Как выбрать болты

• Фактор 1 - Размер

При монтаже объекта, который поставляется с отверстиями для болтов, используйте размеры болтов, рекомендованные производителем. Если у изделия нет конкретных инструкций, указывающих, какие болты использовать, то используйте болт нужного размера, который хорошо подходит и заполняет отверстия.

Показанный на фото ролик - хороший пример. В нем есть 4 паза, которые отлично подходят для болтов диаметром 3/8" или 10 мм. Любой размер подходит в качестве выбора болта. Примечание: поскольку отверстия являются пазами, шайбы поддерживают гайку.

Если отверстия не определены для размера болта, есть много других соображений для выбора размера.

• Фактор 2 - Толщина материала

Используйте болт, который хорошо работает с толщиной соединяемых материалов. Если вы крепите тонкий листовой металл, то болты большого диаметра не сделают его более надежным. Фактически, когда наступает критический момент, материал часто ломается около болтов, поэтому лучше иметь несколько меньших крепежных элементов, чем один крупный.

Типичное правило. Используйте диаметр болта, который в 1,5 - 2,5 раза (до трех раз) превышает толщину более тонкого материала, который вы соединяете. Так, для материала толщиной 1/8" часто хорошим выбором болта будет диаметр 1/4". Для материала толщиной 1/4" возможно, 3/8" или 1/2" болт.

Это руководство не работает для очень тонких материалов и для очень толстых. В обоих этих случаях - если соединение критично - лучше использовать больше крепежных элементов, чем более крупные. Примечание: для тонких материалов обычно лучше подложить соединение более толстым материалом, например, шайбами или пластинами, затем правила могут снова применяться.

• Фактор 3 - Функция

Что должны делать болты? Это сквозные болты (болт с гайкой)? Или болт входит в резьбовое отверстие? Может быть, резьбовое отверстие проходит сквозь? Или, может быть, оно слепое (входит в резьбовое отверстие, которое не проходит сквозь)?

Большая часть обсуждения в этой статье показывает болты с гайками (и шайбами), но существует множество приложений, где резьба находится в другой части. На самом деле, обсуждение почти одинаково в любом случае. Болты колес прицепа - хороший пример, где некоторые болты вкручиваются в резьбовую втулку, а иногда они являются шпильками с гайкой. Узнайте больше в статье о болтах колес прицепа.

В любом случае, функция имеет значение и часто связана с другими вещами на этой странице, такими как взаимодействие резьбы и нагрузка (обе темы ниже). Что должны делать болты? Держать вещи, да, но подумайте о том, что они держат? Как они это держат? И, возможно, самое важное, насколько это критично? Выбранные вами болты - класс, размер и количество - должны отражать то, что должны делать болты.

• Фактор 4 - Количество болтов

Вы когда-нибудь замечали, что болты редко появляются по одному? Сколько вам нужно болтов?

Когда вы закручиваете что-то болтами, вы ограничиваете его в одном направлении. Аргументируя, ограничивает больше с помощью трения и увеличенного контакта поверхности, но если вам действительно нужно удержать деталь, потребуется больше болтов. 2 болта ограничивают вращение, а как минимум 3 болта (не на одной линии) - для ограничения изгиба. Мы часто видим наборы из 4, потому что это удобная конфигурация, и они очень хорошо ограничивают многие вещи.

Размещайте узоры болтов так, чтобы болты были распределены - в разумных пределах. Обычно большее расстояние между ними делает соединение прочнее. С точки зрения удержания вещей, чем больше, тем лучше, но это также делает работу более сложной.
Другая причина использования большего количества болтов - безопасность. Если соединение касается безопасности, лучше перестраховаться.

Изображение здесь прицепа иллюстрирует некоторые из этих факторов выбора болтов. Размер болта составляет 1/2" (определенный отверстиями прицепа) - что немного более чем в 2,5 раза толщина материала (менее 3 раз), поэтому это хорошо для материала толщиной 3/16". Они имеют класс 8 для прочности, потому что безопасность определенно важна. Тонкая резьба с гайками Nylock для безопасности в условиях вибрации. Основные силы соединения действуют на сдвиг, и у них достаточное расстояние для стабильности соединения.

В примере с прицепом есть 4 соединения. Каждый болт соединяет материалы дважды, один раз с каждой стороны. 4 соединения не линейны, поэтому это хорошо для стабильности при изгибе.

• Фактор 5 - Прочность

Выбирайте прочность болта в зависимости от того, что вы просите болт сделать. Для безопасности думайте о более прочных болтах, таких как класс 8 или выше. При сдвиговых силах думайте о диаметре, который легко выдержит нагрузки. При растягивающих силах обратите внимание на тонкую резьбу, а также на материал более высокого класса.

Существует 2 способа достичь более высокой прочности. Первый - это материал болта - класс болта. Второй - диаметр болта.

С точки зрения таблицы в части 1, мы видим, что (обобщенно) класс 5 примерно в два раза прочнее класса 2. Это отличный способ увеличить прочность. Еще одним большим улучшением является диаметр. Когда мы рассматриваем диаметр, 3/8" болт более чем в два раза прочнее 1/4" болта. Фактически, для того чтобы сравняться с 3/8" болтом класса 2, требуется высококлассный болт с головкой 1/4". Действительно, диаметр также является важным фактором. Учитывайте это при использовании нержавеющих стальных болтов.

