Резьбовые шпильки. 10 способов применения, о которых вы не знали

В мире моды шпильки присутствуют в прическах и в каблуках. В сфере общения — в виде неприятных колких замечаний. Промышленность же использует термин «шпилька» для обозначения стержневого крепежа. Он же, в свою очередь, применяется для решения самых различных задач.

Изучая некоторые области немного пристальней, можно обнаружить, что там хорошо известные метизы приобрели новую жизнь: изменили свои конструктивные черты, вошли в состав более сложных устройств, пошли по пути гибридных технологий.

Резьбовая шпилька проделала столь же сложный путь, в прямом смысле ввинчиваясь в новые посадочные места и стягивая конструкции, для которых подобный метод соединения раньше был недоступен. О том, где можно встретить подобный крепеж и где его преимущества оценили в полной мере — читайте ниже.

Общая характеристика и виды резьбовых шпилек

Первооткрывателем и наиболее преданным поклонником резьбовых шпилек следует назвать машиностроительную отрасль. Именно в производстве различных машин и механизмов эта система крепежа нашла самое широкое применение.

Классической шпилькой называют гладкий стержень, с двух концов которого нарезана одинаковая резьба. Соотношение длин обоих хвостовиков может быть одинаковым или разным. Этот параметр зависит от метода установки крепежа — в глухие или сквозные отверстия.

Частным случаем выступают полнорезьбовые шпильки, нарезка витков на которых проходит по всему стержню. Их используют не столько для стяжки каких-либо соединений, сколько для регулировки осевого положения.

По конструктивным особенностям различают шпильки жесткие и облегченные. В первом случае профиль изделия приведен к идеальному стержню без перепадов. Промежуточная зона, лишенная резьбовой нарезки, по диаметру сечения равна диаметру вершин витков резьбы. В облегченных шпильках эту шейку выполняют с занижением ниже уровня впадин.

Общую массу метизов можно условно разделить на стандартные и нестандартные. Конструктивные особенности первых жестко оговорены соответствующими стандартами. Вторые — выпускают для каких-то конкретных специфических целей, и заказать нестандартный крепеж можно, только предоставив отдельный чертеж.

По материалам производства резьбовые шпильки делят на:

• стальные (из углеродистых и легированных сталей);
• нержавеющие (из хромоникелевых высоколегированных сталей);
• бронзовые;
• алюминиевые (в том числе дюралюминиевые);
• латунные;
• пластиковые.

Перед коррозией в наибольшей мере уязвимы изделия первой группы. Обеспечить условия, в которых крепеж будет гарантированно работать безо всякого окисления, практически невозможно. А ржавчина не только «точит» прочность детали, но и затрудняет последующую разборку соединения, скапливаясь между витками. Поэтому на поверхность стальных шпилек наносят защитные покрытия. Преимущественно это:

• цинковые;
• цинк-ламельные;
• никелевые;
• кадмиевые.

Самым распространенным решением становится химическое оксидирование (воронение) и фосфатирование метизов. Благодаря такой обработке сталь приобретает микроскопическую герметичную пленку по всему объему. Она и предотвращает контакт с окружающей средой.

Как правило, резьбовые шпильки закладывают в тех узлах, где нужно оставить определенное пространство для регулирования как в процессе непосредственной сборки, так и в дальнейшей эксплуатации.

Стоит понимать, что затяжка такого соединения потребует больше усилий, чем установка болта или винта. Поэтому к шпилькам обращаются в случаях, когда необходимо точно контролировать силовые нагрузки или относительное положение деталей в узле.

С распространением этого типа крепежа за пределы машиностроительной отрасли появилось множество иных разновидностей. Сохраняется лишь общий принцип: шпилькой называют удлиненный крепеж, не имеющий головки, зато обладающий одним или двумя резьбовыми концами.

Способы применения резьбовых шпилек

В метизной промышленности можно насчитать несколько десятков национальных и международных стандартов, которые устанавливают требования к конструкции и изготовлению шпилек для различных целей. Еще большую вариативность можно найти в производстве нестандартного крепежа, когда деталь проектируют под конкретный узел.

Отступая от хорошо знакомых объектов, в которых мы привыкли видеть шпилечные соединения, рассмотрим 10 нетривиальных примеров, где такие метизы сумели не просто закрепиться, но и стать незаменимыми.

1. Крепеж каркасных металлоконструкций

Стремительное развитие каркасного строительства началось в первой половине прошлого века. Сегодня на базе таких технологий возводят не только частные деревянные дома, но и городские высотки, поражающие смелостью своих архитектурных решений.

