"ГОСТ Р 59090-2020. Национальный стандарт Российской Федерации. Автомобильные транспортные средства. Изделия крепежные. Параметры затяжки. Упрощенный метод определения соотношения крутящего момента/угла поворота"
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 08.10.2020 N 782-ст)

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт" (ФГУП "НАМИ")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 056 "Дорожный транспорт"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 октября 2020 г. N 782-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт устанавливает метод испытания крепежных изделий с метрической резьбой ИСО от М6 до М16 для болтов класса прочности от 8.8 до 12.9 и гаек класса прочности от 8 до 12 для проверки параметров их затяжки в упругой области.

Настоящий стандарт распространяется на крепежные изделия с коэффициентом трения от 0,06 до 0,18 включительно. При более высоких коэффициентах трения разброс результатов испытаний увеличивается, и данный метод испытаний применять не следует. Настоящий стандарт не распространяется на более низкие коэффициенты трения, которые предназначены для очень специфических применений и требуют специальной смазки.

Данный метод сравнительных испытаний допускается использовать для проверки повторяемости производственного процесса (например, при нанесении покрытия, смазке, дробеметной обработке) или сравнения различных партий продукции. Он также может быть использован для обнаружения крепежных изделий, которые не соответствуют установленным требованиям.

Примечание - Этот упрощенный метод испытаний разработан с целью исключения систематического применения экстенсивных методов.

В спорных случаях в качестве арбитражного испытания применяют проверку крутящего момента/силы предварительной затяжки в соответствии с ГОСТ ISO 16047.

Настоящий стандарт не применяют для оценки крепежных изделий в реальных условиях сборки; измерение коэффициентов трения, возникающих во время работы, невозможно.

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 11284 Отверстия сквозные под крепежные детали. Размеры

ГОСТ 16093 (ИСО 965-1:1998, ИСО 965-3:1998) Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором

ГОСТ ISO 898-1 Механические свойства крепежных изделий из углеродистой и легированной стали. Часть 1. Болты, винты и шпильки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы

ГОСТ ISO 898-2 Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей. Часть 2. Гайки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы

ГОСТ ISO 4759-3 Изделия крепежные. Допуски. Часть 3. Шайбы плоские для болтов, винтов и гаек. Классы точности A и C

ГОСТ ISO 7093-1 Шайбы плоские. Крупная серия. Часть 1. Класс точности A

ГОСТ ISO 16047 Изделия крепежные. Испытания крутящего момента и усилия предварительной затяжки

ГОСТ Р ИСО 4014 Болты с шестигранной головкой. Классы точности A и B

ГОСТ Р ИСО 4017 Винты с шестигранной головкой. Классы точности A и B

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1

3.2 технологический цикл нанесения покрытия: Последовательность операций при обработке поверхности и/или нанесении покрытия в течение определенного периода времени, при котором рабочие параметры, включая температуру, концентрацию, площадь поверхности, плотность тока или другие параметры, которые могут влиять на механические или функциональные свойства крепежных изделий, регулируются и поддерживаются.

3.3 цикл термической обработки: Последовательность процесса при термической обработке в определенный период времени, в течение которого устанавливаются и поддерживаются рабочие параметры, такие как температура, температурно-влажностный режим, давление, время выдержки или другие параметры, которые могут влиять на механические или функциональные свойства крепежных изделий.

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

d - номинальный диаметр болта или гайки, мм;

d_e - наружный диаметр опорной пластины/шайбы, мм;

d_h - диаметр сквозного отверстия (приспособление для затяжки или опорная пластина/шайба), мм;

d_w - наружный диаметр опорной поверхности болта или гайки, мм;

D_b - эффективный диаметр для момента трения опорной поверхности гайки или головки болта, мм (см. ГОСТ ISO 16047);

d₂ - номинальный средний диаметр резьбы, мм;

F - сила;

F_{p min} - сила предварительной затяжки, соответствующая T_p при , Н;

F_{p max} - сила предварительной затяжки, соответствующая T_p при , Н;

F_p - сила предварительной затяжки, соответствующая T_p, Н;

F_{test max} - максимальная сила предварительной затяжки, Н;

F_{test min} - минимальная сила предварительной затяжки, Н;

