Момент затяжки в чем измеряется

Как рассчитать усилие затяжки без динамометрического ключа

Моментом затяжки называют показатель усилия, который необходимо приложить для резьбовых соединений в процессе их завинчивания. Если крепеж был закручен с прикладыванием небольшого усилия, чем это было нужно, то при воздействии различных механических факторов резьбовое соединение может не выдержать, теряется герметичность скрепленных деталей, что влечет за собой тяжелые последствия. Так же и при чрезмерном усилии, резьбовое соединение или скрепляемые детали могут попросту разрушиться, что приведет к срыву резьбы или появлению трещин в конструкционных элементах.

Каждый размер и класс прочности резьбовых соединений имеет определенный момент затяжки при работе с динамометрическим ключом, который указывается в специальной таблице. При этом обозначение класса прочности изделия располагается на его головке.

Читать также: Бетон это смесь цемента воды

Основные резьбовые соединения в двигателе

Перечень основных резьбовых соединений двигателя и особенности их затягивания:

• Головка блока цилиндров (ГБЦ). Очень важный узел, поэтому при её креплении к блоку важно соблюдать не только момент затяжки, но и порядок затягивания болтов. Как правило, ГБЦ затягивается довольно большим моментом, начиная от центра блока к краям в несколько заходов. Обязательно уточняйте эту информацию в руководстве по эксплуатации автомобиля (для каждой модели двигателя цифры и порядок могут быть различны)!
• Клапанная крышка. Из-за того, что шпильки креплений клапанной крышки имеют маленький диаметр, при их затягивании следует соблюдать особую осторожность и не превышать необходимый момент. Порядок затягивания и момент также уточняйте в руководстве.
• Свечи зажигания и свечи накаливания. Они затягиваются в произвольном порядке, но очень внимательно, так как в случае повреждения резьбы в двигателе потребуется дорогостоящий ремонт.
• При затягивании форсунок также соблюдайте осторожность: из-за их небольшого диаметра легко повредить резьбу.
• Затягивать подушки двигателя следует после полной установки двигателя, когда уже он своим весом держится на них. Если затянуть подушки до того, как двигатель полностью ляжет на них и будет убран домкрат, подушки быстро порвутся при эксплуатации.

Такой порядок затяжки ГБЦ чаще всего используется для рядных четырехцилиндровых двигателей

Маркировка и класс прочности деталей

Цифровое обозначение параметра прочности метрического болта указано на головке, и представлено в виде двух цифр через точку, к примеру: 4.6, 5.8 и так далее.

1. Цифра до точки обозначает номинальный размер прочности предельного разрыва, рассчитывается как 1/100, и ее измерение осуществляется в МПа. К примеру, если на изделии указана маркировка — 9.2, то значение первого числа будет составлять 9*100=900 МПа.
2. Цифра после точки является предельной текучестью по отношению к прочности, после расчета число необходимо умножить на 10, как указано в примере: 1*8*10=80 МПа.

Обозначение класса прочности метрических болтов

Предельная текучесть представляет собой максимальную нагрузку на конструкцию болта. Элементы, которые выполняются из нержавеющих видов стали, имеют обозначение непосредственно самого вида стали (А2, А4), и только после этого указывается предельная прочность.

К примеру, А2-50. Значение в подобной маркировке обозначает 1/10 прочностного предела углеродистой стали. При этом, изделия, для изготовления которых используется углеродистая сталь, имеют класс прочности – 2.

Обозначение прочности для дюймовых болтов отмечается насечками на его головке.

Обозначение класса прочности дюймовых болтов

Можно ли правильно затянуть резьбовые соединения ГБЦ без динамометрического ключа

Затягивать резьбовые соединения при отсутствии соответствующего оборудования категорически не стоит автолюбителям, которые решили самостоятельно поменять прокладку головки блока или притереть клапаны.

Динамометрическим ключом не всегда пользуются при затяжке опытные слесаря-ремонтники, которые способны почувствовать на практике предел прочности любого болта. Но такая способность приходит не сразу. Для этого нужно поработать динамометрическими ключами несколько лет.

Но даже специалисты с большим стажем болты крепления головки блока цилиндров на дорогих марках легковых автомобилей затягивают динамометрическим ключом, потому что эта операция напрямую влияет на долговечность работы силового агрегата. В экстренной ситуации, когда нет возможности воспользоваться динамометрическим ключом, можно применить вариант с механическим или электронным кантором. В приведённом ниже видео опытный слесарь объясняет зрителям, как можно правильно затянуть головку блока цилиндров без ключа. При этом стоит иметь в виду, что правильность выполнения работ стоит проверить с помощью угломера.

