Шпилька против болта

[sergey zhukov]

Всегда было интересно, почему на фланцах трубопроводов почти всегда ставят шпильки, а не болты.

У шпилек есть некоторые преимущества в удобстве монтажа. Скажем, шпильку можно вытащить в обе стороны, а так же вставить ее с обеих сторон. Если с одной стороны резьбу на гайке закусило, можно всегда открутить гайку с другой стороны. Это все понятно.

Но я так понял, что у шпилек есть более существенные преимущества перед болтами в плане прочности. Скажем, норматив на крепеж допускает устанавливать болты на фланы труб только при низких давлениях и температурах. При высоких давлениях и температурах должны применяться именно шпильки.

Кое-где говорится, что в месте перехода тела болта в его шляпку возникает концентрация напряжений, и это минус болта. А в месте соединения шпильки с гайкой эта концентрация сглажена (тоже, разумеется есть, но не такая сильная). Поэтому шпилька прочнее. Скажем, если фланец собран на болтах, то в случае разрыва крепежа болт разрывается именно у головки болта, а не у гайки.

Т.е. преимущество шпилек в плане прочности в том, что можно более гибко управлять концентрацией напряжения в месте захода шпильки в гайку, чем в головке болта? Т.е. можно, скажем, использовать гайку и болт из разных материалов, или делать специальные пружинящие резьбовые вставки, распределяющие напражения равномернее? Собственно, сама резьба как бы и выполняет роль такой вставки? Т.е. сделав определенные надрезы в теле шляпки болта (собственно, резьба), мы можем повысить прочность болта?

[stalvoron]

sergey zhukov в сообщении #1590016 писал(а):

Всегда было интересно, почему на фланцах трубопроводов почти всегда ставят шпильки, а не болты.

.Вы преувеличиваете. Рекомендованные нормативными документами типы узлов в проектировании трубопроводов систем водо-, паро-, газоснабжения для большинства условий являются именно болт-гайка. Это же дешевле. Вообще то выбор зависит от исходных условий в задании на проектирование. Шпилечное соединение - для конкретных случаев.Говорить о "чаще" , "реже" не имеет смысла. Причину выбора в видах соединения Вы правильно определили- условия прочности и надёжности. Насчёт удобства монтажа Вы несколько усложняете. Размер болта выбирается по нормативам и его длина при нормальном проектировании не мешает монтажу. А вот применение шпильки однозначно усложняет монтаж из за увеличения операций.

sergey zhukov в сообщении #1590016 писал(а):

Т.е. можно, скажем, использовать гайку и болт из разных материалов,

. Гайка и шпилька, гайка и болт всегда! делаются из разного материала.

[sergey zhukov]

stalvoron
Да. "Чаще - реже" - это от того зависит, кто с чем чаще сталкивается. Я чаще вижу именно фланцы на шпильках. И явно есть тенденция применять шпильки вместо болтов в условиях высоких давлений и температур. Например:

Цитата:

Существуют определенные ограничения по выбору типа крепежа для фланцевого соединения. При давлении до 25 кгс/см2 Вы можете заказать как болт, так и шпильку. При давлении же свыше 25 кгс/см2, согласно ГОСТ 12816-80, применение болтов не допускается.

Или ГОСТ 32569-2013:

Цитата:

Для соединения фланцев при температуре выше 300°С и ниже минус 40°С независимо от давления следует применять шпильки.

Длина болта, который правильно выбран, не мешает монтажу, конечно. Но все равно возможность вытащить шпильку в любую сторону иногда бывает полезной. Уж точно хуже от этого не бывает. Да я на удобстве шпилечного монтажа не настаиваю. Болты, вероятно, удобнее. Это просто первое, что вспоминают люди, когда их спрашиваешь "почему шпильки, а не болты"?

stalvoron в сообщении #1590019 писал(а):

Гайка и шпилька, гайка и болт всегда! делаются из разного материала.

