Самые разные резьбы

Любая регулировка, практически каждый ремонт в автомобиле не обходятся без операций с резьбовыми деталями. Выполнять их надо грамотно, четко представляя себе суть дела, так как ошибки, совершаемые при этом, приводят к нежелательным последствиям. Завернутая не по резьбе свеча серьезно повреждает головку цилиндров, недотянутая и незашплинтованная гайка на шаровом пальце в рулевом приводе – наикратчайший путь к дорожной аварии. Такой же результат дает и безопасная, на первый взгляд, замена болта из высококачественной стали в передней подвеске обычным болтом из конструкционной стали. А сколько хлопот и неприятностей порой может доставить гайка, приржавевшая к болту или обломанная шпилька. Одним словом, скрытых от автолюбителя тонкостей в деталях с резьбой предостаточно. О главных из них в этой в этой статье рассказывает кандидат технических наук А. Нестеров.

РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, применяемые в автомобиле, классифицируют по нескольким признакам. Конструктор может предусмотреть сборку узла при помощи резьб, образованных непосредственно на цилиндрической поверхности деталей, выполняющих самостоятельную роль, или с применением крепежных деталей, в обиходе называемых метизами. Примеров специальных деталей с резьбой множество. Это и свечи зажигания, поворотные кулаки в передней подвеске, шаровые пальцы шарниров в рулевом приводе, клапаны для выпуска воздуха из тормозных цилиндров, коромысла и специальные регулировочные винты в механизме газораспределения, золотники в камерах и т. д.

Очень большое количество резьбовых соединений в достаточно крупных узлах осуществляют посредством отверстий, внутри которых нарезана резьба. Сюда заворачивают как крепежные детали, так и несущие самостоятельную деловую нагрузку. Вспомните отверстия под свечи в головке или отверстия для кранов, резьбовых пробок, датчиков в блоке цилиндров.

Крепежные детали – винты, болты, шпильки, гайки бывают специального и общего назначения. Специальные применяют только в очень ответственных узлах (шатунные болты, шпильки крепления головки цилиндров, гайки и болты, крепящие колеса) или там, где без них конструкция соединения, а также технология сборки узла чрезмерно усложняется (квадратные гайки, закладываемые в пазы или карманы, где они удерживаются от прокручивания при заворачивании винтов).

Все метизы классифицируют по размерам резьбы – диаметру и шагу. Резьбы одного диаметра могут иметь разный шаг – нормальный или мелкий. Последний позволяет получить большие усилия затяжки, а при регулировке – большую точность. Как правило, все ответственные соединения имеют мелкую резьбу.

В конструкциях легковых автомобилей наибольшее распространение получили резьбы М8×1,25; М8×1; М10×1,25; М10×1 и М12×1,25. Буква М здесь обозначает принадлежность к классу метрических, первая цифра – наружный диаметр, вторая – шаг резьбы в миллиметрах.

Важнейшим классификационным признаком болтов, винтов, шпилек и гаек является прочность. Помимо размера, она зависит от материала этих деталей и от термообработки. Для стальных болтов, винтов и шпилек ГОСТ 1759–70 устанавливает 12 классов прочности – 3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.9; 8.8; 10.9; 12.9; 14.9. Первая цифра показывает предел прочности материала в кгс/мм², для удобства обозначения уменьшенный в десять раз. Вторая цифра – отношение предела текучести материала к пределу прочности, для удобства умноженное на 10. Например, класс прочности болта 5.8. Следовательно, предел прочности его материала 50 кгс/мм², отношение предела текучести к пределу прочности 0,8. У стальных гаек семь классов прочности: 4; 5; 6; 8; 10; 12; 14. Эти цифры обозначают напряжение от испытательной нагрузки, деленное на 10.

