Спецификации и модели винтов: размеры объяснены
2025-12-16
Один. Основные знания о винтах
1.1 Определение и классификация
Определение винта: Общий термин для крепежных изделий с внешней резьбой, которые обеспечивают соединение за счет силы зажима, создаваемой зацеплением резьбы.
Основные классификации:
Машинные винты: Используются с гайками или резьбовыми отверстиями, стандартный профиль резьбы 60°
Самонарезающие винты: Могут сами нарезать резьбу в мягких материалах
Самосверлящие винты: Имеют сверло на конце для прямого сверления и нарезания резьбы.
1.2 Иллюстрация основных параметров
Основные размеры:
- d = Номинальный диаметр (например, 6 мм для M6)
- P = Шаг резьбы (расстояние между соседними витками)
- L = Номинальная длина (без головки)
Два. Сравнение основных стандартных систем
| Стандартная система | Код | Особенности | Области применения | Примеры |
| Китайский национальный стандарт | GB/T | Основной в стране | Общее машиностроение | GB/T 5782 (Болты с шестигранной головкой) |
| Международный стандарт | ISO | Применим во всем мире | Экспортная продукция | ISO 4017 (Болты с шестигранной головкой) |
| Немецкий стандарт | DIN | Обычно используется в Европе | Точное машиностроение | DIN 912 (Винты с цилиндрической головкой и внутренним шестигранником) |
| Американский стандарт | ANSI | Имперская система | Американское оборудование | ANSI B18.3 |
| Японский стандарт | JIS | Азиатский регион | Электронные изделия | JIS B1176 |
Примечание: Даже если название продукта одинаковое, конкретные размеры могут незначительно отличаться в зависимости от стандарта.
2.1 Примеры сравнения стандартов ANSI и ISO/GB
| Спецификации ANSI | Наружный диаметр (дюйм/мм) | Шаг резьбы (TPI/мм) | Ближайшая спецификация ISO | Разница в наружном диаметре | Соображения по применению |
| #10-24 UNC | 0.190"/4.83мм | 24TPI/1.06мм | M5×0.8 | +0.17мм | ANSI немного меньше и не может быть непосредственно взаимозаменяемым. |
| 1/4"-20 UNC | 0.250"/6.35мм | 20TPI/1.27мм | M6×1.0 | +0.35мм | Распределение напряжений различно, поэтому требуется перерасчет. |
| 5/16"-18 UNC | 0.313"/7.94мм | 18TPI/1.41мм | M8×1.25 | -0.06мм | Размеры похожи, но шаг резьбы отличается |
| 3/8"-16 UNC | 0.375"/9.53мм | 16TPI/1.59мм | M10×1.5 | -0.47мм | Не взаимозаменяемы, требуется адаптер. |
2.2 Принципы выбора между стандартами:
Принцип приоритета: Избегайте смешивания различных стандартных систем, насколько это возможно.
Эквивалентная замена: Прочность должна быть пересчитана; простая замена по размеру недопустима.
Решение для преобразования: Используйте резьбовые адаптеры или перепроектируйте интерфейс.
Типичный случай: При ремонте американского оборудования может быть поврежден болт 1/4"-20. В экстренной ситуации в качестве временной замены можно использовать болт M6×1.0, но первоначальную спецификацию необходимо заменить как можно скорее.
Три. Спецификации и детали модели
3.1 Пример интерпретации номера модели
Пример 1: M6×20-8.8
M6: Метрическая резьба, диаметр 6 мм
×20: Длина 20 мм
8.8: Класс прочности (предел прочности при растяжении 800 МПа, предел текучести 640 МПа)
Пример 2: ST4.2×16-FPB
ST4.2: Самонарезающая резьба, диаметр 4.2 мм
×16: Длина 16 мм
F: Плоская головка
P: Головка Phillips
B: Черное покрытие
3.2 Таблица спецификаций метрической резьбы (обычная крупная резьба)
| Спецификации | Шаг (мм) | Диаметр сверления (мм) | Размер под ключ (мм) | Справочная грузоподъемность (кН)* |
| M3 | 0.5 | 2.5 | 5.5 | 1.8 |
| M4 | 0.7 | 3.3 | 7 | 3.3 |
| M5 | 0.8 | 4.2 | 8 | 5.3 |
| M6 | 1.0 | 5.0 | 10 | 7.4 |
| M8 | 1.25 | 6.8 | 13 | 13.6 |
| M10 | 1.5 | 8.5 | 16 | 21.6 |
| M12 | 1.75 | 10.2 | 18 | 31.2 |
| M16 | 2.0 | 14.0 | 24 | 58.0 |
*Несущая способность основана на минимальной нагрузке на растяжение болтов класса 8.8 в соответствии со стандартом GB/T 5782.