Вот в этом, я думаю, и есть одно из преимуществ шпильки: всегда можно использовать гайки из подходящих материалов с обоих концов. Шляпка же болта всегда выполнена из того же материала, что и тело болта.

[stalvoron]

sergey zhukov в сообщении #1590024 писал(а):

Вот в этом, я думаю, и есть одно из преимуществ шпильки: всегда можно использовать гайки из подходящих материалов с обоих концов. Шляпка же болта всегда выполнена из того же материала, что и тело болта.

Не споря, просто отмечу, что выгода от экономии по массе материала от применения второй гайки из ст.3 в противовес изготовлению головки болта из стали 20, по моему, никак не покроет затраты на изготовление второй гайки и нарезки второго участка резьбы.

sergey zhukov в сообщении #1590024 писал(а):

И явно есть тенденция применять шпильки вместо болтов в условиях высоких давлений и температур.

. Вы же сами внизу даёте ссылку на норматив со словами "не допускается". Когда маячит перспектива ответственности за последствия тут уж не до "тенденций". Кто из проектантов на себя жертвы и ущерб возьмём? Хотя в практике бывает усё.

[sergey zhukov]

stalvoron в сообщении #1590027 писал(а):

выгода от экономии

Имеется ввиду не выгода от экономии на материалах, конечно. Имеется ввиду, что используя разные материалы для шпилек и гаек, можно сделать крепеж прочнее. Скажем, крепеж, в котором и гайка и шпилька сделаны из одного и того же, даже очень хорошего и прочного материала, может оказаться не таким прочным, как если бы гайки сделать из более "поддатливого" материала, чем шпильки. Это может уменьшить концентрацию напряжений в месте перехода "шпилька-гайка" и распределить их равномернее. Грубо говоря, "железные" шпильки и "резиновые" гайки могут оказаться лучше, чем "железные" и шпильки и гайки.

[stalvoron]

sergey zhukov в сообщении #1590028 писал(а):

Скажем, крепеж, в котором и гайка и шпилька сделаны из одного и того же, даже очень хорошего и прочного материала, может оказаться не таким прочным, как если бы гайки сделать из более "поддатливого" материала, чем шпильки.

.Вы описываете общепринятый принцип проектирования резьбовой пары. У материалов винта и гайки как правило разная прочность и твёрдость (в Вашем изложении "податливость"). Обычно гайку делают "мягче" ( "Скользкий" эпитет. "Мягкость" и "прочность" не одно и тоже - я понимаю) , что бы в случае необходимости её можно было бы механически удалить(типа срубить, спилить и т.д.) Я конечно не беру специфические конструкции, где могут стоять другие приоритеты. Если я правильно помню цель применения более "податливой" одной из деталей - не борьба с концентраторами напряжения, а получение лучшей "затяжки", за счёт различия деформаций в деталях пары. По моему как то так. А прочность крепежа для эксклюзивных конструкций вообще то должна закладываться по расчёту, отсюда и материал. А в типовых конструкциях уже всё давно апробировано и занормировано, и во главе угла должна стоять банальная "копеечка".

sergey zhukov в сообщении #1590028 писал(а):

Грубо говоря, "железные" шпильки и "резиновые" гайки могут оказаться лучше, чем "железные" и шпильки и гайки.

.Вряд ли "лучше", если задана расчётом прочность.Хотя, что понимается под "лучше"? Кстати влияние концентраторов напряжения заложено в расчёте.

[amon]

sergey zhukov в сообщении #1590016 писал(а):

Скажем, если фланец собран на болтах, то в случае разрыва крепежа болт разрывается именно у головки болта, а не у гайки.

Техническое правило: разрыв в соединении всегда должен быть по резьбе болта. (Отсюда.)

[sergey zhukov]

amon
Там речь идет о том, что резьба гайки должна быть прочнее резьбы болта. Т.е. чья резьба должна оборваться в первую очередь. Но где обрыв произойдет раньше - у головки болта или в месте входа болта в гайку - это другой вопрос.

stalvoron
Там же, кстати, в разделе "Конструктивные и технологические мероприятия, повышающие прочность резьбовых соединений" говорится:

Цитата:

Применение гаек с низким модулем упругости приводит к более равномерному распределению нагрузки по виткам.

