Калькулятор отворів під кріпильні елементи - Знайдіть ідеальний розмір отвору для гвинтів і болтів

Калькулятор прохідного отвору

Прохідний отвір — це отвір, просвердлений трохи більшим за гвинт або болт, щоб кріпильний елемент вільно проходив крізь нього, не торкаючись різьбою стінок. Калькулятор прохідного отвору підбирає потрібний діаметр отвору для заданого розміру гвинта або болта за стандартними інженерними таблицями, а не навмання.

Що таке прохідний отвір?

Отвори для кріпильних елементів поділяються на три основні типи.

• Різьбовий отвір має нарізану всередині різьбу. Гвинт чіпляється за цю різьбу, і саме це фактично утримує дві деталі разом.
• Прохідний отвір не має різьби. Його роблять ширшим за кріпильний елемент, щоб гвинт або болт проходив без опору, а потім угвинчувався в різьбовий отвір або гайку з іншого боку.
• Отвір для посадки з натягом менший за кріпильний елемент. Деталь потрібно напресувати на нього або насадити із зусиллям.

Занадто малий прохідний отвір може змусити різьбу врізатися в його стінки або взагалі перешкодити проходженню кріпильного елемента. Занадто великий отвір може спричинити зміщення кріпильного елемента та зменшити площу плоскої опори під головкою болта або шайбою, через яку передається зусилля затискання.

Прохідні отвори також компенсують невеликі неточності суміщення деталей, дають змогу з'єднанням трохи зміщуватися під час температурного розширення або стиснення матеріалів і зменшують ризик розколювання деревини чи утворення тріщин у пластику біля отвору.

Формула прохідного отвору

Розміри прохідних отворів не визначаються однією простою формулою. Організації зі стандартизації публікують таблиці величин зазору, причому зазор збільшується зі зростанням розміру гвинта. Цей калькулятор використовує значення нормальної посадки зі стандарту ISO 273 (метричні кріпильні елементи) та ASME B18.2.8 (дюймові кріпильні елементи) — таблиць, які найчастіше застосовують у загальному виробництві, деревообробленні та виготовленні конструкцій.

$D_{clearance} = D_{screw} + \text{допуск (за стандартною таблицею)}$

Для метричних гвинтів допуск становить від 0,4 мм для гвинта M2 до 2,0 мм для гвинта M20 або M24 — це не одне фіксоване значення і не відсоток. Для гвинтів дюймових розмірів у стандарті ASME B18.2.8 наведено окрему таблицю, у якій допуски також ступінчасто збільшуються зі зростанням розміру гвинта.

Приклад обчислення

Номінальний діаметр гвинта M6 становить 6,0 мм. Прохідний отвір нормальної посадки для нього має діаметр 6,6 мм — допуск становить 0,6 мм. Стандартним вибором буде свердло 6,6 мм або 6,5 мм; звичайне свердло 6 мм було б замалим.

Розміри метричних прохідних отворів

Розміри прохідних отворів для американських гвинтів із номерним позначенням

У стандарті ASME B18.2.8 наведено прохідні отвори нормальної посадки для машинних гвинтів із номерними розмірами від #0 до #10, за винятком #7 і #9 (розмірів, які рідко використовують для машинних гвинтів). Для #12 рядка нормальної посадки немає, тому цей розмір не пропонується.

Приклад обчислення

Діаметр гвинта #8 становить 0,164 дюйма (4,17 мм). Його прохідний отвір нормальної посадки має діаметр 0,196 дюйма (4,98 мм), якому відповідає стандартне свердло номер 9. У деяких таблицях свердел для гвинта #8 наведено менший розмір — 0,177 дюйма (4,5 мм). Це значення походить з іншої системи з меншим зазором, заснованої на свердлах із номерним позначенням, а не з таблиці нормальної посадки ASME B18.2.8, яку використовує цей калькулятор. Змішування двох систем може призвести до отвору, у якому гвинт заклинюватиме.

Розміри прохідних отворів для американських гвинтів із дробовим позначенням

У стандарті ASME B18.2.8 не визначено рядка нормальної посадки для 9/16", тому цей розмір не пропонується.