3.3 Таблица спецификаций самонарезающих винтов
| Спецификации | Наружный диаметр резьбы (мм) | Шаг резьбы (мм) | Диаметр предварительно просверленного отверстия (мм) | Применимая толщина пластины (мм) |
| ST2.2 | 2.2 | 0.8 | 1.6-1.8 | 0.5-2.0 |
| ST2.9 | 2.9 | 1.1 | 2.2-2.4 | 0.8-3.0 |
| ST3.5 | 3.5 | 1.3 | 2.6-2.8 | 1.0-4.0 |
| ST4.2 | 4.2 | 1.4 | 3.1-3.3 | 1.5-5.0 |
| ST4.8 | 4.8 | 1.6 | 3.6-3.8 | 2.0-6.0 |
Принципы расчета диаметра предварительно просверленного отверстия:
Мягкая сталь/Низкоуглеродистая сталь: Диаметр отверстия = Наружный диаметр резьбы × 0.75
Нержавеющая сталь/Твердые материалы: Диаметр отверстия = Наружный диаметр резьбы × 0.80-0.85
Алюминиевый сплав/Мягкие металлы: Диаметр отверстия = Наружный диаметр резьбы × 0.70-0.75
Пластик/Дерево: Диаметр отверстия = Наружный диаметр резьбы × 0.60-0.70
Четыре. Глубина технических параметров
4.1 Подробное объяснение классов прочности болтов
| Класс | Предел прочности при растяжении (МПа) | Предел текучести (МПа) | Сценарии применения | Материалы |
| 4.8 | 400 | 320 | Легкая нагрузка | низкоуглеродистая сталь |
| 6.8 | 600 | 480 | Общее машиностроение | Среднеуглеродистая сталь |
| 8.8 | 800 | 640 | Важные соединения | Закалка среднеуглеродистой стали |
| 10.9 | 1000 | 900 | Требования высокой прочности | Закалка легированной стали |
| 12.9 | 1200 | 1080 | Особые случаи | Закалка легированной стали |
4.2 Расчет момента затяжки
Основная формула:
T = K × d × F
Где:
T = Момент затяжки (Н·м)
K = Коэффициент момента (обычно принимается 0.15-0.20)
d = Номинальный диаметр резьбы (м)
F = Предварительная нагрузка (Н) = Предел текучести × Эффективная площадь × 0.6-0.7
Общая справочная таблица момента затяжки (класс 8.8, K=0.16):
4.3 Посадка и допуски резьбы
Классы посадки:
6H/6g: Стандартная посадка (наиболее часто используемая)
6G/6h: Свободная посадка (легко собирать)
4H/4h: Прецизионная посадка (требования высокой точности)
Пять. Интеллектуальное руководство по выбору
5.1 Блок-схема быстрого выбора
Начать выбор
↓ [Определить тип соединения]
├─→ Толстая металлическая пластина → Машинный болт + гайка
├─→ Тонкая металлическая пластина → Самонарезающие/самосверлящие винты
├─→ Пластиковые детали → Самонарезающие винты для пластика
└─→ Дерево → Шурупы по дереву
↓
[Рассчитать требуемую прочность]
├─→ Легкая нагрузка (<50 кг) → M4-M6
├─→ Средняя нагрузка (50-200 кг) → M8-M10
└─→ Тяжелая нагрузка (>200 кг) → M12 и выше
↓
[Определить требования к окружающей среде]
├─→ Сухой в помещении → Оцинкованная углеродистая сталь
├─→ На открытом воздухе/Влажно → Нержавеющая сталь 304
└─→ Морская/Химическая → Нержавеющая сталь 316
↓
[Выберите тип головки и паза]
├─→ Требуется утопленная отделка → Потайная головка
├─→ Высокий крутящий момент → Шестигранная головка/Внутренняя шестигранная головка
└─→ Стандартная сборка → Головка с крестообразным шлицем
5.2 Примеры применения в промышленности
Автомобильная промышленность
Сборка двигателя
Сценарий применения: Соединение болтов головки цилиндров
Выбор спецификации: M10×1.25 мелкая резьба, класс 12.9
Особые требования: Затяжка с использованием метода контроля предела текучести, метода контроля угла
Ключевой момент: Использование покрытия MoS2 для уменьшения изменения коэффициента трения
Система шасси
Сценарий применения: Соединение системы подвески
Выбор спецификации: M14×1.5, класс 10.9, обработка Dacromet
Особые требования: Ударопрочность и виброустойчивость, коррозионная стойкость
Пример: Немецкая модель автомобиля использует болты M14×80 с функцией блокировки для нижнего рычага передней подвески.