Большая часть автомобильных болтов, винтов и шпилек в зависимости от назначения имеет классы прочности от 4.8 до 10.9, а гаек – от 5 до 10. Понятно, что в таких ответственных соединениях, как головка и блок цилиндров, карданные шарниры, передняя подвеска и рулевое управление, замена метизов менее прочными совершенно не допустима.

Низкосортные крепежные изделия обычно отличаются по внешнему виду: на них нет защитного слоя, поверхность резьбы шероховата, на гранях могут быть заусенцы. Их материал легко поддается напильнику. Болты и гайки низких классов прочности обычно имеют резьбу нормального шага. Такие метизы лучше не брать в аварийный ремонтный комплект перед путешествием на машине.

Особенно внимательно проверяйте состояние резьбы у болтов и шпилек, так как даже небольшие забоины и вмятины на ней, которые при завинчивании в стальную деталь выправляются, могут полностью уничтожить резьбу в алюминиевой или чугунной.

Незначительные дефекты резьбы можно исправить надфилем ромбического или треугольного профиля, пройти ее соответствующей плашкой (леркой) или, если таковой нет, стальной гайкой, но уже несколько раз. В обоих случаях резьба должна быть очищена от грязи и ржавчины и обильно смазана любым жидким маслом.

Длина ввертываемой части болта, который предназначен для стальной детали, должна быть от одного до двух диаметров резьбы. Увеличивать глубину ввертывания бесполезно, так как основную нагрузку воспринимают только несколько витков резьбы, расположенные у входной поверхности детали.

Шпильки завертывают в отверстия обязательно полностью. Лучше это делать специальным шпильковертом, захватывающим ненарезанную часть, или при помощи двух гаек, затянутых на противоположном конце двумя ключами. При этом первая завернутая гайка не должна доходить до конца резьбы. Чтобы снять гайки и не ослабить при этом крепление шпильки, верхнюю удерживают одним ключом, а нижнюю ослабляют другим. После этого их можно по очереди отвернуть.

При сборке соединений из болтов и гаек длину болтов выбирают такой, чтобы они не выступали из гайки более чем на два витка резьбы. Это особенно важно в тех случаях, когда соединение находится в неблагоприятных в отношении коррозии условиях. Например, при креплении глушителя, бамперов, крыльев (у автомобилей со съемными крыльями). Даже если перед сборкой резьба будет в смазке, длинный выступающий конец болта в эксплуатации заржавеет и при последующей разборке гайка обязательно застрянет в нем. Иногда приходится ставить длинный болт там, где по условиям сборки надо стянуть неплотно прилегающие тонкостенные детали или деформировать резиновые прокладки. Тогда его выступающий конец необходимо надежно защитить от коррозии – смазать "Мовилем" или битумной мастикой и надеть на него обрезок резиновой трубки, плотно подходящей по диаметру. Можно отпилить его ножовкой (ни в коем случае не откусывать кусачками и не срубать зубилом!), но болт уже не будет пригоден для повторного использования в данном узле. Разумеется, и гайку, и торец обрезанного болта надо покрыть защитным составом.

МОМЕНТ ЗАТЯЖКИ. Размеры болтов и шпилек выбирают такими, чтобы создаваемые при их помощи усилия затяжки обеспечивали работоспособность соединения при расчетных нагрузках, а в самих резьбовых деталях возникали напряжения, близкие к предельно допустимым. Эти напряжения выбирают с учетом так называемого коэффициента запаса, в свою очередь определяемого механическими свойствами материалов, из которых сделаны болт, шпилька, гайка или деталь. Превышение этого предела при затяжке сначала приводит к необратимой деформации метиза, а при дальнейшем увеличении нагрузки – и обрыву. Может быть и другой исход – срыв резьбы.

Беда невелика, если соединение состояло из болта и гайки, а под рукой есть подходящая замена. Иное дело, когда в труднодоступном резьбовом отверстии останется кусок болта или будет сорвана резьба. Возникает дилемма: слабо затянешь соединение – не обеспечишь нужной плотности или жесткости стыка, слишком сильно – повредишь резьбовые детали. Как найти оптимальное усилие затяжки?

