Различают три типа шестигранных гаек и головок болтов:

облегченные гайки и болты с облегченной головкой,
нормальные гайки и болты с нормальной головкой,
увеличенные гайки и болты с увеличенной головкой,


В машиностроении наблюдается тенденция применять облегченные гайки
и головки болтов, так как при достаточной прочности они обладают малыми
радиальными габаритами и небольшой массой и позволяют создать более
компактные конструкции крепежных узлов.

Высота
гаек (рис.5) делается равной (0,6-1,2)d (d-наружный диаметр резьбы).
Практика показывает, что при высоте h=0,7d гайка получается
равнопрочной с нарезной частью болта. Болтовые соединения с h > 0,7d
рвутся под растягивающей нагрузкой всегда по резьбе стержня (под
гайкой). Высота головок болтов (рис.6) делается равной (0,6-0,8)d .
На
торцах шестигранника выполняют фаски с углом 120 градусов. Назначение
фасок — облегчить надевание ключа на шестигранник, а у гаек, кроме
того, обеспечить кольцевую форму опорной поверхности. Размеры фаски
определяются начальным диаметром d1 на торце шестигранника (рис.7). В
прошлом применялся размер d1=S (S-размер под ключ). Сейчас
стандартизованы гайки с d1=(0,90-0,95)S .
Для
головок болтов можно без ущерба для прочности уменьшить размер d1 до
(0,7-0,6)S с выигрышем в массе конструкции. Для гаек уменьшение размера
d1 приводит к сокращению опорной поверхности.

Распределение нагрузки между витками резьбы крепежа

В
резьбовых соединениях обычной конструкции нагрузка между витками резьбы
распределяется неравномерно. Первые витки резьбы, расположенные у
опорной поверхности гайки, нагружены гораздо больше, чем последующие.
Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что
первый виток воспринимает до 30% всей нагрузки, а самые дальние витки
остаются практически ненагруженными. Причина этого явления заключается
в неблагоприятном сочетании деформаций гайки и стержня под нагрузкой.
Участки стержня, ближайшие к нагрузке, растянуты полной силой. Витки
резьбы стержня, деформируясь как и стержень, также смещаются в
направлении действия нагрузки. (рис.7).

В
гайке картина обратная: ближайшие к опорной поверхности участки тела
гайки сжаты полной силой, действующей на соединение, витки резьбы
смещаются в направлении, противоположном смещению витков стержня.
Наибольшее смещение имеет первый виток, отсюда повышенная нагрузка на
первый виток. На следующих витках деформация и напряжения растяжения
стержня уменьшаются по мере передачи силы от стержня на гайку.
Уменьшается и деформация сжатия в гайке, отсюда уменьшение нагрузки на
каждый последующий виток. Явление выражено тем резче, чем больше
абсолютная величина деформаций растяжения в стержне и обратных им по
направлению деформаций сжатия в гайке, т. е. чем выше напряжения в
резьбовом соединении. Поэтому с точки зрения прочности и равномерного
распределения нагрузки между витками, выгодно развивать сечения
нарезной части стержня и гайки увеличением диаметра резьбы

Резьбовые
соединения способны до известной степени самоупрочняться. Если
напряжения в наиболее нагруженных витках превосходят предел текучести,
то витки резьбы подвергаются пластической деформации сдвига и смятия,
вызывающей увеличение шага наиболее нагруженных витков гайки и
уменьшение шага наиболее нагруженных витков стержня, в результате чего
нагрузка на витки выравнивается. Это явление особенно характерно для
резьбовых соединений, выполненных из мягких и пластичных материалов. У
соединений, выполненных из твердых и прочных материалов, способность
самоупрочняться гораздо меньше.
Существует ряд действенных способов, обеспечивающих равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы стержня и гайки.
Решение заключается в том, чтобы заставить гайку деформироваться в том
же направлении, в каком деформируется стержень. Этого можно достичь
переносом опорной поверхности гайки выше последнего витка (рис.9. II).
Расположенное под опорной поверхностью тело гайки («юбка») в этом
случае подвергается деформации растяжения; смешение витков гайки
направлено в ту же сторону, что и смещение витков стержня. Отсюда —
более равномерное распределение нагрузки по виткам.

Подобные
гайки, получившие название «висячих» гаек или гаек растяжения (в
отличие от обычных гаек, которые называют гайками сжатия), широко
применяют в ответственных резьбовых соединениях в машиностроении.
Недостаток этих гаек — увеличенные осевые и радиальные габариты, а
также необходимость увеличения диаметра отверстия в корпусе под «юбку»
гайки.
Если опорная поверхность гайки расположена между первыми и
последними витками (рис.9. III), то получается так называемая гайка
растяжения-сжатия . Ниже опорной поверхности тело гайки подвергается
растяжению, выше — сжатию. Будучи менее громоздкими, чем гайки
растяжения, эти гайки практически равноценны, потому что положительный
эффект растяжения «юбки» дополняется положительным эффектом
всестороннего обжатия верхних витков в результате упругой деформации
верхней части гайки под действием сил, приложенных к опорной
поверхности.
Для получения еще большей равномерности распределения нагрузки по
виткам резьбы в некоторых случаях делают выборку на торце стержня
(рис.9. IV}, увеличивающую податливость верхних витков стержня. Этот
способ применяется преимущественно для болтов большого диаметра.

Рекомендации по выбору рядов сквозных отверстий

При
независимой обработке отверстий каждой детали соединения с расстоянием
между осями наиболее удаленных отверстий менее 500 мм для соединений, к
которым предъявляются лишь требования собираемости, ряды сквозных
отверстий рекомендуется выбирать по табл. см. ниже.

Для
соединений, к которым предъявляются требования собираемости и
дополнительные требования обеспечения определенной степени
относительного перемещения деталей, а также для соединений, к которым
предъявляются лишь требования собираемости, но с расстоянием между
осями наиболее удаленных отверстий в деталях 500 мм и более,
допускается принимать более грубые (по сравнению с рекомендуемыми в
таблице) ряды сквозных отверстий.

При
совместной обработке отверстий в деталях соединения (для заклепочных и
неразбираемых болтовых соединений) номинальный диаметр сквозного
отверстия рекомендуется принимать равным наибольшему предельному
размеру диаметра стержня крепежной детали. При этом отверстия должны
быть раззенкованы на размер, соответствующий переходному радиусу между
головкой и стержнем крепежной детали.

При
необходимости следует устранить контакт кромки отверстия с радиусом под
головкой крепежной детали, отверстие рекомендуется раззенковать.

Сквозные отверстия под крепежные детали (ГОСТ 11284-75).
Диаметр сквозных отверстий (мм).

Примечания:
1. 3-й ряд отверстий не допускается применять для заклепочных соединений.
2. Предельные отклонения диаметров отверстий: для 1-го ряда — по H12; для 2-го ряда — по H13; для 3-го ряда — по H14.
Стандарт устанавливает размеры сквозных отверстий под
болты, винты, шпильки и заклепки с диаметром стержней от 1,0 до 160 мм , применяемых для соединения деталей с зазором.