Приклад обчислення

Діаметр болта розміром 1/4 дюймів становить 0,250 дюйма (6,35 мм). Його прохідний отвір нормальної посадки має діаметр 0,281 дюйма (7,14 мм), якому відповідає стандартне свердло розміром 9/32 дюймів. Це зазор приблизно 1/32 дюйма (0,79 мм), а не 1/16 дюйма (1,6 мм), як припускають деякі емпіричні правила.

Калькулятор переводить кожен результат у дюймах у міліметри для відображення, оскільки 1 дюйм точно дорівнює 25,4 мм.

Щільна, нормальна та вільна посадка

Стандарти визначають кілька класів прохідних отворів. Щільна посадка використовує найменший допуск і забезпечує якомога точніше вирівнювання деталей, але уповільнює складання. Вільна посадка використовує більший допуск і залишає більше місця для виправлення неточностей суміщення або компенсації теплового розширення, проте з'єднання виходить менш щільним. Цей калькулятор визначає лише нормальну посадку — середній варіант, який використовують у більшості загальних складальних робіт у деревообробленні, металообробленні та машинобудуванні.

Як користуватися калькулятором прохідного отвору

1. Виберіть тип кріпильного елемента у спадному списку: метричний (M2–M24), американський із номерним позначенням (#0–#10) або американський із дробовим позначенням (1/4"–1").
2. Перегляньте діаметр гвинта та рекомендований розмір прохідного отвору — обидва значення наведено в міліметрах.
3. Перевірте схему, на якій гвинт і прохідний отвір зображено в масштабі, щоб зазор між ними було легко побачити.
4. Скопіюйте результат, щоб вставити його в креслення, карту розкрою або нотатки.

Поширені запитання

Чим відрізняється прохідний отвір від різьбового?

Прохідний отвір не має різьби й дає змогу кріпильному елементу вільно проходити крізь нього. У різьбовому отворі нарізано різьбу, яка утримує кріпильний елемент і скріплює з'єднання. У типовому болтовому з'єднанні прохідний отвір розташований у деталі, яку приєднують, а різьбовий отвір або гайка — у деталі, до якої її приєднують.

Наскільки прохідний отвір має бути більшим за гвинт?

Це залежить від розміру гвинта. Для метричних гвинтів допуск становить від 0,4 мм для найменших розмірів до 2,0 мм для найбільших за таблицею нормальної посадки. Для гвинтів дюймових розмірів ASME B18.2.8 установлює окремий допуск для кожного розміру, який також ступінчасто збільшується, а не визначається сталою часткою. Єдиного відсотка, придатного для всіх кріпильних елементів, не існує.

Яке свердло використовувати для прохідного отвору?

Використовуйте свердло точного розміру, якщо воно доступне. Якщо ні, вибирайте наступний більший розмір, а не менший: трохи більший отвір рідко спричиняє проблеми, тоді як замалий отвір може перешкодити проходженню кріпильного елемента або змусити його нарізати нову різьбу.

Чому в деяких таблицях для одного й того самого гвинта наведено інший розмір прохідного отвору?

У деяких опублікованих таблицях використовується система «щільної посадки» або «вільної посадки» у поєднанні з номерними чи літерними свердлами; вона щільніша за таблицю нормальної посадки, використану тут. Змішування значень із двох систем може призвести до надто малого для кріпильного елемента отвору, тому в межах одного проєкту найкраще використовувати дані лише однієї системи.

Чи робить більший прохідний отвір з'єднання слабшим?

Не в межах діапазону нормальної посадки. Міцність з'єднання головним чином залежить від крутного моменту затягування кріпильного елемента та площі плоскої опорної поверхні, до якої притискається головка болта або шайба. Отвір, значно більший за зазор нормальної посадки, може зменшити цю площу опори й дозволити з'єднанню зміщуватися під навантаженням, але отвір нормальної посадки не послаблює з'єднання.

Джерела

• ISO 273:1979, Кріпильні вироби — прохідні отвори для болтів і гвинтів, Міжнародна організація зі стандартизації.
• ASME B18.2.8, Прохідні отвори для болтів, гвинтів і шпильок, Американське товариство інженерів-механіків.