Шпилька широко применяется для крепления различных деталей. При этом в качестве фиксирующего элемента на оба конца шпильки могут накручиваться гайки.
Либо один конец шпильки вворачивается непосредственно в тело детали (для этого в ней предварительно сверлиться стандартный паз и нарезается внутренняя резьба).
Резьбовая шпилька является стандартным крепёжным изделием. Её материал, конструктивные размеры и прочие параметры регламентируются ГОСТ 22032-76, ГОСТ 22042-76, а также DIN 975 и DIN 976.
DIN – это Немецкий институт по стандартизации. Поэтому в сравнении с российским ГОСТОм, зарубежный стандарт предполагает наличие определённых нюансов:
-
DIN 975 Шпилька резьбовая (штанга) – этот стандарт регламентирует конструкцию шпилек со сплошной (по всей длине) метрической резьбой.
Шпилька предназначается для потолочного крепления вентиляционных систем, воздуховодов и пр. Допускает наращивание крепежа при помощи соединительных гаек с метрической резьбой.
Для производства резьбовых шпилек используется углеродистая, автоматная сталь (в том числе с гальванической оцинковкой) или нержавеющая сталь. Метрическая резьба – с натягом (для обеспечения прочной фиксации и неподвижности соединений).
Размерный ряд по длине – 1000 или 2000 мм, по диаметру резьбы – от М4 до М36. -
DIN 976 Шпилька резьбовая оцинкованная – в отличие от предыдущего изделия, шпилька по стандарту «976» имеет расширенный размерный ряд по длине (от 25 до 300 мм). По диаметру резьбы изготавливаются шпильки от М6 до М16.
Материалом для шпильки служит углеродистая, оцинкованная сталь, нержавеющие стали А2 или А4, латунь. Используется в промышленности, строительстве для соединения узлов и деталей при помощи гаек и шайб.
Для успешного применения шпилек стандарта DIN 976 необходимо точное знание размеров крепежа. Если же таких данных нет, лучше использовать метровые шпильки DIN 975 – с нарезкой длины «по месту». -
ГОСТ 22032-76 Шпильки с ввинчиваемым концом длиной 1d. Класс точности В. Конструкция и размеры – Российский стандарт распространяется на сравнительно большой класс крепёжных резьбовых шпилек, регламентируя изделия с резьбой от М2 до М48. При этом гаечный и ввинчиваемый конец шпильки может иметь крупный или мелкий шаг резьбы. Допускаются варианты, когда крупная резьба нанесена на гаечный конец, а ввинчиваемая часть шпильки имеет мелкую резьбу – или наоборот. Размерный ряд по длине ввинчиваемой части шпильки – от 3 до 48 мм.
Материалом для шпильки служит легированная сталь, допускается также изготовление из алюминия, бронзы, латуни. -
ГОСТ 22042-76 Шпильки для деталей с гладкими отверстиями. Класс точности В. Конструкция и размеры – По данному стандарту выпускаются шпильки с двумя равными по длине резьбовыми частями. Диаметр метрической резьбы составляет от 2 до 48 мм. Шаг – либо крупный, либо мелкий. Длина стержня – от 10 до 500 мм.
Шпильки изготавливаются из углеродистой легированной стали, алюминия, бронзы или латуни.
Рекомендации по выбору
Как и любое крепёжное изделие, резьбовые шпильки рассчитаны на работу с определённой нагрузкой. Несущая способность шпилек зависит от их размера, вида материала, а также характера приложения нагрузки. В большинстве случаев шпильки рассчитаны «держать» нагрузку, действующую либо в плоскости, параллельной оси шпильки, либо перпендикулярной ей.
В первом случае несущая способность крепежа целиком определяется глубиной вкручивания шпильки – её резьбовая часть работает в условиях распределённой нагрузки на растяжение. На грузоподъёмность шпильки также будет влиять тип резьбы (точнее, её шаг – крупный или мелкий), но по сравнению с глубиной вкручивания это влияние не столь существенно.
Во втором случае, когда нагрузка направлена перпендикулярно оси шпильки, несущая способность целиком определяется сопротивлением материала, работающего на изгиб и срез. Решающим фактором повышения грузоподъёмности при этом будет вид материала стержня (твёрдая сталь предпочтительнее мягкой латуни или алюминия) и его диаметр. Длина резьбовой части и вид самой резьбы не принципиальны (хотя и должны обеспечивать прочное крепление шпильки в месте «заделки» в деталь или при накручивании гаек).
Кроме перечисленных факторов, при выборе материала шпильки необходимо учитывать условия окружающей среды. При агрессивном воздействии, длительную работу лучше обеспечит крепёж из нержавеющей или оцинкованной стали. Однако нельзя забывать, что контакт разнородных металлов (к примеру, стали и алюминия) приводит к возникновению электрохимической коррозии, которая быстро разрушает мягкий металл и резко снижает несущую способность соединения.
И наконец, конкретные значения длины и диаметра резьбовых шпилек (при известном характере нагружения и условий окружающей среды) можно определить по специальным таблицам.
Работа крепежа на пределе текучести
В ряде случаев взаимное крепление деталей должно обеспечивать высокую прочность и герметичность конструкции. При наличии внутренних сил (к примеру, давления рабочего тела) крепёж даже очень прочно стянутых деталей будет «играть», поскольку металл резьбовых шпилек обладает определённой податливостью. Чтобы «выбрать» эту податливость, которая характерна для нагрузок в области упругой деформации материала, резьбовые шпильки затягивают определённым моментом в несколько этапов – сперва чтобы «оказаться» в зоне упругой деформации, а затем при дальнейшей затяжке подойти к границе предела текучести.
При этом обеспечивается максимальная надёжность соединения. Однако крепёж становится одноразовым – открученные шпильки уже нельзя использовать повторно, поскольку их материал уже «потёк». При работе в зоне пластической деформации размеры изделия после снятия нагрузки не восстанавливаются.
