Какой шлиц у винтов лучше: TORX или внутренний шестигранник?

В теории геометрия шлицев типа TORX представляется более эффективной в сравнении со шлицем в виде внутреннего шестигранника.

На практике же оба типа шлицев не имеют очевидных преимуществ друг перед другом.

Разберёмся детально.

В чём принципиальное отличие шлица типа TORX от шлица в виде внутреннего шестигранника?

Форма и основные размеры звездообразных углублений под ключ – так называемых TORX или звёздочка – заданы ГОСТ Р ИСО 10664-2007.

Шлицы в виде внутреннего шестигранника не имеют собственного ГОСТа.

Однако, их форма и размеры регламентированы в различных отечественных и международных стандартах на соответствующие винты, например: ГОСТ Р ИСО 4762-2012, ГОСТ ISO 7380-1-2014, ГОСТ ISO 7380-2-2014, ГОСТ Р ИСО 10642-2012 и пр.

С теоретической точки зрения напряжения, возникающие при закручивании в разных по типу шлицах, будут отличаться в зависимости от конструкции углубления и соответствующей биты.

Красная окружность, проходящая через точки контакта ключа со шлицем, показывает вектор крутящего момента – вращательного действия силы, передающейся при закручивании от монтажного инструмента головке винта. Ввиду того, что плоскость контакта в каждой зоне соприкосновения биты со стенками углубления не перпендикулярна этой окружности, возникает сила P, которую можно разложить на радиальную и тангенциальную составляющие – на приведённых схемах показаны жёлтыми векторами. Эта сила создает напряжения материала как в головке винта, так и в бите монтажного инструмента. Когда они превысят предел прочности винта или монтажного ключа, материал в зоне контакта срежется.

Величина равнодействующей силы P, с которой бита давит на стенки углубления, обратно пропорциональна косинусу угла α, показанного на приведённых схемах. Даже визуально очевидно, что угол α для звездообразного шлица значительно меньше того же угла в распределении сил в шестигранном углублении. Поэтому при равном крутящем моменте потенциально опасная сила у шлицев типа TORX значительно ниже. В дополнение к этому звёздообразное углубление под ключ конструктивно обеспечивает бóльшую площадь контакта с битой. Тем самым обеспечивается меньшая нагрузка на единицу площади контакта и минимизируется возможность повреждения стенок такого шлица. Ко всему прочему весьма большой угол 120° между гранями шестигранной биты может сыграть роль режущей кромки и привести к эффекту «надреза» поверхности стенок углубления в головке винта.

Таким образом, звездообразное углубление под ключ типа TORX конструктивно способно обеспечить больший момент затяжки винта при монтаже.

Но насколько такое конструктивное преимущество оправдано на практике?

Это мы решили проверить в лаборатории BEST-Крепёж.

В качестве базовой методики испытаний была выбрана программа определения разрушающего крутящего момента болтов и винтов из коррозионно-стойких сталей по ГОСТ ISO 3506-1-2014:

- винт вкручивается в резьбовую оправку;

- оправка с вкрученным винтом фиксируется в тисках;

- динамометрическим ключом прикладывается минимально возможный для данного инструмента крутящий момент, для этих целей мы использовали:

- крутящий момент постепенно увеличивается кратно цене деления шкалы инструмента, до появления разрушения.

В качестве испытательных образцов были выбраны винты по ГОСТ ISO 14579-2015 со шлицем типа TORX и по ГОСТ Р ИСО 4762-2012 с шестигранным углублением под ключ:

- c метрической резьбой с крупным шагом;

- с цилиндрической головкой;

- из коррозионно-стойкой аустенитной марки стали А2;

- класса прочности А2-70;

- следующих размеров резьбы и шлицев:

- по 10 образцов каждого типоразмера.

1-ый способ зажима образцов – при помощи одноразовых гаек.

Для упрощения оснастки вместо многоразовой разъемной оправки для каждого винта использовали по 3 «одноразовые» гайки. Одноразовые – так как после зажимания в тиски они настолько деформируются, что приходят в полную негодность для дальнейшего использования.

При таком способе зажима у винтов со звездообразным углублением под ключ не произошло ни одного срыва шлица:

- либо отламывалась головка винтов,

- либо в ходе проведения испытаний достигался двукратный минимальный разрушающий крутящий момент, заданный ГОСТ ISO 3506-1–2014.

2-ый способ зажима образцов – путём фиксации головки винтов со сточенными гранями.

Для того чтобы всё-таки определить разрушающие нагрузки, которые способны выдержать шлицы типа TORX и сравнить их со значениями, полученными при разрушении винтов с шестигранным углублением в головке, было принято изменить схему закрепления винтов в тисках.

С помощью электроточила на цилиндрических головках были сточены две плоскости параллельные друг другу. Эти плоскости необходимы для жёсткого закрепления головки винта в тисках без возможности ее прокручивания и отрыва.

 

При таком способе зажима образцов в ходе проверки прочности звездообразных углублений были сломаны биты.

При этом сами шлицы винтов остались без повреждений.

Результаты испытаний:

*      по ГОСТ ISO 3506-1-2014.

**    шестигранное углубление под ключ.

*** звездообразное углубление под ключ типа TORX.

Выводы:

1. Звездообразное углубление под ключ типа TORX при монтаже обеспечивает винтам момент затяжки, многократно превышающий значения допустимые ГОСТами.

Однако, такое превышение нормативных значений минимального разрушающего момента приводит к отламыванию головки винта или даже к разрушению монтажной биты.

2. Шестигранное углубление под ключ обеспечивает винтам беспрепятственный монтаж в диапазонах моментов затяжки, допустимых отечественными и международными стандартами.

Во всех случаях срыв шестигранного шлица испытуемых образцов произошёл после существенного превышения минимального разрушающего крутящего момента, заданного ГОСТ ISO 3506-1–2014.

То же самое много раз подтверждалось и в ходе работы инженеров BEST-Крепёж над претензиями, поступающими в ОТК компании.

Как правило, срыв шлицев происходит по причине превышения допустимого момента затяжки, когда монтаж винтов производят без контроля крутящего момента.

3. При соблюдении нормативных требований не выявлены очевидные преимущества звездообразных углублений под ключ, типа TORX, перед шестигранными.

Оба типа шлицев обеспечивают беспрепятственную передачу крутящего момента от монтажного инструмента винту, если не превышать значений минимального разрушающего крутящего момента, заданного ГОСТ ISO 3506-1–2014.