Видео: как проверить затяжку головки блока цилиндров

Затяжка болтов крепления ГБЦ на автомобилях с пробегом — дело ответственное, трудное, специфическое. Ответственное, потому что от правильной затяжки зависит нормальная и долговечная работа двигателя. Трудное, поскольку эту работу выполнять не совсем удобно из-за тесноты и недостаточной обзорности. Специфическое — потому что нужно болты подтягивать в несколько заходов, по определённой схеме, с помощью специального динамометрического инструмента.

В чем измеряется затяжное усилие?

Основная величина измерения усилия затяжки болтов – Паскаль (Па). Международная система «СИ» предполагает, что данной единицей измеряется как давление, так и механическое напряжение. Соответственно, Паскаль равен значению давления, которое вызывается силой равной одному Ньютону и равномерным образом распределяется на плоскости размером в 1 м2.

Чтобы понять как можно конвертировать одну единицу измерения в другую, посмотрим пример:

• 1 Паскаль = 1 Нютону/м2;
• 1 МПаскаль = 1 Ньютону/мм2;
• 1 Ньютон/мм2 = 10 кгс/см2.

Значения усилий затяжки для различных типов болтов (таблица)

Для более удобного и точного восприятия представлена таблица затяжки болтов динамометрическим ключом.

Класс прочности, Нм	3.6	4.6	5.8	6.8	8.8	9.8	10.9	12.9
М5	1.71	2.28	3.8	4.56	6.09	6.85	8.56	10.3	8
М6	2.94	3.92	6.54	7.85	10.5	11.8	14.7	17.7	10
М8	7.11	9.48	15.8	19	25.3	28.4	35.5	42.7	13
М10	14.3	19.1	31.8	38.1	50.8	57.2	71.5	85.8	17
М12	24.4	32.6	54.3	65.1	86.9	97.7	122	147	19
М14	39	52	86.6	104	139	156	195	234	22
М16	59.9	79.9	133	160	213	240	299	359	24
М18	82.5	110	183	220	293	330	413	495	27
М20	117	156	260	312	416	468	585	702	30
М22	158	211	352	422	563	634	792	950	32
М24	202	270	449	539	719	809	1011	1213	36

Читать также: Шланг для кровельной горелки

Также представим таблицу момента затяжки для дюймовых видов резьб по стандарту, который применяется в Соединенных Штатах.

Дюймы	Нм	Фунт
1/4	12±3	9±2
5/16	25±6	18±4.5
3/8	47±9	35±7
7/16	70±15	50±11
1/2	105±20	75±15
9/16	160±30	120±20
5/8	215±40	160±30
3/4	370±50	275±37
7/8	620±80	460±60

Значения усилий затяжки для ленточного хомута с червячным зажимом

Ниже приведенная таблица содержит ряд данных про первоначальную установку ленточных хомутов на новом шланге, а также про повторную затяжку уже обжатых шлангов.
Размер хомута

Нм	Фунт/Дюйм
16мм — 0,625 дюйма	7,5±0,5	65±5
13,5мм — 0,531 дюйма	4,5±0,5	40±5
8мм — 0,312 дюйма	0,9±0,2	8±2
16мм	4,5±0,5	40±5
13,5мм	3,0±0,5	25±5
8мм	0,7±0,2	6±2

Определение момента затяжки

Динамометрическим ключом

Подбор этого инструмента должен осуществляться так, чтобы затяжной момент на крепежном элементе был на 20-30% меньше, нежели значение максимального момента на используемом ключе. Если попытаться превысить допустимый лимит, то инструмент может легко сломаться.

Затяжное усилие и марка материала должны присутствовать на каждом изделии, способы расшифровки маркировки описаны выше.

Чтобы выполнить вторичную протяжку болтов, следует придерживаться следующих рекомендаций:

1. Точно знать значение необходимого затяжного усилия.
2. Выполняя контрольную проверку затяжки, необходимо выставлять усилие и проверять по кругу каждый крепежный элемент.
3. Запрещается пользоваться динамометрическим ключом как обычным, его не стоит использовать для закрутки деталей, гаек и болтов, чтобы получить лишь примерное усилие . Его стоит использовать для выполнения контрольной протяжки.
4. У динамометрического ключа должен быть запас для измерения момента усилия.

