у некоторых машин ступичная зона имеет неправильную форму.
Разболтовка осуществляется с учетом относительной величины вертикальной оси симметрии диска к зоне примыкания со ступицей.
Полная и сокращенная формула разболтовки
Изготовители указывают подробную формулировку, отражающую все важные значения. Автомобилисты используют сокращенные обозначения, которые не определяют полноценного описания продукта.
Сокращенная
PCD (Pitch Circle Diameter) – краткая формулировка, включающая в себя два параметра. Указывается она: 4×98 — разболтовка дисков на ВАЗ-2110. Четверка означает количество выемок под болты. Число 98 было получено в результате поперечной методики измерения их окружности.
Полная
Рассмотрим пример: на ободе указана полная формула разболтовки: 7.5 J×15 H2 5×100 ET 40 D 54.1.
Расшифровка буквенно-цифирных групп обозначает:
- 5 JX 15 – показатели ширины обода 7,5 дюймов и диаметр 15 дюймов;
- Х – указывает, что диск изготовлен методом литья или ковки;
- J – рекомендуется применять продукцию на моноприводных автомобилях;
- JJ – маркировка полноприводных моделей;
- H2 – количество выступов, которые фиксируют шины. Модели с одним выступом — Н1. Отсутствие выступов – маркировка АН;
- Hump – обозначает качественное удержание резины, эта особенность исключает разгерметизацию.
Последствия от другой разболтовки
Применять несоответствующие болты опасно в первую очередь для безопасности. При разболтовке происходит осевое смещение всего колеса относительно ступицы. На высокой скорости колесо крутится неравномерно, машину будет трясти, что сопровождается биением в руль.
При монтаже колес автолюбители часто сталкиваются с такой проблемой, как несоответствие диаметра крепежей. В этом случае подойдут болты-эксцентрики с подвижной конусной частью, что позволит устранить несоответствия в размере.
Как выбрать колесный крепеж
Вся линия болтов и гаек имеет сферическую или конусообразную форму. Характеристика соединения определяется показателями мягкости металла литого диска, что приводит к увеличению контактной зоны диска и крепежа.
Толщина легкосплавных дисков превышает толщину стальных изделий, по этой причине лучше применять удлиненные болты. Из-за мягкости металлических изделий требуется периодически делать ревизию притяжки крепежной системы.
Затяжка креплений на литых дисках
Перед тем как вмонтировать болты в посадочные углубления, рекомендуется обработать метизы графитовой смазкой. В результате при контакте с диском головка болта или гайки будет прокручиваться и полностью прилегать. Это исключит блокировку при стартовой мощности в результате трения между диском и крепежной системой. Выпускаются болты, компенсирующие минимальные отклонения габаритов крепежа. Неплотное присоединение приведет к цикличным сбоям в крепежной системе, болты и гайки начнут самораскручиваться.
Болты секретки для литых дисков
Секретные болты для литых дисков – еще один подвид. Если установить секретки, автомобильные покрышки будут защищены от хищений. Обыкновенным гаечным ключом колесо демонтировать не получится. Для раскручивания секреток понадобится ключ, который идет с ними в одном наборе.
Подбирая крепежи на колеса, следует помнить, что литые изделия отличаются относительно большой толщиной. Соответственно, для них подбираются болты большей длины, чем для штампованных дисков.
Крепёжные изделия, такие как болты, винты, шпильки и гайки, различаются не только по видам и размерам, но и по способности нести нагрузку. То есть, два болта одинакового размера, с одинаковой резьбой, могут иметь разную прочность.
Система обозначений
Классов прочности всего одиннадцать. Обозначаются они двумя числами, разделёнными точкой:
3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9
Болты, шпильки и винты производят из различных углеродистых сталей. В зависимости от марки стали получают определенный класс прочности. Хотя иногда можно из одной марки стали произвести крепеж различных классов прочности, используя при этом разные способы обработки заготовки или дополнительную термическую обработку - закалку.
