Есть обстоятельство, причины которого не могу себе толком объяснить. Все чаще в узлах крепления, где традиционно применялись шпильки, ставятся болты (точнее – винты), заворачиваемые, как и шпильки, в резьбовые гнезда, выполненные в теле одной из скрепляемых деталей.

Действительно, бывают случаи, когда шпилька является единственно возможным решением по условию сборки. Но зачем их ставят в местах, где вполне можно завернуть более простой и дешевый винт? Видимо, не я один задаюсь этим вопросом. И, не находя ясного ответа, заменяют шпильки винтами. Так, например, делается в последнее время с креплением головки блока цилиндров некоторых автомобильных ДВС. Но ведь, наши предшественники почему-то ставили на двигателях именно шпильки. Неужели не могли додуматься до применения винтов?

Попытаюсь дать свое объяснение основного преимущества шпилек перед винтами. Основная посылка – общеизвестный факт, что шпильки ставятся, в основном, там, где одна из скрепляемых деталей с резьбовым гнездом выполнена из хрупкого или низкопрочного материала. Вторая посылка менее очевидна – часто производители серийных машин рекомендуют момент затяжки шпильки в резьбовом гнезде примерно в три раза меньший, чем момент затяжки гайки на той же шпильке.

Понятно, что момент затяжки гайки и должен быть больше чем для шпильки, поскольку у последней есть только силовое взаимодействие на резьбе, а у гайки есть еще момент трения ее опорной поверхности о скрепляемую деталь или шайбу. Но не в три же раза!  Если еще учесть, что обычно шаг резьбы на ввертном конце шпильки больше чем на ее гаечном конце, то получается, что при установке шпильки в гнездо к ней достаточно приложить существенно меньшую нагрузку, чем та, которая появится при последующей затяжке гайки.

Отсюда вывод, что основной целью применения шпилек изначально было обеспечение надежности винтового сопряжения пары сталь – чугун, легкий сплав и т.п.

Видимо, опасность разрушения витков резьбы определяется одновременным действием двух факторов: большой нагрузкой и наличием относительного скольжения в момент затяжки.

Одно дело, когда нагрузка прикладывается к неподвижной шпильке, у которой все рабочие витки резьбы в гнезде уже «готовы» к восприятию этой нагрузки. И совсем другое – когда приложение нагрузки сопровождается вращением винта в том же резьбовом гнезде. При затяжке шпильки в гнезде есть скольжение, но нагрузка существенно меньше рабочей. А когда прикладывается рабочая нагрузка (затяжка гайки на шпильке) в гнезде нет скольжения. В случае винта, при его затяжке в резьбовом гнезде есть и максимальная рабочая нагрузка и скольжение. При этом сочетание большой нагрузки и скольжения имеет место на большом угле поворота винта, потребном для осадки прокладки. Тогда как у шпильки это угол меньше. Поэтому, при прочих равных условиях, опасность срыва резьбы в гнезде для винта гораздо выше.

Интересна рекомендация по ремонту двигателя с винтовым креплением головки блока цилиндров. Пишут примерно так: «Винты крепления ГБЦ можно использовать повторно, если длина их подголовочной части не превышает столько-то целых и столько-то десятых миллиметра». По-моему, это очень странная рекомендация. Если уж дело дошло до того, что тело винта из высокопрочной стали «потянуто», то что же сказать о состоянии витков резьбы в гнезде из заведомо менее прочного материала? Скорее всего, они тоже «потянуты» и их фактический шаг отличается от номинала. Мне кажется, в такое гнездо лучше вворачивать тот же винт, а не новый, который будет «править» деформированную резьбу.

Есть еще одно соображение в пользу шпилечного крепления. Оно, видимо, предпочтительнее винтового в местах, где предполагается многократная разборка или подтяжка креплений. Слышал от стариков, что на довоенных автомобилях ГБЦ приходилось подтягивать довольно часто, а на тракторах так и каждый день. В чем уж там было дело – в неоптимальном качестве прокладок или в повышенной вибрации двигателей, не знаю. Но, видимо, именно в подобных условиях установка винтов вместо шпилек, очень быстро привела бы к разрушению резьбы в гнездах чугунного блока цилиндров.

В наше время крепление ГБЦ в такой частой перетяжке не нуждается. Но даже если считать, что головку приходится крепить всего один-два раза за всю жизнь двигателя, то потребуется два – четыре цикла нагрузка-скольжение винта в резьбовом гнезде чугунного или легкосплавного блока цилиндров. Ведь обычно есть предварительная затяжка винтов (осадка прокладки), затем их ослабление и окончательная затяжка. Поэтому рискну предположить, что описанная «рационализация» с применением винтов закончится возвратом к шпилечному креплению.

Есть еще одно практическое соображение в пользу применения шпилек даже в случаях, когда резьбовое гнездо выполняется не в слабом материале, а в таком же, что и материал гайки. Из-за совмещения большой нагрузки и скольжения опасность срыва резьбы в гнезде примерно такая же, как для гайки. Но последствия срыва резьбы в гнезде, в плане восстановления соединения, гораздо тяжелее, чем при срыве резьбы в гайке.

Д.Д.