Правильный выбор болтов для прочности приходит с балансом других факторов на этой странице. Иногда нам нужен менее прочный болт для учета удара или упругости.

Кстати, при расчете прочности болта используйте корневой диаметр резьбы (наименьший диаметр внутри резьбы), а не полный диаметр болта. Также думайте о коэффициентах безопасности - и используйте их щедро.

• Фактор 6 - Шаг резьбы

Мелкая резьба или крупная резьба? Это хороший вопрос без однозначного ответа. Вот некоторые соображения.

1. Крупная резьба имеет меньше резьб, поэтому она устанавливается быстрее.
2. Мелкая резьба может создать большую силу зажима за счет уменьшенного угла резьбы.
3. Болт с мелкой резьбой немного прочнее болта с крупной резьбой.
4. Для вибрации мелкая резьба имеет преимущество (хотя гайки с самоконтрящимися элементами, Локтайт и т. д., еще лучше).

При выборе болтов нет однозначных критериев, поэтому принимайте решение, опираясь на преимущества.

Лично я чаще всего использую крупную резьбу для меньших болтов (1/4", 6 мм и меньше). С более крупными болтами я использую мелкую резьбу в случаях вибрации и когда силы зажима критичны. Например, на складном языке прицепа зажимные болты имеют размер 1/2"-20 (мелкая резьба). Класс 8 для избыточной прочности. Поворотные болты не затянуты (иначе он бы не поворачивался), поэтому они не учитываются в расчетах, но они имеют тот же размер и резьбу, чтобы все соответствовало. (И используйте одинаковые гаечные ключи для всего.)

• Фактор 7 - Длина

Какой достаточной длины? Какой слишком длинный

Достаточной длины является та, при которой резьбовая часть выступает через гайку с несколькими резьбами. Слишком длинный - когда неиспользуемый конец болта мешает чему-то - или когда болт не может полностью затянуться. Идеальной может быть болт, который у вас есть в ящике (потому что вам не нужно идти покупать что-то).

Сказав это, не бойтесь отрезать болт. Если он немного слишком длинный, отрежьте его до нужной длины, а затем обработайте конец. Точно так же, если вам нужен длинный или нестандартный болт, сделайте его из резьбовой штанги. Прочитайте эту полную статью о работе с резьбовой штангой.

Не забывайте о шайбах (если они вам нужны), когда думаете о длине. Также специальные гайки, такие как гайки с самоконтрящимися элементами, требуют немного больше длины, чем стандартные.

Для болтов, вкручивающихся в что-то (а не в гайку), понятие "достаточной длины" также должно учитывать участие резьбы, которое является нашим следующим фактором выбора болта.

• Фактор 8 - Участие резьбы

Легко думать о болтах с гайками для крепления - особенно для самостоятельного изготовления. Это делает вещи простыми. Однако иногда вам нужно нарезать отверстие. Нарезки довольно легко использовать и, если делать правильно, создают отличные резьбы для вворачивания болта. При создании своих резьб обратите внимание на некоторые моменты.

Правила для участия резьбы включают в себя материал, в который вкручивается болт, а также диаметр болта. Это соотношение с длиной участия резьбы как функцией диаметра болта. Например, 2x означает, что глубина участия резьбы в два раза превышает диаметр болта. В данном случае, для болта диаметром 1/4" глубина участия резьбы составляет 2x диаметра, или 1/2". Это всего лишь пример.

В общем, используйте 1x для стальных болтов в стальные резьбы. Минимум 1,5x и желательно 2x или более для алюминия. Магний и высокопрочные пластмассы - 2,5x или 3x.

Опять же, это всего лишь правила приблизительные, и сплавы материалов ведут себя по-разному. Для начала просто используйте эти числа как перспективу в вашем выборе болтов.

Обратите внимание, что большинство гаек меньше, чем указано выше 1x. Это связано с тем, как формируются резьбы. Резьба, вырезанная нарезкой, не так прочна, как резьба, полученная прокаткой. Опять же, это всего лишь перспектива.

• Фактор 9 - Нагрузка

Где вы ставите болты, когда что-то строите? Хотя существует несколько способов, как силы могут взаимодействовать с болтом, некоторые направления определенно лучше других. Если у вас есть выбор, обратите внимание на положение болтов и направление силы, а также удобство и доступ.

Первый выбор - ставить болты только в качестве опор. Это работает, когда детали давят друг на друга, и болты нужны только для фиксации и удержания позиции. Для такого типа соединения не требуется много прочности болтов. Хотя это идеально, это часто не соответствует направлению сил.

Второй выбор - ставить болты в сдвиг. Это означает, что силы стремятся разрезать болты. Посмотрите на фото прицепного устройства выше. Силы тяги прицепа и торможения перпендикулярны болтам. Это сдвиг. Болты очень прочны в сдвиге, и даже когда они не полностью затянуты, они все равно прочны в сдвиге. Однако болт должен быть подобран по силам, поэтому важны как прочность, так и диаметр.