Аэрокосмическая промышленность
Конструкция планера
Сценарии применения: Заклепка из алюминиевого сплава
Выбор спецификации: NAS1351C4-6 (1/4"-28 UNF Болты из титанового сплава)
Особые требования: Легкий вес, высокая прочность, устойчивость к усталости
Технические характеристики: Предел прочности при растяжении ≥1100 МПа, на 45% легче стали
Компоненты горячей секции двигателя
Сценарии применения: Установка лопаток турбины
Выбор спецификации: Материал Inconel 718, M6×20
Рабочая температура: 650°C
Специальная обработка: Серебряное покрытие для предотвращения заедания
Электронное оборудование
Крепление платы PCB
Сценарии применения: Соединение печатной платы с шасси
Спецификации: M2.5×5, никелированная латунь
Особые требования: Немагнитный, токопроводящее заземление
Момент сборки: 0.35 Н·м (для предотвращения деформации печатной платы)
Прецизионные инструменты
Сценарии применения: Механизм регулировки оптического прибора
Спецификации: M3×0.35 мелкая резьба, нержавеющая сталь 316
Специальный процесс: Электролитическая полировка, без заусенцев
Класс точности: 6g
Медицинские устройства
Ортопедические имплантаты
Требования к материалам: Титановый сплав Ti6Al4V, биосовместимый
Обработка поверхности: Анодирование, шероховатость Ra0.8
Типичный размер: HA3.5×14 (самонарезающий тип)
Требования к стерилизации: Стерилизация при высокой температуре и высоком давлении
5.3 Рекомендации по выбору для особых условий
Вибрационная среда
Используйте винты с функцией блокировки (нейлоновые стопорные кольца)
Используйте пружинные шайбы или стопорные шайбы
Рассмотрите возможность использования антиослабляющих покрытий (например, Loctite)
Высокотемпературная среда
<250°C: Нержавеющая сталь 310
<550°C: Высокотемпературный сплав A286
550°C: Сплав на основе никеля Inconel
Чистая среда
Выберите винты без смазки
Используйте пассивированные или электрополированные поверхности
Избегайте риска отслаивания покрытия
Шесть. Общие проблемы и решения
6.1 Предотвращение срыва резьбы
Анализ причин:
Чрезмерный момент затяжки
Неправильная посадка резьбы
Несоответствие прочности материала
Решения:
Используйте динамометрический ключ для контроля момента
Проверьте совместимость спецификации резьбы
Обновите класс прочности резьбы
6.2 Руководство по выбору коррозионностойкого материала
| Условия окружающей среды | Рекомендуемые материалы | Обработка поверхности | Ожидаемый срок службы |
| Сушка в помещении | Углеродистая сталь | Оцинковка 5-8μm | 5-10 лет |
| Атмосферные условия на открытом воздухе | Углеродистая сталь | Горячее цинкование >45μm | 15-20 лет |
| Слабая коррозия | Нержавеющая сталь 304 | Пассивация | 20-30 лет |
| Морская среда | Нержавеющая сталь 316 | Пассивированная | Более 30 лет |
| Сильные кислоты и основания | Сплав Hastelloy | - | Сплав Hastelloy |
6.3 Меры предосторожности при сборке
Требования к предварительному сверлению
Машинные винты: Диаметр отверстия = Диаметр резьбы + 0.1-0.2 мм
Самонарезающие винты: Диаметр отверстия = 0.7-0.8 × Диаметр резьбы
Выбор длины резьбы
Сталь: ≥ 1.0 × Диаметр резьбы
Чугун: ≥ 1.5 × Диаметр резьбы
Алюминиевый сплав: ≥ 2.0 × Диаметр резьбы
Последовательность затяжки
Для многоболтовых соединений используйте диагональную затяжку.
Постепенно достигайте целевого момента затяжки за 2-3 прохода.
Семь. Практические инструменты быстрого справочника
7.1 Таблица преобразования дюймовых единиц в метрические
| Дюймовые единицы | Приблизительно эквивалентно метрическим единицам (мм) | Ближайшие метрические единицы |
| #4-40 | 2.84 | M3 |
| #6-32 | 3.51 | M3.5 |
| #8-32 | 4.17 | M4 |
| #10-24 | 4.83 | M5 |
| 1/4"-20 | 6.35 | M6 |
| 5/16"-18 | 7.94 | M8 |
| 3/8"-16 | 9.53 | M10 |
| 1/2"-13 | 12.70 | M12 |
7.2 Формула быстрой оценки
Оценка количества болтов:
n = (1.5 × F) / (f × d²)
Где:
n = Количество болтов
F = Общая нагрузка (Н)
f = Допустимое напряжение на единицу площади (МПа)
d = Диаметр болта (мм)
Рекомендуемый коэффициент безопасности:
Статическая нагрузка: 1.5-2.5
Динамическая нагрузка: 2.5-4.0
Ударная нагрузка: 4.0-6.0
Восемь. Резюме и рекомендации
8.1 Основные принципы выбора
Безопасность прежде всего: Выбирайте большее, чем меньшее.
Стандарты прежде всего: Отдавайте предпочтение стандартным деталям для снижения затрат.
Совместимость с окружающей средой: Материалы должны соответствовать условиям эксплуатации.
Простота обслуживания: Учитывайте простоту замены в дальнейшем.
Отраслевые стандарты: Соблюдайте отраслевые технические стандарты.
8.2 Рекомендации по закупкам
Составьте список часто используемых спецификаций на складе.
Выбирайте надежных поставщиков.
Требуйте сертификаты материалов и протоколы испытаний.
Проводите мелкосерийные испытания перед оптовыми закупками.
Специальные отрасли (например, аэрокосмическая и медицинская) требуют сертифицированных поставщиков.
