Таблицы нагрузок самонарезающих винтов

Введение в нагрузки самонарезающих винтов

Самонарезающие винты представляют собой специализированные крепежные элементы, способные формировать резьбу непосредственно в процессе завинчивания в материал основания. Правильное понимание их несущей способности является критически важным для обеспечения надежности и безопасности конструкций.

Согласно действующему ГОСТ ISO 2702-2015 (который заменил устаревший ГОСТ Р ИСО 2702-93 в 2018 году), самонарезающие винты должны изготавливаться из термообработанной стали с определенными механическими свойствами. Современный ГОСТ Р 59571-2021 дополнительно устанавливает требования к винтам для крепления гипсокартона и других строительных материалов.

Действующие стандарты и нормы

В настоящее время действует комплекс российских и международных стандартов, регламентирующих применение самонарезающих винтов:

Основные российские стандарты

ГОСТ ISO 2702-2015 "Винты самонарезающие стальные термообработанные. Механические свойства" устанавливает требования к механическим характеристикам винтов с резьбой от ST2,2 до ST9,5 включительно.

ГОСТ 10618-80 "Винты самонарезающие для металла и пластмассы" определяет общие технические условия для самонарезающих винтов класса точности В.

Международные стандарты DIN и ISO

DIN 7982 регламентирует саморезы с потайной головкой и применяется совместно с международным стандартом ISO 7050, а DIN 7516 устанавливает требования к самонарезающим винтам с различными типами головок. Согласно актуальному DIN 7975-2016, при установке самонарезающих винтов необходимо соблюдать допустимую толщину скрепляемых материалов и правильно выбирать диаметры предварительных отверстий.

Типы нагрузок и механизмы разрушения

При проектировании соединений с самонарезающими винтами необходимо учитывать различные типы нагрузок и возможные механизмы разрушения:

Нагрузка на срез

Возникает при действии силы перпендикулярно оси винта. Согласно современным методикам расчета, изложенным в ГОСТ ISO 2702-2015 и ГОСТ Р 59571-2021, при проектировании учитываются все основные типы отказа соединения: срез винта, разрыв винта, вырыв из основания, а также условия разрушения или смятия внешней обшивки в месте контакта с головкой крепежа.

Нагрузка на выдергивание

Действует вдоль оси винта и зависит от глубины ввинчивания и прочности материала основания. Практические испытания показывают, что один саморез никогда не может гарантировать закрепление, и необходимо дублирование.

Комбинированные нагрузки

В реальных условиях винты часто испытывают одновременно нагрузки на срез и выдергивание, что требует соответствующего учета при расчетах.

Методы расчета допустимых нагрузок

Расчет допустимых нагрузок выполняется с учетом механических свойств винта и характеристик материала основания:

Расчет нагрузки на срез

Нагрузка на срез определяется прочностными характеристиками материала винта и его поперечным сечением. При расчетах нагрузки используют 1/2 или 1/3 от предела текучести, с двукратным или трехкратным запасом прочности соответственно.

Расчет нагрузки на выдергивание

Сопротивление выдергиванию зависит от площади контакта резьбы с материалом основания и его прочностных характеристик.

Влияние материала основания

Тип и характеристики материала основания существенно влияют на несущую способность соединения:

Металлические основания

Вкручивание саморезов в металлы производят с приложением мощных крутящих моментов со значительной нагрузкой на головку метиза. Толщина металла влияет на количество витков резьбы, участвующих в передаче нагрузки.

Деревянные материалы

Саморезы по дереву имеют более редкую резьбу, что позволяет ей сцепляться с достаточно рыхлой древесиной. Плотность древесины прямо влияет на несущую способность соединения.

Композитные материалы

ДСП, фанера и другие композитные материалы требуют особого подхода при выборе винтов и расчете нагрузок из-за их слоистой структуры.

Практические применения и рекомендации

При практическом применении самонарезающих винтов необходимо учитывать специфику конкретных задач:

Крепление сэндвич-панелей

Длина самонарезающих винтов для сэндвич-панелей рассчитывается по формуле: L = толщина сэндвича + длина сверла винта + толщина металла основания + 5 мм (высота шайбы с уплотнителем) + 10 мм (запас).

Кровельные работы

Для монтажа кровли к деревянной обрешетке рекомендуется использовать саморезы диаметром 4,8 миллиметра, а при монтаже на металлической обрешетке - саморезы диаметром 5,5 или 6,3 миллиметра.

Выбор крутящего момента

Правильный выбор крутящего момента критически важен для обеспечения надежности соединения без повреждения винта или материала основания.

Требования безопасности и контроль качества

Обеспечение безопасности при использовании самонарезающих винтов требует соблюдения строгих требований к качеству и монтажу:

Контроль качества винтов

Твердость винтов с крупным шагом резьбы должна быть 57-63 HRCэ, с мелким - 37-47 HRCэ. Глубина цементированного слоя должна определяться точкой, в которой значение твердости на 30 HV выше фактической твердости сердцевины.

Требования к монтажу

Монтаж самонарезающих винтов требует соблюдения строгих технических регламентов. Несоблюдение может привести к "зализыванию" шлицов на головке, смятию резьбы или деформации всего самореза.

Периодический контроль

В ответственных конструкциях необходимо проводить периодический контроль состояния крепежных соединений, особенно при воздействии динамических нагрузок или агрессивных сред.