Яке навантаження витримує шпилька DIN 975 залежно від діаметра

Якщо потрібно підібрати різьбову шпильку для підвішування конструкції, монтажу обладнання або іншого кріплення, одного лише діаметра недостатньо. Навантаження залежить також від класу міцності, матеріалу, умов роботи та способу монтажу. У цій статті розберемося, яке навантаження витримують різьбові шпильки шпильки DIN 975, чим відрізняються M6, M8, M10, M12 та більші діаметри і як правильно підібрати різьбову шпильку під конкретне навантаження. 

 

 

 

Від чого залежить міцність шпильки

 

Різьбова шпилька — це металевий стрижень із різьбою по всій довжині. Її можна нарізати на потрібну довжину та використовувати разом із гайками й іншими елементами кріплення. Шпильки застосовують під час монтажу вентиляційних систем, підвісних конструкцій, трубопроводів, обладнання та металоконструкцій. Виготовляють їх із вуглецевої сталі, нержавіючої сталі та інших матеріалів. Тому діаметр шпильки сам по собі не визначає її міцність. Наприклад, M12 класу 4.6 і M12 класу 10.9 мають однаковий номінальний діаметр, але сильно відрізняються за міцністю.

 

Тому під час вибору потрібно дивитися на два параметри:

 

• діаметр — M6, M8, M10, M12, M16 тощо;
• клас міцності — 4.6, 8.8, 10.9 та інші.

 

Саме їхня комбінація визначає, яке розтягувальне навантаження може витримати кріплення.

 

 

Як розраховують навантаження на шпильку

 

Клас міцності позначають двома цифрами, наприклад 8.8 або 10.9.

 

Перша цифра, помножена на 100, відповідає номінальній межі міцності при розтягуванні в МПа. Наприклад, для класу 8.8 номінальна межа міцності становить 800 МПа.

Друга цифра визначає співвідношення номінальної межі плинності до номінальної межі міцності. Для класу 8.8 це співвідношення становить 0,8, тому номінальна межа плинності становить 640 МПа.

Але для розрахунку навантаження важливий не лише матеріал. Різьба має меншу площу перерізу, ніж суцільний стрижень такого самого діаметра. Тому використовують розрахункову площу різьби.

 

У спрощеному вигляді:

 

 

 

Для практичного підбору зручніше користуватися готовими таблицями навантажень.

 

Скільки витримує шпилька різного діаметра

 

Наведені нижче значення proof load взяті з таблиці 5 ISO 898-1:2013 для метричної різьби з крупним кроком. Значення наведені для номінальної площі напруженого перерізу різьби та відповідних класів міцності.

 

 

 

Дані відповідають таблиці для метричних різьбових стрижнів із класами 4.6, 8.8 та 10.9. 
 

Для прикладу, шпилька M12 класу 8.8 має proof load 48,9 кН. Це приблизно 5 тонн-сили. Але використовувати ці 48,9 кН як допустиме робоче навантаження не можна. .

 

 

Чому таблиця не показує допустиме робоче навантаження

 

Proof load — це не те саме, що безпечне робоче навантаження. У реальній конструкції навантаження може бути статичним або динамічним. На з'єднання також впливають вібрація, удари, температура, корозія, довжина різьбового зачеплення та спосіб встановлення шпильки.

Тому для відповідальних конструкцій потрібен окремий розрахунок із відповідним коефіцієнтом запасу. Просте правило «поділити табличне значення на 2,5» не замінює інженерний розрахунок.

 

 

Що ще впливає на міцність:

 

Діаметр шпильки. Чим більший діаметр, тим більша площа перерізу різьби та потенційна несуча здатність.

Клас міцності. M12 класу 10.9 витримає значно більше розтягувальне навантаження, ніж M12 класу 4.6.

Довжина різьбового зачеплення. Гайка повинна мати достатню довжину контакту з різьбою.

Динамічні навантаження. Удари, вібрація та повторювані навантаження можуть суттєво зменшити ресурс з'єднання.

Корозія. Пошкодження або втрата перерізу через корозію знижує міцність шпильки.

Температура. За високих температур механічні властивості сталі можуть змінюватися.

Спосіб монтажу. Перекіс, неправильне затягування або нерівномірний розподіл навантаження можуть зменшити фактичну міцність з'єднання.
 

 

 

Нержавіючі шпильки: A2 та A4

 

Якщо кріплення працюватиме у вологому середовищі або там, де важлива стійкість до корозії, використовують нержавіючі різьбові шпильки. Найчастіше зустрічаються позначення A2-70, A2-80, A4-70 та A4-80.

Позначення A2-70, A2-80, A4-70 та A4-80 містять інформацію про групу нержавіючої сталі та клас механічних властивостей кріплення. Тому самого позначення «нержавіюча сталь» недостатньо для оцінки міцності — необхідно враховувати повне маркування виробу.  Якщо потрібна висока несуча здатність, обирайте шпильку за конкретним класом міцності, а не лише за матеріалом.

 

 

Як правильно підібрати різьбову шпильку

 

Підбір можна почати з чотирьох простих кроків:

 

1. Визначте фактичне навантаження на кріплення.

2. Врахуйте характер навантаження: статичне, динамічне, вібраційне чи ударне.

3. Виберіть діаметр і клас міцності з необхідним запасом.

4. Перевірте матеріал, довжину шпильки, різьбове зачеплення та умови експлуатації.
 

 

Наприклад, якщо потрібна шпилька M12, не варто вибирати її лише за діаметром. Спочатку визначте необхідне навантаження, а потім порівняйте варіанти M12 різного класу міцності.

 

 

 

 

Яку шпильку вибрати для різного навантаження

 

Для легких монтажних робіт часто достатньо стандартної шпильки невеликого діаметра. Для підвішування обладнання або конструкцій із більшим навантаженням потрібен точніший розрахунок.

 

Умовно вибір можна почати так:

 

Це лише орієнтир. Реальну несучу здатність потрібно визначати за умовами конкретного з'єднання.

 

 

Висновок

Міцність різьбової шпильки залежить не тільки від діаметра. Потрібно враховувати діаметр, клас міцності, матеріал, характер навантаження та умови монтажу. Наприклад, M12 класу 8.8 має proof load 48,9 кН, а M12 класу 10.9 — уже 70 кН. Тому дві шпильки однакового діаметра можуть мати суттєво різну міцність. 
 

Для відповідальних конструкцій, важкого обладнання та кріплення, від якого залежить безпека людей, табличних значень недостатньо — потрібен повноцінний інженерний розрахунок.

 

 

Переглянути різьбові шпильки DIN 975 та DIN 976 →

 

Переглянути болти шестигранні DIN 931, DIN 933 →