Последний выбор - болты в натяжении. Я говорю, что это последний выбор, но часто это единственный вариант - или, в случае с синим петлевидным шарниром прицепа, это лучший вариант для достижения других целей. Прочитайте раздел о болтах в нашем обзоре складного языка для более подробного объяснения. В натяжении болт полагается на резьбу для переноса нагрузок. Когда это необходимо, используйте более крупные болты, более прочные болты и несколько болтов для лучшей надежности.
Силы болтов

• Фактор 10 - Смешанные силы

Правда в том, что большинство болтовых соединений не представляют собой просто одну из этих сил, они являются комбинацией. И часто силы меняются в разное время, так что учитывайте все это.

Например, посмотрите на фото колеса. На практике болты там в основном используются как опоры. Колеса передают нагрузки на фланец, затем фланец находится на металлической опоре. На самом деле, есть также сдвиговые силы, когда тормоз включен или когда колесо ударяется о что-то (например, стык в бетонном полу).

Наконец, иногда силы меняются, например, от сдвига в одну сторону к сдвигу в другую. Эти осциллирующие или вибрирующие ситуации являются наихудшими для выбора болтов, потому что они представляют собой вызов в поддержании надежности. В таких случаях мы рекомендуем использовать больше болтов, тонкую резьбу и, возможно, особенно, метод сопротивления вибрации. (Как самоконтрящиеся гайки или провода или штифтовые гайки)

• Фактор 11 - Окружающая среда

Хотя это не самое последнее, окружающая среда для болта довольно важна. См. Страницу 1 по болтам 101 для получения дополнительной информации о покрытиях. Также обратите внимание на Страницу 3 для информации о болтах из нержавеющей стали, если ваша среда будет содержать значительное количество влаги или химикатов.

Осложнения при болтировке

Мы часто думаем о болтах в классическом понимании, как на многих изображениях на этой странице. Болт через отверстие и зажимы затянуты. Но есть и другие применения, как на самом верхнем изображении. Тот болт торчит, используя гайки для закрепления его на месте. Выступающая часть использует головку и верхнюю часть болта как место для крепления пружины.

Болт с крюком пружины как довольно обычное зажимное соединение - с гайками с обеих сторон конструкции. Но что делать в более сложных ситуациях, например, когда нужно закрепить цепь безопасности прицепа? Что делать с цепью, удерживаемой болтом? Обратите внимание на пересекающиеся звенья цепи, которые не позволяют болту крепиться к металлической поверхности. Трудно надежно затянуть болт из-за соседних звеньев. Выбор болта здесь скорее касается размера и блокировки, чем правильной тугости.

В этом случае шайбы укладываются для создания основы для зажимных сил. (Шайбы с некоторой обработкой для подгонки к цепи.) Это может работать, но когда болты не "затянуты", они будут двигаться при вводе в эксплуатацию. Такие ситуации не обязательно плохи, но определенно требуют дополнительной прочности болтов (и размера).

Это не только выбор болта, но и выбор болтировки. Иногда переосмысление функции - лучший способ, чтобы болты были надежно затянуты.

Размеры отверстий для болтов

Сколько места вы оставляете для болтового отверстия? Многие DIY-проекты страдают от болтов, которые либо слишком свободно входят в отверстия, либо слишком плотно и трудно собираются. Где находится золотая середина?

Проблема, честно говоря, обычно не в размере отдельного отверстия, а скорее в выравнивании отверстий относительно друг друга. Если вы делаете все самостоятельно с помощью циркуля и дрели, иногда отверстия не выходят идеально.

Обычно я добавляю примерно 10% к диаметру болта для размера отверстия. Пример: болт 1/4" + 15% = 0,287", округляем до 9/32" дрели = 0,281" диаметр. Я склонен округлять в меньшую сторону, когда болты становятся крупнее. Пример: болт 1" + 15% = 1,15". Это предполагает отверстие 1-1/8". Для меня отверстие 1/8" немного слишком свободное (неплотное соединение), поэтому для более крупных болтов я делаю около 10%. Пример: болт 1" + 10% = 1,1" или после округления = 1-3/32" или даже 1-1/16".

Хорошее правило - добавлять столько допуска к отверстию, сколько вы можете удерживать в пределах допуска по расположению отверстия.

Итоги выбора болтов

Как просто ни казались болты, на самом деле о них есть много, что нужно знать. Это довольно простой обзор, как введение в болты 101 для самостоятельного изучения. Однако, есть еще много чего знать. К счастью, это тема, по которой в интернете есть много отличной информации. Просто ищите темы, которые вам нужны. Такие как "Шаг резьбы болта" или "Предел прочности на сдвиг болта". Вы найдете множество отличной информации в более глубоких подробностях.

Опять же, этот материал - это введение с практической точки зрения, а не научное. Это о выборе болтов, прежде всего потому, что практическая сторона, кажется, отсутствует на сайтах о болтах, которые мы видели. Дайте нам знать, если мы упустили что-то важное. Удачи в ваших проектах.