Единственный доступный метод – работать динамометрическим ключом, позволяющим контролировать крутящий момент, прилагаемый к головке болта или гайке. Правда, и здесь могут быть погрешности, так как замеряемое усилие частично зависит от посторонних факторов – качества поверхности резьбы и торцевых поверхностей гайки или болта, наличия смазки, точности изготовления метизов и т. д. Поэтому перед сборкой соединения резьба должна быть очищена и слегка смазана. Кроме того, при одном и том же моменте резьба с мелким шагом создает бОльшие усилия затяжки в стыке, чем резьба того же диаметра с нормальным шагом.

В руководствах по эксплуатации автомобилей для некоторых узлов приведены рекомендуемые моменты затяжки болтов и гаек. Например, крепежные детали коренных и шатунных подшипников, головки цилиндров надо обязательно заворачивать с контролируемым моментом. Динамометрический ключ незаменим при сборке мотора. Однако у его современной конструкции есть существенный недостаток – громоздкость, значительно суживающая область применения. Соединения карданных шарниров, например, для него недоступны. В этом случае поможет только навык, "чувство затяжки". А обращение с динамометрическим ключом как раз вырабатывает это "чувство". Надо еще учитывать, что прочность болта и, следовательно, допустимый крутящий момент примерно пропорциональны квадрату диаметра, а длина ключа – диаметру резьбы. Это означает, что следует быть осторожным при затяжке метизов с резьбой 5, 6, 8 мм, особенно малоответственных, имеющих низкий класс прочности. Повредить обыкновенным гаечным ключом резьбу, оборвать болт или шпильку диаметром 12 и более практически невозможно, если, конечно, не надевать на ключ трубу. Но для удовлетворительной затяжки такого соединения необходимо пользоваться накидным или торцевым ключом с длинной ручкой. Попытка же использовать для этого обычный ключ с удлинителем из трубы приводит, как правило, к закатке граней на головке болта или гайке.

Не все резьбовые соединения требуют больших усилий. Прежде всего осторожно надо обращаться со свечами (особенно с короткой резьбовой частью). Усилие на свече должно обеспечить только смятие тонкостенной герметизирующей прокладки, для чего в отверстие торцевого трубчатого ключа вставляют вороток длиной 15–20 см и затягивают свечу медленно и осторожно. Вредно перетягивать также штуцерные соединения трубопроводов, бронзовые и латунные гайки крепления выпускного коллектора.

Что касается винтов со шлицами под отвертку, то "скрутить" их довольно трудно, гораздо проще испортить шлицы. Поэтому лучше пользоваться только хорошо заправленными отвертками с плоскими гранями и прямым, слегка притупленным жалом, которое должно быть немного больше головки винта. Крестообразные отвертки необходимо точно подобрать по размеру паза.

Вообще инструмент имеет решающее значение при работе с резьбовыми соединениями. Он должен быть исправным, чистым и, желательно, из хорошего материала. Такие ключи отечественного производства, как правило, есть в продаже. Несколько хуже обстоит дело с отвертками: материал, из которого многие из них изготовлены, оставляет желать лучшего – они или гнутся, или обламываются. Универсальные отвертки со сменными жалами для серьезных работ не очень пригодны. Надо избавляться от ключей с обмятыми губками, распиленным зевом, гнутых или сломанных.

Для отвинчивания заржавевших метизов или для создания большого момента затяжки нельзя использовать разводные ключи, особенно при малых размерах гаек и головок болтов.

ЗАЩИТА РЕЗЬБЫ. Наибольшие неприятности доставляют заржавевшие резьбовые соединения, у которых в результате коррозии грани потеряли четкие геометрические очертания и начальные размеры. Поэтому полезно, получив новый автомобиль, протереть выступающие болты тряпкой, смоченной в моторном масле, и облепить вместе с гайками пластилином. Вместо "Литола" и моторного масла можно применять отличное антикоррозионное средство "Мовиль".

