Крутящий момент
Крутящий момент (вращательный момент; вертящий момент; вращающий момент) — векторная физическая величина, равная произведению радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело (рис. 1).
Момент силы определяется как произведение:
M = F • d,
где F — сила, действующая на тело; d — плечо силы.
Момент силы измеряется в ньютон-метрах: 1 Н•м — момент силы, который производит сила 1 Н на рычаг длиной 1 м. Один ньютон примерно равен 0,102 кгс. Чтобы создать значительный крутящий момент, желательно иметь максимальную длину ручки d, к ней приложить максимальную силу (F) — это напрямую зависит от вашей физической подготовки. Чтобы созданный крутящий момент передать как можно полней, ключ должен плотно прилегать к гайке (или головке болта), не повреждаться сам и не повреждать гайку. Для этого рабочая поверхность обязана иметь максимально возможный контакт с гайкой и максимальную твёрдость поверхностей, взаимодействующих с гайкой. При недостаточной твёрдости гайки и болты продавят в губках ключа канавки, фактический размер зева увеличится и очень скоро ваш инструмент начнёт просто проскальзывать, сминая уголки гаек и ещё больше изнашиваясь. Твёрдость губок ключей стандартизирована.
Отклонение размеров зева тоже стандартизировано, для рожковых гаечных ключей существует специальная таблица допустимых отклонений. Для больших ключей требования к твёрдости и точности существенно ниже, чем для мелких. Почему? Потому что у крупных площадь контакта с гайкой намного больше. А значит, меньше удельное давление на единицу площади контакта.
|
|
Гаечные ключи должны иметь маркировку и соответствовать размерам гаек и головок болтов. Губки гаечных ключей должны быть параллельны, рабочие поверхности не должны иметь сбитых сколов, а рукоятки — заусенцев.
На ключах должна быть нанесена следующая маркировка:
— товарный знак предприятия-изготовителя;
— размер зева или диаметр круглых шлицевых гаек;
— слово «хром-ванадий» или указание марки стали на ключах из хромованадиевой стали.
На поверхность обычно дополнительно наносят специальное покрытие, которое придаёт ключу лучшие антикоррозионные свойства и эстетический вид.
Рядом с каждой рабочей частью наносят цифровое обозначение её размерности (parts number). Цифра отражает расстояние в миллиметрах между параллельными гранями шестигранника (гайки, болта), для которого предназначен тот или иной гаечный ключ.
Две важнейшие характеристики ключа: размер зева и твёрдость рабочей поверхности — можно определить довольно точно самому. Для этого потребуются штангенциркуль и надфиль. Штангенциркулем можно с точностью до 0,05 мм измерить размер, а потом нужно надфилем попытаться подточить губки рожкового (или кольцо накидного) ключа. Если надфиль будет скользить по ключу, то металл достаточно твёрдый; если снимет стружку, то металл мягкий и малопригодный для ключа. Проблема в том, что продавцы не любят, когда пытаются точить ещё не купленный товар.
Удобство пользования
Очень часто мы только чуть-чуть видим гайку или головку болта (бывает и не видим, а можем лишь нащупать пальцем). Приходится проявлять огромную изобретательность, чтобы надеть ключ и хотя бы немного его повернуть. У мастера чаще всего имеются ключи разных типов, потому что никогда не знаешь, какой из них может понадобиться в каждом конкретном случае. Для успешной работы нужны специализированные ключи. Давайте для начала выясним, какие они вообще бывают, в чём их достоинства и недостатки.
|
|
Рожковые ключи с открытым зевом. Такой ключ позволяет работать с гайками и болтами, когда над гайкой мало места, а вокруг гайки свободно. Он незаменим, когда торец гайки или болта недоступен и к граням можно подобраться только с боку, надвигая ключ. Недостаток: небольшой передаваемый момент и склонность к проскальзыванию и соскальзыванию, а также «зализыванию» граней. Малопригоден рожковый ключ и для работы с утопленными гайками.
Комбинированные ключи. Одна сторона рожковая, другая накидная. Накидная часть может быть шестигранной, двадцатичетырёхгранной и даже тридцатишестигранной. Это позволяет работать с крепежом маленькими поворотами, что особенно ценно в условиях недостатка необходимого для работы пространства. Вообще, кольцевой ключ (накидной, торцевой) позволяет передать болту гораздо большее усилие потому, что он не может соскочить — некуда, губки ключа (как у рожкового) не могут разогнуться и тем увеличить размер зева — система замкнута; при больших нагрузках металл гайки не может выдавиться из зоны контакта, зато его деформация разрушает окалину и ржавчину на резьбе и тем облегчает отворачивание соединения.