F_test - номинальная сила предварительной затяжки, Н;

H - высота приспособления для затяжки, мм;

h - толщина опорной пластины/шайбы, мм;

L - поперечный размер приспособления для затяжки, мм;

L_c - длина зажима, мм;

l - длина болта, мм;

N - количество испытуемых болтов или гаек;

P - шаг резьбы, мм;

T - крутящий момент;

- средний крутящий момент для калибровки, Н·м;

T_max - максимальный крутящий момент, Н·м;

T_min - минимальный крутящий момент, Н·м;

T_p - момент предварительной затяжки, Н·м;

T_test - крутящий момент, соответствующий F_test, Н·м;

- угол поворота;

- измеренное значение угла между T_p и T_test, град;

- верхний предел назначенного диапазона коэффициентов трения;

- нижний предел назначенного диапазона коэффициентов трения.

Метод основан на приложении определенной силы предварительной затяжки к болту путем поворота проверяемого крепежного изделия (болта или гайки) в нормальных условиях. После приложения момента предварительной затяжки испытуемое крепежное изделие затягивают до указанного испытательного угла. Окончательный крутящий момент проверяют и сравнивают с указанным диапазоном крутящего момента.

Динамометрический ключ должен иметь момент затяжки с точностью до 2% от измеренного значения. Точность измерения угла должна составлять 2° или 2% от измеренного значения, при этом выбирается каждое наибольшее значение.

Устройство для испытания состоит из приспособления для затяжки и опорной пластины/шайбы (см. рисунок 1).

Сменное крепежное изделие (сменный болт/гайка) и опорная пластина/опорная шайба не должны проворачиваться во время испытания. Приспособление, используемое для предотвращения проворачивания, не должно перекрывать опорную поверхность испытуемого крепежного изделия.

Приспособление для затяжки должно быть изготовлено из закаленной стали с твердостью, равной или превышающей 50 HRC. Оно должно быть сухим и чистым. Опорная поверхность не должна иметь покрытия. Размеры приспособления для затяжки указаны на рисунке 2 и в таблице 1.

Опорные пластины/шайбы должны быть отобраны из производственной партии. Они должны быть без заусенцев, покрытия, быть сухими и чистыми. Твердость опорной пластины/шайбы должна составлять не менее 200 HV, шайба должна иметь класс твердости 200 HV в соответствии с ГОСТ ISO 7093-1.

Шероховатость Ra не должна превышать 1,6. Размеры шайбы указаны на рисунке 3 и в таблице 2.

--------------------------------

<*> Для М6 - М10: t = 0,2 мм; для М12 - М16: t = 0,3 мм.

Сменные крепежные изделия должны быть без покрытия, быть сухими и чистыми. Перед испытанием наносить смазку не допускается. Сменные крепежные изделия должны быть взяты из производственной партии. Они должны быть обработаны ингибитором коррозии, который должен быть полностью удален в очищающей ванне в растворителе перед каждой серией испытаний.

Класс прочности сменного болта по ГОСТ ISO 898-1 должен соответствовать классу прочности проверяемой гайки по ГОСТ ISO 898-2, но не должен быть ниже класса прочности 8.8. Болт должен иметь класс допуска резьбы 6g по ГОСТ 16093. Все резьбы болтов должны быть изготовлены накаткой. Длины сменных болтов должны соответствовать рисунку 1а).

Для испытания болтов класса прочности 10.9 и ниже гайка должна быть типа 1 и иметь класс прочности 10 по ГОСТ ISO 898-2. Для испытания болтов класса прочности 12.9 следует использовать гайку класса прочности 12.

Сменные гайки должны иметь класс допуска резьбы 6Н.

Проверяемые крепежные детали должны быть отобраны из одной партии. Они должны быть испытаны в состоянии поставки; перед испытанием наносить дополнительную смазку не допускается. Если не указано иное, должны быть испытаны 10 образцов крепежных изделий.

Испытание проводят при температуре окружающей среды от 10 °C до 35 °C. Устройство для испытания и испытуемый образец должны иметь температуру окружающей среды от 10 °C до 35 °C. Сменные крепежные изделия и опорные пластины/шайбы допускается использовать только один раз. Значение угла поворота определяют в соответствии с приложением А.