Смазывать резьбовые соединения перед сборкой полезно всегда, не опасаясь, что это увеличит склонность соединения к самоотвинчиванию. Однако нужно строго следить за усилием затяжки, чтобы масло выдавливалось из непосредственной зоны контакта деталей и препятствовало попаданию влаги в резьбу.

Заржавевшее резьбовое соединение разбирают в несколько приемов. Сначала его тщательно очищают металлической щеткой, особенно выступающую из гайки часть болта или шпильки. Смачивают соединение керосином или тормозной жидкостью "Нева" и оставляют примерно на час, после чего сильно ударяют молотком по головке болта или по бородку с плоским концом, плотно прижатым к ней. Если головка полукруглая, то следует вставить в паз стальную отвертку (без пластмассовой ручки) и ударить по ней. Плотно надевают на гайку или болт накидной или торцевой ключ и рывком отворачивают их. Если грани сильно поржавели и ключ надевается с зазором, то их следует опилить под ключ меньшего размера.

При извлечении шаровых пальцев из шарниров подвески и рулевого управления поступают следующим образом. Расшплинтованную гайку снимают с пальца и несколько раз навинчивают и отвинчивают со смазкой до тех пор, пока она не начнет проходить всю резьбу от руки. Потом гайку навертывают на палец и выдавливают его съемником.

Гайки и болты с головкой под ключ на 14 мм и более можно отвинчивать газовым ключом.

ИСПРАВЛЕНИЕ ОШИБОК. Наиболее неприятная работа – высверливание и извлечение из нарезного отверстия оборвавшейся части болта или шпильки. Сверло должно быть чуть меньше внутреннего диаметра резьбы. Перед началом высверливания желательно запилить торец оборванной части метиза, чтобы он стал плоским, и, найдя центр, накернить его. Дрель держат так, чтобы сверло было по возможности соосно отверстию. Можно сверлить в несколько проходов, постепенно увеличивая диаметр сверла. Остатки стержня выковыривают жестким стальным крючком, соблюдая особую осторожность, так как застрявшие в канавках кусочки винтов от резьбы болта способны поломать метчик.

Сорванную резьбу в отверстии детали можно сперва попытаться "поднять" метчиком", смазанным в масле, однако это дает положительный результат только при незначительных повреждениях. Обычно приходится рассверливать отверстие и нарезать резьбу большего диаметра. Если это невозможно, как, например, в отверстиях под свечи в головке цилиндров, делают ввертыш, наружный диаметр резьбы которого в этом случае на 10 мм больше внутреннего под свечу.

САМООТВИНЧИВАНИЕ В РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ происходит из-за вибраций, в результате чего снижается сила трения в самой резьбе и на торце гайки или головки болта.

Существует несколько видов стопорения резьбовых соединений. Старый и надежный способ – применение контргайки – используют главным образом в тех узлах автомобиля, где требуется точная регулировка. Следует только иметь в виду, что основная нагрузка в этом случае приходится на контргайку, так что она должна быть достаточной высоты и соответствующего класса прочности.

Очень распространенный способ – применение пружинной шайбы, обеспечивающей высокую силу трения в соединении даже при некотором повороте гайки в сторону отворачивания. Кроме того, пружинная шайба врезается острыми кромками в деталь и гайку и тем самым препятствует самоотворачиванию. При повторном использовании эффективность пружинной шайбы падает. Заменять ее обычной или не ставить недопустимо. Весьма эффективны пружинные шайбы типа "звездочка", обычно применяемые при соединении тонкостенных деталей.

Наиболее надежный способ законтривания – применение деформируемых деталей: стопорных пластин, проволоки и шплинтов в паре с корончатыми гайками. Его используют в узлах, трудно доступных для контроля или ответственных в отношении безопасности движения.