Без использования динамометрического ключа

Чтобы выполнить проверку нам понадобится наличие:

• накидного или рожкового ключа;
• пружинного кантера или весов, с пределом не менее 30 кг;
• таблицы, которая содержит сведения об усилии затяжки болтов и гаек.

Момент затяжки является усилием, которое необходимо приложить на рычаг размером в 1 метр. К примеру, требуется выполнить затяжку гайки рассчитав для этого усилие в 2 кГс/м:

1. Нам потребуется узнать какой длины ключ. Например, длина составляет 20 см или 0,2 метра.
2. Разделить единицу на наше полученное значение: 1/0,2 = 5.
3. Умножить полученный результат: 5*2кГс/м = 10 кг.

Далее на практическом опыте крепим к ключу крючок и присоединяем его к весам. Выполняем натяжку к нужному значению (которое мы получили в ходе расчетов) и начинаем постепенно закручивать/проверять. Применение такого кустарного метода все же лучше, нежели закручивать болты на «глаз». Погрешность будет присутствовать в любом случае, однако с увеличением усилия она будет уменьшаться . Все зависит от того, какого качества весы. Однако для проведения серьезных и профессиональных работ лучше обзавестись специальным динамометрическим ключом.

Как сделать динамометрический ключ своими руками, чтобы им было удобно пользоваться?

Метровая рукоятка ключа – не самый практичный вариант. Воспользуемся правилом расчета силы в зависимости от длины рычага. Формулы изучать нет смысла, величины рассчитываются в пропорциях.

Чем короче рычаг, тем большее усилие необходимо приложить (при сохранении величины крутящего момента):

• рычаг 1 м, крутящий момент 10 Н.м., усилие 1 кг;
• рычаг 0,5 м, крутящий момент 10 Н.м., усилие 2 кг;
• рычаг 33 см (уже удобно работать), крутящий момент 10 Н.м., усилие 3 кг.

Для изготовления понадобятся:

• рукоятка для работы с торцевыми головками под квадрат (для большей универсальности – с удлинителем).
• хомут для фиксации точки измерения силы.
• измерительное устройство: можно использовать обычные весы типа «безмен» или «кантор». Оптимальный диапазон измерений от 100 грамм до 50 кг.

Отмерив от центра вращения необходимую длину, закрепляем хомут на рычаге.

Устройство готово за 15 минут. Можно наметить несколько точек установки хомута, в зависимости от измеряемого момента.

Если не хочется делать своими руками отдельный инструмент – воспользуйтесь стандартным набором ключей (с одной стороны рожковый, с другой – накидной). Принцип действия такой же точно.

Для каждого ключа (поскольку они разной длины), заранее составляем таблицу расчета. Можно воспользоваться готовым приложением для смартфона:

Вводим полученные данные (длина рычага, показания кантора), и видим готовый результат в ньютонах на метр.

Затягиваем болт самодельным динамометрическим ключом — видео

Вывод: Имея на руках безмен стоимостью 300 – 500 руб. (он есть практически в каждом доме), можно сэкономить на покупке фабричного динамометрического ключа: цена порядка 2000 – 3000 рублей.

Что такое момент затяжки?

На рисунке показаны две металлические пластины, прижатые друг к другу при помощи болта и гайки. В этом случае в болте возникает осевое усилие.
Если значение этого усилия слишком мало, болтовое соединение может ослабнуть, например от вибрации.
Если же усилие слишком высоко, то болт может растянуться и лопнуть.

Так что же такое "Момент затяжки"?
Это крутящий момент, возникающий в результате воздействия силы на определенном плече.
Это означает, что каждое болтовое соединение, в соответствии с предъявляемыми требованиями, должно иметь определенный момент затяжки.
На самом деле, измеряя момент затяжки, мы косвенно контролируем осевое усилие в крепеже.
Момент затяжки T — это произведение силы F на так называемую эффективную длину или длину рычага L.
L — это длина между осью вращения крепежа и точкой приложения силы.

Допустим мы прикладываем к ключу усилие 50 Ньютонов (≃5 кг), то на схеме видна прямая зависимость между силой F и рычагом L.
T = F x L
1. T= 50 Н x 1 м = 50 Нм
2. T= 50 Н x 2 м = 100 Нм

Усилие затяжки болтов: расчет момента

Затяжка болтов обеспечивает надёжное соединение с помощью резьбовых элементов. Осуществляется двумя способами – контролируемым и неконтролируемым. В первом варианте используют калибровочный инструмент. В неконтролируемом случае мастер закручивает болт гаечным ключом с применением молотка.