Собирают приспособление для затяжки.

Вставляют новый сменный болт.

Болт стопорят от проворота во время испытания.

Опорная пластина/шайба должна быть установлена со стороны гайки. Поверхность опорной пластины/шайбы с вырывами (см. ГОСТ ISO 4759-3) должна быть расположена со стороны приспособления для затяжки. Необходимо убедиться, что отверстие в опорной пластине/шайбе расположено соосно с отверстием в приспособлении для затяжки.

При испытании комбинированной гайки (гайка с невыпадающей шайбой) применять опорную пластину/шайбу не допускается.

Устанавливают проверяемую гайку.

Начинают с измерения угла поворота.

Гайку затягивают при непрерывном вращении до значения угла (скорость затяжки не менее 5 мин^-1 и не более 60 мин^-1).

Измеряют крутящий момент T_test при значении угла .

Записывают значения T_p, и T_test.

Проверяют, не провернулась ли опорная пластина/шайба во время испытания.

Если во время затягивания одна из частей сдвинулась, это должно быть зарегистрировано, и в качестве замены сомнительного испытания должно быть проведено новое испытание.

Собирают приспособление для затяжки.

Вставляют новую сменную гайку.

Гайку стопорят от прокручивания во время испытания.

Опорная пластина/шайба должна быть установлена со стороны болта.

Поверхность опорной пластины/шайбы с вырывами (вогнутая опорная поверхность) должна быть расположена со стороны приспособления для затяжки. Необходимо убедиться, что отверстие в опорной пластине/шайбе расположено соосно с отверстием в приспособлении для затяжки.

При испытании комбинированного болта (болт в сборе с шайбой) применять опорную пластину/шайбу не допускается.

Устанавливают проверяемый болт.

Болт затягивают до значения момента предварительной затяжки T_p (см. таблицу 3).

Начинают с измерения угла поворота.

Болт затягивают при непрерывном вращении до значения угла (скорость затяжки не менее 5 мин^-1 и не более 60 мин^-1).

Измеряют крутящий момент T_test при значении угла .

Записывают значения T_p, и T_test.

Проверяют, не провернулась ли опорная пластина/шайба во время испытания.

Если во время затягивания одна из частей сдвинулась, это должно быть зарегистрировано, и в качестве замены сомнительного испытания должно быть проведено новое испытание.

Предельные значения крутящего момента рассчитывают в соответствии с приложением Б. Если не согласовано иное, каждое измеренное значение крутящего момента T_test должно находиться между верхним и нижним предельными значениями крутящего момента.

Пример расчета предельных значений крутящего момента (T_min и T_max) - см. приложение В.

Протокол испытаний должен содержать как минимум следующую информацию:

- обозначение настоящего стандарта;

- следующие размеры:

- отдельные параметры крепежного изделия: обозначение, в том числе класс прочности;

- отдельные параметры опорной пластины/шайбы (например, твердость, шероховатость);

- отдельные параметры проверяемых крепежных изделий: обозначение, исполнение поверхности (покрытие, смазка и т.д.) и номер производственной партии;

- контрольные значения T_p и ;

- отдельные значения крутящего момента T_test, измеренные во время испытания.

Данную методику калибровки используют для определения значения угла поворота , необходимого для проведения испытания соответствующего проверяемого болта или гайки (см. раздел 6).

Следующие параметры считаются влияющими факторами:

- номинальный диаметр и шаг резьбы;

- длина зажима L_c;

- сила предварительной затяжки;

- исполнение поверхности крепежного изделия, подлежащего испытанию (покрытие, смазка и т.д.);

- жесткость крепежных изделий, приспособления для затяжки и опорной части;

- скорость вращения.

А.3 Предварительно рассчитанные значения F_test и T_p

Сила предварительной затяжки F_test соответствует эквивалентному напряжению (по Мизесу), составляющему около 90% предела упругости для болта класса прочности 8.8 при коэффициенте трения, равном 0,18 (см. таблицу А.1).

F_test, соответствующая крутящему моменту T_test, рассчитывается с коэффициентом трения , равным 0,12 (см. рисунок А.1). Крутящий момент предварительной затяжки T_p составляет около 30% этого крутящего момента (см. таблицу 3).