Про это я примерно и говорил выше. Т.е. нужно брать гайки прочные, но с низким модулем упругости (одно другому не обязательно противоречит).

Вообще, в этих лекциях сказано, что стандартный крепеж рассчитан из условия равнопрочности. Т.е. шляпка болта должна отрываться при том же усилии, что и гайка. Но это говорит лишь о том, что если у тебя с одной стороны шляпка, то нет смысла особенно изощряться с гайкой (все равно прочность тела болта ограничена шляпкой). Если же заменить шляпку на гайку, то можно повысить прочность тела болта (т.е. уже шпильки), используя гайки хитрой формы и из материалов с низким модулем упругости. Я это так понимаю. Иначе какой смысл рекомендовать именно шпильки на высокое давление?

Или же тут критерием является не столько прочность, сколько герметичность фланца? Т.е. шпильки каким-то образом меньше растягиваются?

[wrest]

amon в сообщении #1590037 писал(а):

Техническое правило: разрыв в соединении всегда должен быть по резьбе болта.

Вот спасибо! Всю жизнь думал, что винт и болт отличаются головкой (шестигранная - болт, с прорезью/шлицом - винт). А оказывается, что отличаются они тем, что на болт накручивается гайка как самостоятельная деталь, а винт сам вкручивается в соединяемую деталь и гайки как отдельной детали нет, так что одна и таже штучка может быть как винтом, так и болтом.

[sergey zhukov]

wrest в сообщении #1590055 писал(а):

одна и таже штучка может быть как винтом, так и болтом.

Мне это кажется подозрительным. Когда эти вещи продают в розницу, то откуда продавцу знать, куда и как ты собираешься их закручивать? И что же он должен писать на ценнике?

Есть мнение получше: болт имеет цилиндрическую часть без резьбы, которая точно подходит под отверстия в соединяемых деталях и работает на срез. А винт обычно имеет резьбу по все длине. Он плохо подходит, если нужно работать на срез. Т.е. винт только притягивает, а болт - притягивает и фиксирует от сдвига. Это кажется разумным.

[wrest]

sergey zhukov в сообщении #1590058 писал(а):

Когда эти вещи продают в розницу, то откуда продавцу знать, куда и как ты собираешься их закручивать? И что же он должен писать на ценнике?

Комплект из винта и гайки это болт, наверное.

[Александрович]

wrest в сообщении #1590055 писал(а):

Всю жизнь думал, что винт и болт отличаются головкой (шестигранная - болт, с прорезью/шлицом - винт). А оказывается, что отличаются они тем, что на болт накручивается гайка как самостоятельная деталь, а винт сам вкручивается в соединяемую деталь и гайки как отдельной детали нет, так что одна и таже штучка может быть как винтом, так и болтом.

Поэтому говорят о типе резбового соединения: болтовом, винтовом и шпиличном.

[wrest]

Александрович в сообщении #1590070 писал(а):

Поэтому говорят о типе

Не понял, почему именно "поэтому"?

(Оффтоп)

Александрович в сообщении #1590070 писал(а):

и шпиличном.

Это, вероятно, от глагола "шпилить"?

[Александрович]

wrest в сообщении #1590071 писал(а):

почему именно "поэтому"?

Чтобы не перепутать болт с винтом.

[Mihaylo]

wrest в сообщении #1590055 писал(а):

Всю жизнь думал, что винт и болт отличаются головкой (шестигранная - болт, с прорезью/шлицом - винт). А оказывается, что отличаются они тем, что на болт накручивается гайка как самостоятельная деталь, а винт сам вкручивается в соединяемую деталь и гайки как отдельной детали нет, так что одна и таже штучка может быть как винтом, так и болтом.

Болт - это винт, который выдерживает нагрузку не только на сжатие, но и на срез. Все эти сказки про гайки не слушайте.)))