Правильно затянутый болт — это тот, который затянут так, что он действует как очень ребристая пружина, стягивающая сопрягаемые поверхности вместе. Вращение болта (крутящий момент) в какой-то момент вызывает его растяжение (натяжение). На величину натяжения, возникающего при приложении заданного момента затяжки, влияет несколько факторов:

1. Первый — диаметр болта. Для затяжки болта маленького диаметра требуется прикладывать существенно больше усилий, чем для затяжки крупного болта.
2. Второй — класс болта. Для затягивания болта меньшего класса требуется больше усилий, чем для растягивания более высококлассного болта, из-за большей прочности материала.
3. Третий — коэффициент трения, иногда называемый «фактором гайки». Значение этого коэффициента указывает на то, что более твердые, гладкие или скользкие болтовые поверхности, такие как резьба и опорные поверхности, требуют меньшего вращательного усилия (крутящего момента) для натяжения болта, чем более мягкие, грубые и липкие поверхности.

Сила, прилагаемая к гайке при навинчивании её на резьбу болта, называется моментом затяжки. Она бывает контролируемой и неконтролируемой. Первый метод предполагает использование специальных инструментов, и позволяет получить точные результаты. Во втором случае используют гаечный ключ и молоток, и сила не может быть измерена.

Если болт затянут достаточно, то соединение будет более надежным и прослужит дольше. При этом не будет деформированных деталей.

Требуемое осевое усилие болта

Расчёт момента затяжки болтов осуществляется по следующей формуле: M = k*F*d/z. В данной формуле коэффициент трения k умножают на усилие затяжки F, и умножают на результат деления наружного диаметра резьбы на количество болтов. Быстро рассчитать момент затяжки можно в онлайн-программе.

Соотношение между приложенным крутящим моментом и осевой силой или нагрузкой в болте может быть рассчитано по формуле T = K х F х d, где:

• T — крутящий момент гаечного ключа (Нм, в кг);
• K — константа, зависящая от материала и размера болта;
• d — номинальный диаметр болта (в метрах);
• F — осевое усилие болта (в кг).

Следует иметь в виду, что табличные показатели обычно являются грубым расчетом. Кроме того, точность динамометрического ключа обычно не превышает +-25%.

Момент силы, приложенной к гаечному ключу, это векторная величина, характеризующая вращательное воздействие на физическое тело. Показатель измеряется в ньютон-метрах. Общее обозначение буквой М. Вычисление производится по формуле, в которой радиус вектора частицы умножается на силу, воздействующую на неё.

Приведенный ниже расчет можно использовать для вычисления крутящего момента, необходимого для достижения заданного осевого усилия болта или нагрузки. Способ является универсальным и может использоваться для неметрических и метрических единиц измерения до тех пор, пока использование единиц измерения является последовательным.

Обратите внимание, что стандартные сухие крутящие моменты обычно рассчитываются для создания растягивающего напряжения или осевой силы, а также нагрузки зажима в болте, которая равна 70% минимальной прочности на растяжение или 75% запаса прочности.

Пример расчета: пробная нагрузка для метрического болта М30 является 373000 N. Крутящий момент, необходимый для достижения этого натяжения с помощью сухого болта, можно рассчитать следующим образом: Тсухой = (0,2) х (373000 Н) х (30 мм) х (10-3 м / мм) = 2238 (Н/м).

Смазка болта маслом SAE 30 уменьшает крутящий момент, необходимый для достижения того же напряжения, примерно на 40%. Уменьшенный крутящий момент можно рассчитать по формуле ТSAE30 = (2238 Н/м) х (1 – (40%) / (100%)) = 1343 Н/м.