Даже если грани крепежа уже повреждены, накидному ключу, скорее всего, хватит оставшихся уголков для полноценной работы. Накидные ключи не склонны соскакивать и проворачиваться; если вы во время работы отпустите ключ, он, скорее всего, даже не упадёт. Работая с крепежом, рекомендуется начинать отворачивание тугой гайки и окончательно туго затягивать её именно кольцевым ключом. Комбинированные ключи для этого и созданы: накидным сдвигается гайка, а дальше работает тот же ключ, но его рожковая часть.
|
|
Разрезные ключи. Занимают промежуточное положение между рожковыми и накидными, но ближе к накидным. Разрезной ключ можно также назвать рожковым с увеличенным охватом. Применяется он в основном для работы с трубопроводами, там, где накидной ключ нельзя надеть (мешает труба), а рожковый не может передать достаточный крутящий момент из-за того, что выворачиваемая деталь сделана из мягкого материала и грани норовят скруглиться. Разрезной ключ охватывает, как кольцевой, а надевается, как рожковый. Существуют разрезные ключи, у которых охватывающее кольцо можно стягивать в месте разреза дополнительным болтиком. В стянутом положении ключ ничем не отличается от накидного.
Ударные накидные ключи. Применяются для отворачивания тугих гаек, там, где нежелательно или невозможно использование длинного рычага. Обычно ключи такого типа имеют размер зева от 17 и выше. Их толстая широкая ручка не склонна к вибрациям и изгибам. Конец ручки отпущен до степени, когда под большой нагрузкой металл расклёпывается, но не даёт осколков. И всё же, на всякий случай, работая с ударным ключом, необходимо надеть защитные очки или щиток. При ударе молотком могут высекаться искры, об этом стоит помнить при работе рядом с пожаро- и взрывоопасными предметами. Впрочем, существуют искробезопасные ключи, покрытые слоем меди или вовсе изготовленные не из стали, а из бериллиевой бронзы. Молоток для работы с такими ключами редко имеет вес меньше 500 г.
Торцевые трубчатые ключи. Применяются там, где гайка сильно утоплена или конец болта значительно возвышается над гайкой. Всем известный «свечной» ключ — типичный представитель ключей этого типа. Крутящий момент, доступный трубчатому ключу, невелик. Тонкие стенки, возможность работать только с довольно тонким воротком — всё это не для тугих гаек.
Торцевые головки. Передают большой момент, занимают мало места. Существует великое множество разных специализированных головок. С ними стыкуется множество дополнительных приспособлений, облегчающих доступ к гайке или болту. Боковая насечка (если она есть) облегчает первоначальную установку головки на гайку и наживление самой гайки. Размеры торцевых головок начинаются от долей миллиметра и доходят до огромных габаритов. Головки различаются по размеру не только зева, но и стыковочного четырёхгранного гнезда. Четырёхгранники так же стандартизированы, как и зев. Вот самые распространённые размеры: 1/4”, 3/8”, 1/2”, 1”. Обратите внимание: на головках с метрическим или дюймовым размером зева стыковочные четырёхгранники маркируются только в дюймах.
Ключи шарнирные с подвижной торцевой головкой не требуют дополнительного воротка. Применяются они чаще всего там, где необходимо сделать много оборотов, при этом ключ вращают за головку другого конца, похожего на ручку мясорубки. Ключ удобен как для работы с утопленным крепежом (достижим небольшой момент), так и с доступным (вороток получается длинным, а момент максимальным). К недостаткам можно отнести довольно значительные габариты.
Ключи с трещёточно-реверсивным механизмом. Позволяют работать, перемещая инструмент на незначительный угол. Перейти от заворачивания к отворачиванию можно, не снимая ключа с гайки. Трещёточный ключ допускает только небольшие крутящие моменты.
Разводной ключ. Это не более чем обычный рожковый ключ с регулируемым расстоянием между губками. Один ключ заменяет рожковые нескольких размеров. К недостаткам рожкового ключа добавляется непараллельность губок (в подвижной губке всегда присутствует существенный люфт), поэтому крутящий момент у разводного ключа меньше, чем у рожкового. Разводной ключ применяется там, где приходится работать с крепежом разного размера, доступ удобный, а затяжка крепежа не слишком тугая. Один разводной ключ не может обеспечить возможности работать с крепежами всех размеров, уж очень они разные. Поэтому выпускаются разводные ключи разных размеров. Диапазон доступных ключу размеров указан на ручке.
Газовый ключ — своеобразная помесь рожкового ключа и пассатижей. Не требует шестигранного профиля гайки, может работать с круглой поверхностью. С усилием на ручках ключа автоматически увеличиваются давление губок на металл и величина передаваемого момента. При этом, к сожалению, может сильно повреждаться поверхность в месте контакта губок с металлом. Передаваемый крутящий момент у газового ключа меньше, чем у накидных ключей. Газовые ключи выпускаются разных размеров для работы с круглыми поверхностями (трубы и трубная арматура) разных диаметров. Модели газовых ключей маркируются углом наклона их губок: 45 или 90 градусов. Губки инструмента бывают разной конфигурации: обычные или S-образные, которые позволяют фиксировать трубу в трёх точках, что снижает риск проскальзывания при работе. Номер ключа означает длину инструмента и определённый диаметр труб, с которыми этот ключ может работать. Например, газовый ключ № 1 предназначен для труб диаметром 10—36 мм, длина ключа 30 см. Газовый ключ № 2 хорошо зажимает трубы диаметром 20—50 мм, длина ключа 40 см.