А.4 Экспериментальное определение 

Средний крутящий момент крепежных изделий, применяемых для калибровки, определяют на испытательной машине крутящего момента/силы предварительной затяжки. Крепежные изделия должны иметь указанный коэффициент трения.

Калибровочные крепежные изделия должны быть отобраны из производственной партии (болты или гайки). Если не согласовано иное, калибровка должна быть выполнена на 10 образцах. Опорные пластины/шайбы должны соответствовать 6.2.3 и сменным крепежным изделиям по 6.3.

При каждом испытании измеряют отдельное значение T_i при заданной силе предварительной затяжки F_test (см. А.3). Затем среднее значение вычисляют по формуле

Примечание - Длина зажима для калибровочного болта должна быть примерно такой же, как длина зажима для болтов производственной партии при испытании крутящего момента/угла поворота (L_c = H + h).

Данный шаг выполняют с использованием приспособления для затяжки. Этот шаг служит для определения . Калибровочные и сменные крепежные изделия и опорные пластины/шайбы должны быть идентичны деталям, указанным в А.4.1. Следует использовать как минимум 10 образцов.

Каждое калибровочное изделие сначала затягивают до . Процесс затяжки останавливают и начинают измерение угла поворота. Затем процесс затяжки продолжают до тех пор, пока не будет достигнуто значение .

Измеряют угол поворота в диапазоне от до .

Примечание - При приложении достигается сила предварительной затяжки F_test, соответствующая расчетному значению. вычисляют по формуле

Б.1 Значения T_min и T_max рассчитывают на основании крутящего момента предварительной затяжки T_p и угла поворота , определенных при калибровке (см. приложение А).

Для расчета, приведенного ниже, необходимо сначала выбрать значение D_b (эффективное или теоретическое).

Расчет проводят в четыре шага.

Шаг 1. Расчет F_{p min}

Минимальное значение силы F_{p min}, соответствующей начальному крутящему моменту T_p по таблице 3 в сочетании с верхним пределом диапазона коэффициентов трения (см. рисунок Б.1), вычисляют по формуле

Примечание - F_{p min} соответствует значению, примерно равному 30% F_{test min}.

Шаг 2. Расчет F_{test min}

Минимальное усилие при завершении испытания F_{test min} в результате проверки угла поворота, определенного в ходе калибровочного испытания в соответствии с приложением А (см. рисунок Б.2), вычисляют по формуле

Шаг 3. Расчет T_max

Верхний предел крутящего момента T_max рассчитывают исходя из F_{test min} для верхнего предела диапазона коэффициентов трения (см. рисунок Б.3) по формулам:

Шаг 4. Расчет T_min

Нижний предел крутящего момента T_min рассчитывают аналогично, исходя из F_{test max} для нижнего предела диапазона коэффициентов трения (см. рисунок Б.4) по формулам:

Расчет выполняют:

- для шестигранных болтов М10 по ГОСТ Р ИСО 4014;

- диапазона коэффициентов трения от 0,12 до 0,18;

- теоретического значения D_b.

При d_{w min} = 14,63 мм

При .

При .

В.2 Крутящие моменты для изделий (по ГОСТ Р ИСО 4014 и ГОСТ Р ИСО 4017)

Пример, приведенный в таблице В.1, показывает значения крутящих моментов, полученных исходя из теоретических значений D_b, зависящих от d_{h min} (см. таблицу 2) и d_{w min}, которые рассчитаны при коэффициентах трения от 0,06 до 0,18 для изделий по ГОСТ Р ИСО 4014 и ГОСТ Р ИСО 4017.

В примере, приведенном в В.1, нижний и верхний пределы крутящего момента 42,5 Н·м и 54,2 Н·м определены для согласованного диапазона коэффициентов трения от 0,12 до 0,18.

Из-за погрешности измерения и принципа данного упрощенного метода может потребоваться расширение указанного теоретического диапазона. Возможно расширение диапазона предельных значений на 5%. Степень расширения предела должна быть определена и согласована до испытания. В настоящем примере расширение на 5% соответствует пределам крутящего момента от 40,4 Н·м (нижний предел) до 56,9 Н·м (верхний предел).