Прочность болта

В следующей таблице приведены характеристики прочности для различных классов свойств метрических стальных болтов, винтов и шпилек:

Класс

Диапазон номинальных размеров (мм)

Прочность (МПа)

Предел растяжимости, мин (МПа)

Предел прочности при растяжении, мин (МПа)

Материал

Низкоуглеродистая или среднеуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая или среднеуглеродистая сталь; полностью или частично отожженная

Низко- или среднеуглеродистая сталь; холодная обработка

Среднеуглеродистая сталь; закаленная

Среднеуглеродистая сталь; закаленная

Среднеуглеродистая сталь; закаленная

Легированная сталь; закаленная

Легированная сталь; закаленная

Предел прочности или предельная прочность на растяжение может быть определена как максимальная величина растягивающего напряжения, которое компонент может выдержать до того, как он сломается. Запас прочности может быть определен как наибольшая величина растягивающего напряжения, которое компонент способен выдержать до начала проявления пластической или постоянной деформации при снятии приложенного напряжения.

Предел растяжимости — это единица растягивающего напряжения, которое компонент может выдержать, когда он проявляет 0,2% пластической или постоянной деформации. Класс обычно штампуется на головке болта. Эти две цифры указывают на прочность болта или винта при предельном растяжении.

В случае болта класса 8.8 первая цифра означает, что предел прочности при растяжении составляет не менее 800 МПа. Вторая цифра означает, что крепеж начнет давать выход на 80% от предела прочности при растяжении, то есть не менее 640 МПа.

Контроль над затяжкой крепежа

Если гайки и болты, закрепляющие сменную деталь или механическую систему, имеют требуемое давление затяжки, то динамометрический ключ необходим по нескольким причинам. В большинстве случаев при попытках затянуть крепежные детали с помощью накидного ключа или ручного ключа-храповика произойдет две вещи:

1. Затяжка будет слишком свободная. Если крепежная деталь слишком свободна, она может создать зазор между гайкой или болтом и частью, которую она закрепляет. Когда это происходит, накапливается избыточное тепло, которое ослабляет крепежную деталь до такой степени, что болт защелкивается или деталь отваливается. С колесами и компонентами рулевого управления/торможения это может привести к несчастным случаям и даже смертельному исходу.
2. Затяжка будет слишком тугая. Большинство механиков не понимают, насколько они сильны. На самом деле, чрезмерное затягивание является более распространенным явлением, чем оставление крепежных деталей слишком свободными. Когда они слишком тугие, опасность возникает в виде слишком большой силы, которая обычно деформирует, сгибает или повреждает болты и саму деталь.

Всегда при техническом обслуживании транспортного средства или другой конструкции лучше пользоваться заводским руководством. Инструкция позволит правильно выполнить необходимые действия, получив желаемый результат. А для крепления болтами деревянных элементов нужна шайба квадратная для деревянных конструкций. Это необходимо для того чтобы предотвратить образование вмятин в дереве и ослабления затяжки. На самом деле, лучше выполнять такое крепление саморезами. В нашем магазине "Первый крепеж" можно купить саморезы, опт цена на которые вас приятно удивит.

Вот несколько общих советов по использованию динамометрического ключа:

1. Нужно очистить болты и крепежные детали перед установкой. Всегда лучше удалить ржавчину, грязь и мусор с любого крепежа перед монтажом. Если есть чрезмерное накопление ржавчины, используйте проникающую жидкость, такую как WD-40, чтобы удалить ржавчину. Перед установкой гаек или болтов следует убедиться, что излишки WD-40 удалены.
2. Установить динамометрический ключ на рекомендуемое давление. В руководстве по техническому обслуживанию указывается рекомендуемое давление затяжки. В нижней части динамометрического ключа имеется ряд цифр, указывающих на установку давления. Нужно следовать инструкциям по настройке динамометрического ключа, так как каждый динамометрический ключ уникален и имеет разные шаги.
3. Затягивать компоненты лучше в два этапа. Направить гайку или болт на деталь с помощью ручного ключа, пока он не станет плотным, но не тугим. В этот момент используется динамометрический ключ, установленный на рекомендуемое давление крутящего момента. Тянуть динамометрический ключ в направлении затяжки нужно, пока не прозвучит щелчок в ручке ключа. Далее необходимо остановиться и затянуть еще раз, пока снова не станет слышен тот же звук. Второй щелчок подтверждает правильную настройку затяжки.

Чтобы затянуть болты повышенной прочности, зачастую требуется дополнительное оборудование, позволяющее усилить крутящий момент. Обычно в подобной ситуации применяется ключ-мультипликатор.

Таблица момента затяжки болтов

В таблице ниже указаны значения предварительной нагрузки и моменты затяжки для стальных крепежных деталей с тонкой метрической резьбой:

Класс свойств предварительной нагрузки (N) по стандарту ГОСТ Р ИСО 898-1-2011