Имбусовый ключ (шестигранник). Ранее рассмотренные ключи относились к группе охватывающих ключей. Имбусовые ключи относятся к охватываемым ключам и входят внутрь головки болта; кстати, имбусовым ключом работают только с болтами. Никакими другими ключами отвернуть болты с внутренним шестигранником невозможно. Такие ключи должны быть особо прочными, поскольку внутренние грани нагружены гораздо больше, чем наружные. У обычного болта при размере головки 17 мм резьба имеет диаметр 10—12 мм; если болт рассчитан под имбусовый 17-миллиметровый ключ, то диаметр резьбы у него будет более 19 мм, соответственно и крутящий момент потребуется почти в два раза больше.
Радиусный ключ применяют только для радиусных гаек, например как на велосипедном руле. Кроме радиусных, никаких других гаек отвернуть нельзя. Ключ воздействует на один паз радиусной гайки, поэтому крутящий момент передаёт небольшой; к счастью, такие гайки и закручивают тем же радиусным ключом, а сильно им не затянешь.
Специальные ключи. Кроме универсальных существуют ключи, предназначенные только для одной операции.
Спицевой ключ применяется для регулировки натяжки спиц в колёсах велосипедов, мотоциклов, тележек и других спицованных колёсах.
Клапанный ключ — для работы с клапаном накачки на резиновых лодках.
Цепной ключ чаще всего применяется для отворачивания и заворачивания масляного фильтра на автомобилях.
Специальных ключей великое множество. Есть ключи для подков, настройки пианино, для открытия трубных кранов, отворачивания пробок бочек и ещё множество других, о которых знают только специалисты в каждом деле.
Дополнительные приспособления
В подавляющем большинстве приспособления работают с торцевыми головками. Главное их предназначение — передать крутящий момент от воротка к самой головке, иногда под большим углом и на значительное расстояние. Не стоит забывать о том, что, чем меньше будет передаточных элементов от воротка к головке, тем лучше. Закон «Надёжность системы определяется её самым слабым элементом» тут тоже применим.
Прямой удлинитель может быть таким коротким, что между воротком и головкой не остаётся никакого расстояния, а может быть добрый метр в длину. Желательно иметь набор удлинителей от 5 см до 1 м с 10-сантиметровым интервалом. Прямой удлинитель — самый лучший выбор для отворачивания и наворачивания тугих гаек и болтов. Использовать удлинители сложной формы стоит только там, где прямые применить не удаётся. Требования к удлинителям так же строги, как к ключам, и по точности размеров, и по качеству металла. Посадочные места удлинителей стандартизированы так же, как гнёзда в торцевых головках, и измеряются в дюймах.
Если требуется передать крутящий момент под углом, в систему надо вставить переходник с карданным шарниром. Угол, при котором ещё возможна работа с одним карданом, редко бывает больше 30 градусов. Если возникла необходимость работать под бóльшим углом, придётся использовать последовательно два кардана, мирясь при этом с резким уменьшением передаваемого момента. Для создания многозвенной системы передачи вращения необходимо, чтобы элементы чётко фиксировались на своих посадочных местах, иначе раньше, чем начнём крутить гайки, всё просто рассыплется.
Для тех же целей, что и два кардана, служит удлинитель с гибким валом. С ним проще работать, но момент он передаёт небольшой. В местах стыковки удлинители часто имеют подпружиненный шарик, который входит в углубление внутри гнезда головки. Такая конструкция позволяет легко надевать и снимать головку без риска её произвольного соскакивания.
Вороток — приспособление для создания крутящего момента, который потом будет передан на ключ, чаще всего торцевую головку или трубчатый ключ. По своему действию — типичный рычаг. Чем вороток длиннее и крепче, тем больший момент можно создать при его помощи. Самым простым воротком можно считать прямой или загнутый штырь, один конец которого имеет форму четырёхгранника того же размера, что и гнездо головки. Более сложные воротки снабжены храповым механизмом, позволяющим отворачивать и заворачивать болты, не снимая ключа с крепежа, работать небольшими углами поворота. Храповой механизм по устройству такой же, как у ключей с трещёточно-реверсивным механизмом, но обычно гораздо прочней и надёжней.
Особо стоит поговорить о динамометрических воротках. С их помощью измеряется крутящий момент, передаваемый на ключ (в технических характеристиках эту величину называют «момент затяжки резьбовых соединений»). Очень многие болты нужно затягивать со строго определённым усилием, от этого будет зависеть надёжность механизмов. Достигнуть правильного момента затяжки «на глазок» невозможно.