Винт с внутренним шестигранником: размеры, стандарты и практические расчёты

Винты с внутренним шестигранником (hex socket, иногда называемые винтами с «шестигранной гнездовой головкой» или винтами под ключ Allen) — одно из наиболее распространённых крепежных изделий в машиностроении, электронике и мебельной промышленности. В этой статье собраны ключевые сведения о размерах, стандартах, практических формулах и рекомендациях по выбору и расчёту параметров таких винтов https://oniks-krep.ru/catalog/din_912_bolt/.

Область применения и базовые термины

Винт с внутренним шестигранником размеры которого позволяют использовать его там, где требуется компактная головка, большая несущая способность соединения и корректируемость момента затяжки с помощью шестигранного ключа. Основные термины, которые используются в дальнейших разделах:

• Номинальный диаметр (d) — наружный диаметр резьбы, выражается в миллиметрах (например, M3, M6 и т.д.).
• Шаг резьбы (p) — расстояние между витками резьбы по оси, мм.
• Рабочая длина (l) — длина резьбовой части винта.
• Коэффициент трения/коэффициент затяжки (K) — эмпирическая константа в формуле момента затяжки.

Стандартные метрические размеры и шаги резьбы

Ниже приведена таблица с общепринятыми размерами метрических винтов и стандартными шагами резьбы (coarse — обычные метрические шаги по ISO). Эти значения используются как базовые при выборе крепежа и при расчётах прочности соединений.

Примечания к таблице

Показанные шаги — стандартные метрические «coarse». Для некоторых применений используются мелкие шаги (fine), а также специальные нестандартные варианты. Всегда уточняйте требования проекта и совместимость с гайками и крепёжными отверстиями.

Формулы и практические расчёты

Ниже приведены базовые формулы, полезные при проектировании и расчёте крепёжного соединения. Все формулы даны в метрических единицах (мм, Н, Н·м).

1. Тенсильная площадь резьбы (аппроксимация)

При расчётах прочности пользуются так называемой пластической или номинальной площадью сечения резьбы. Приближённо её можно вычислить по формуле:

A_t = \frac{\pi}{4} \left(d - 0.9382 \, p\right)^2

где d — номинальный диаметр, p — шаг резьбы. Формула даёт приближение, достаточное для инженерных расчётов предварительного уровня.

2. Соотношение момента затяжки и усилия (приближённо)

Связь между прикладываемым моментом затяжки T и создаваемым осевым усилием (притяжением) F аппроксимируется эмпирической формулой:

T = K \, F \, d

где K — коэффициент затяжки (приблизительно от 0.12 до 0.25 для чистых металлических пар; часто принимают K ≈ 0.2 при отсутствии точных данных), d — номинальный диаметр винта в метрах (для расчёта в N·m). При использовании в миллиметрах важно перевести диаметр в метры или соответствующим образом учитывать единицы.

3. Проверка прочности на растяжение

Если известен класс прочности винта (например, обозначения 8.8, 10.9 и т.д.), то расчёт допустимого усилия основанияется на табличных значениях предела прочности R_m и предела текучести. Для ориентировочного расчёта допустимого осевого усилия можно использовать:

F_allow = A_t \cdot \frac{R_e}{\gamma}

где A_t — тенсильная площадь, R_e — предельное напряжение текучести материала, а γ — коэффициент запаса (обычно ≥ 1.25 — 2.0 в зависимости от критичности соединения).

Выбор ключа и ограничения по затяжке

При выборе размера шестигранного ключа (внутреннего шестигранника) следует опираться на рекомендации производителя винтов и международные стандарты. Неправильно подобранный ключ может привести к срыву шлица и повреждению головки. Важно также учитывать допустимый момент затяжки для конкретного диаметра и класса прочности — превышение приводит к пластической деформации или обрыву винта.

1. Используйте заводские данные или справочники для подбора точного размера ключа под конкретный винт.
2. Для критичных соединений применяйте динамометрический ключ и контролируйте момент затяжки по расчётам.
3. При многократных разборках рассматривайте использование фиксирующих паст или шайб с пружинным эффектом, чтобы исключить ослабление.

Практические рекомендации и контроль качества

Для повышения надёжности соединений с винтами под внутренний шестигранник рекомендуется придерживаться следующих правил:

• Перед монтажом очистите резьбу и нанесите смазку или антикоррозионное средство, если оно допускается — это уменьшит разброс K и обеспечит более предсказуемое натягивание.
• Не используйте повреждённые или деформированные ключи — они повышают риск сорвать грани в головке винта.
• При массовом производстве внедрите контроль затяжки с помощью калиброванных динамометрических ключей и ведите протоколы проверки.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Как правильно указывать размер винта с внутренним шестигранником?

Типичное обозначение включает номинал и длину: например, M6 × 20 — винт с резьбой M6 и рабочей длиной 20 мм. При необходимости указывают также класс прочности (например, 8.8) и покрытие (цинк, нержавеющая сталь и т.д.).

Можно ли применять один и тот же момент затяжки для винтов разных классов прочности?

Нет. Момент затяжки зависит от материала и класса прочности винта. Для того же диаметра винт класса 10.9 допускает большую предварительную нагрузку, чем 8.8. Поэтому всегда используйте расчёт или рекомендации производителя.

Винты с внутренним шестигранником представляют собой универсальное и надёжное решение для множества инженерных задач. Правильный выбор размера, шага резьбы и грамотный расчёт моментов затяжки и допустимых нагрузок обеспечивают долговечность и безопасность конструкции. Применяйте приведённые формулы для предварительных расчётов, но в критичных узлах опирайтесь на стандарты и данные производителя, а также проводите испытания и контроль качества.