Например, из Стали 35 можно изготовить крепеж нескольких классов прочности: класса прочности 5.6 получают методом точения на токарном и фрезерном станке: классы 6.6 и 6.8 получают при производстве методом объёмной штамповки на прессе; а класс 8.8 - если полученные перечисленными способами болты подвергнуть термической обработке - закалке. Крепеж класса прочности 8.8 и выше получают только с после термической обработки изделия.
Первая цифра (перед точкой) отражает предельную нагрузку, при которой болт (или шпилька) разорвётся. Цифра обозначает 1/100 часть номинального временного сопротивления - это предел прочности на разрыв, измеряется в МПа (мегапаскалях) или Н/мм² (ньютонах на миллиметр квадратный). Также первая цифра маркировки класса прочности обозначает ≈1/10 часть номинального временного сопротивления, если предел прочности на разрыв измеряется в кгс/мм² (килограммах-силах на миллиметр квадратный). Т.е. для определения предела прочности в Мегапаскалях нужно первую цифру умножить на 100, в килограммсила/мм2 – умножить на 10.
Вторая цифра говорит о нагрузке, при которой болт необратимо деформируется (вытянется резьбовая часть, либо сомнутся витки) - это предел текучести. Цифра обозначает 1/10 часть отношения предела текучести к пределу прочности на разрыв. Таким образом для шпильки класса прочности 10.9 второе число означает, что у шпильки минимальный предел текучести будет равен 90% от значения предела прочности на растяжение, то есть будет равен: (10×100)×(9×0,1)=1000×0,9=900 МПа (или Н/мм²; или ≈90 кгс/мм²). Для простого расчета предела текучести нужно перемножить цифры класса прочности и умножить полученный результат на 10. Т.е. для класса прочности 8,8 получаем 8х8х10 = 640Мпа (или 64 кгс/мм2).
Предел текучести - величина нагрузки, при превышении которой наступает невосстанавливаемая деформация или изгиб.
Например, попробуйте согнуть "от руки" обычную стальную вилку или кусок металлической проволоки. Как только она начнет деформироваться, это будет означать, что вы превысили предел текучести ee материала или предел упругости при изгибе. Поскольку вилка не сломалась, а только погнулась, то предел ее прочности больше предела текучести. Напротив, нож скорее всего сломается при определенном усилии. Его предел прочности равен пределу текучести. В этом случае говорят, что ножи "хрупкие".
Значит, чтобы сравнить болты по прочности на разрыв, нужно смотреть на цифру перед точкой, а чтобы сравнить их по прочности на растяжение/ смятие, нужно смотреть на произведение двух цифр.
Значение предела текучести - это максимально допустимая рабочая нагрузка болта, винта или шпильки, при превышении которой происходит невосстанавливаемая деформация. При расчётах нагрузки на болты, винты или шпильки используют 1/2 или 1/3 от предела текучести, то есть, с двукратным или трёхкратным запасом прочности соответственно.
Всё вышесказанное относится к болтам, винтам и шпилькам. Гайки же имеют всего семь классов прочности, которые обозначаются одним числом: 4 5 6 8 9 10 12. Это число обозначает 1/100 часть предела прочности болта, с которым в паре должна компоноваться гайка в резьбовом соединении. Такое сочетание болта и гайки называется рекомендуемым и позволяет равномерно распределить нагрузку в резьбовом соединении.
Например, гайка класса прочности 8 должна компоноваться с болтом, у которого предел прочности не менее, чем:
8 х 100 = 800 МПа (или 800 Н/мм²; или ≈80 кгс/мм²)
Следовательно, можно использовать болты классов прочности 8.8; 9.8; 10.9; 12.9 - оптимальной будет пара с болтом класса прочности 8.8.
Правило подбора гаек к болтам заключается в сохранении целостности резьбы гайки, навинченной на болт, при приложении пробной испытательной нагрузки - попросту говоря, при испытаниях гайку не должно "сорвать" от испытательной нагрузки для выбранного болта.
Обычно гайки более высоких классов прочности можно заменить на гайки более низких классов прочности. Такая замена рекомендуется для соединений "болт + гайка", напряжение в которых будет выше предела текучести, или напряжения от пробной нагрузки болта.
Читайте также: