Общий принцип
Крутящий момент на гайке создаёт усилие предварительной затяжки, которое вызывает напряжение в соединении и держит детали вместе. Усилие предварительной затяжки не должно приводить к переходу стержневой крепежной детали из области упругой в область пластической деформации материала.
Усилие предварительное, потому что в упруго-напряженных телах проявляются некоторые механизмы пластических деформаций, ведущие к убыванию напряжений во времени (явление релаксации напряжений). Поэтому по истечении некоторого времени усилие затяжки соединения несколько снижается.
PS Вообще у Анурьева фигурируют ненапряженные болтовые соединения, где напряжения возникают только после приложения рабочей нагрузки, подробнее про частные случаи Том 2, глава 9.
Классы прочности
В высоконагруженных болтовых соединениях для достижения требуемой прочности крепёж выбирают исходя из номинального диаметра резьбы и класса прочности. В ГОСТ 1759.4-87 представлены таблицы минимальных разрушающих нагрузок для болтов по классам прочности.
Символы классов состоят из двух чисел, разделённых точкой. Первое число состоит из одной или двух цифр, обозначающих 1/100 от номинального предела прочности в мегапаскалях (МПа=Н/мм²). Второе число с правой стороны от точки равно умноженному на 10 отношению номинального значения предела текучести к номинальному значению предела прочности на растяжение (коэффициент предела текучести).
Например, болты с номинальным пределом прочности на растяжение 800 МПа и коэффициентом предела текучести 0,8, обозначаются классом прочности 8.8.
Классы прочности гаек обозначаются одним числом: 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12. Число обозначает 1/100 от номинального предела прочности болта в мегапаскалях (МПа), к которому подходит данная гайка в резьбовом соединении. Таким образом, для болта класса прочности 8.8 должна применяться гайка с классом прочности 8.
Исходя из класса прочности и диаметра выбирается момент затяжки. ГОСТа я на эту тему не нашел, но таблиц в интернете много и данные везде более-менее похожи, так что выбирать по своему усмотрению.
Стопорение резьбового соединения
Как правило, за счет огромных запасов прочности, разрушение винтов под запредельной нагрузкой встречается редко, чего нельзя сказать о раскручивании винтов после транспортировки и во время эксплуатации. Проблема эта на самом деле серьезная и решается с начала промышленной революции и по сей день. Соответственно способов очень много, приведу самые распространенные:
- Фиксатор резьбы (Loctite и пр.)
- Контргайка
- Самоконтрящаяся гайка (после раскручивания теряет свойства)
- Пружинная разрезная шайба (гровер)
- Пружинная волнистая шайба
- Зубчатая шайба
- Шайба с отгибными лапками
- Стопорный винт
- Окрашивание головки винта
- Шплинт
- Проволочные замки
- Кернение (соединение условно неразборное)
На видео показаны испытания различных типов контрения, я бы доверял этим результатам не на все 100, все-таки это реклама, но в общем похоже на правду, да и по сообщениям на форумах шайбы Nord-Lock действительно используют, и они показывают высокую эффективность в жестких условиях.
Распределение нагрузки по виткам
В завершение приведу картинку с форума DPVA, которая отражает распределение нагрузки по виткам, там же приведена краткая справочная информация. Более подробно про распределение и глубокие расчеты резьбового соединения можно прочитать в пособии, прикрепленном в комментарии к этому изображению у меня в телеграм канале.