Первые примеры применения шпилек для крепления несущих металлоконструкций принадлежат промышленной сфере — это были мосты, железнодорожные переезды, эстакады, водонапорные башни и опоры различного рода. Здесь резьбовой крепеж пришел на смену заклепочным соединениям: болты и шпильки проявили себя как куда более надежный и удобный метод сборки, особенно в условиях массового строительства.

Следует отметить, что такие метизы в узлах каркасных сооружений допустимо применять только в тех случаях, если есть свободный доступ к месту установки с двух сторон. В противном случае вытяжные заклепки предпочтительней.

При сборке металлоконструкций сегодня используют исключительно стальные шпильки, размерами от М14 до М36. Причем не обычные, а высокопрочные, полученные из серьезных легированных сталей, которые в других случаях идут на производство нагруженных механических передач (валы, колеса, рычаги).

Изготовление высокопрочного крепежа подразумевает горячую штамповку и обязательную термическую обработку (закалку с высоким отпуском). На выходе имеют изделия с пределом прочности около 1220..1640 МПа, стабильной и равновесной структуры. Такая продукция способна выдержать значительные нагрузки и не потерять своих свойств с течением времени.

2. Крепеж вентиляционных систем

Монтаж вентиляционных каналов и воздуховодов также требует применения специальных удлиненных шпилек (иногда их называют штангами). Здесь ключевым преимуществом становится возможность простой и удобной регулировки путем смещения поддерживающих гаек по резьбовой поверхности.

Шпильки размещают относительно какой-либо жесткой основы. В этой роли обычно выступают железобетонные междуэтажные перекрытия, стальные или деревянные балки.

Подвес воздуховода реализуют несколькими путями:

• через накидной хомут (актуально для коробок круглого сечения);
• через Г-образные кронштейны;
• через поддерживающую траверсу.

Во всех случаях промежуточные звенья устанавливают на шпильки и фиксируют при помощи гаек.

Положение промежуточного звена по оси стержня определяет, насколько ровно и аккуратно будет установлен воздуховод. Поэтому первичный монтаж выполняют «на глаз», после чего — проверяют правильность пространственного размещения объекта с помощью уровня и при необходимости корректируют, попуская и подтягивая гайки. Именно они фиксируют промежуточное звено на стержне.

Для установки вентиляционных систем используют стальные оцинкованные шпильки. При совпадении неблагоприятных условий на крепеже может оставаться конденсат, поэтому материал следует обязательно защитить от коррозии.

3. Скрытый крепеж в мебели и интерьере

В конструкции корпусной мебели классические шпилечные соединения используют редко: они слишком громоздкие и заметные из-за того, что необходим доступ к узлу с двух сторон. Большинство мебельщиков предпочитают собирать свои изделия на конфирматах.

В редких случаях шпильки закладывают там, где они гарантированно не попадутся на глаза. В список примеров можно внести:

• Фиксация ножек журнальных столиков изнутри, в углах под столешницей. Шпилька утоплена в дерево, на ней установлен металлический распор, закрепленный гайкой-барашком. Когда ножки начинают разбалтываться, гайку затягивают.
• Соединения во внутренних частях складных диванов и кресел-кроватей. Именно там, где требуется обеспечить максимальную надежность при восприятии нагрузки, мебельщик старой закалки просверлит сквозное отверстие и стянет узел шпилькой.
• Задняя стяжка кухонного гарнитура. Если весь набор собирают не из модульных шкафчиков, а проектируют на базе каркасной системы из бруса с последующей обшивкой фасадов, то отдельные «тыловые» узлы могут быть зафиксированы на шпильках — для большей жесткости.

Для работы с мебелью можно использовать не только стальные, но и латунные шпильки. Стеллажные системы часто собирают с применением алюминиевых комплектующих.

Здесь ключевую роль играет не столько прочность (в тандеме с деревом и МДФ любой металл будет в выигрышной позиции), сколько стойкость к коррозии. Развитие ржавчины по крепежу пагубно скажется и на основных материалах конструкции.

4. Сращивание брусьев деревянных домов

В брусовом и каркасном строительстве прецеденты с применением шпилечных соединений можно также найти в задачах, требующих сложного сопряжения несущих элементов.

Если возникает необходимость в продольном сращивании двух балок, расположенных на одном уровне и по одной оси, то их стыкуют в упор, а по обеим сторонам ставят две дополнительные деревянные накладки. Зафиксировав сборку, сверлят минимум четыре сквозных отверстия, расположенных в шахматном порядке. Через эти отверстия затем пропускают шпильки и стягивают соединение на гайках.

Подобная схема обладает рядом конструктивных преимуществ:

• решается задача удержания двух балок в едином положении относительно друг друга;
• нагрузку в большей мере переносят на стальной крепеж;
• узел дополнительно усиливают за счет боковых накладок.

Резьбовые шпильки также популярны при совмещении горизонтальных балок с наклонными стропилами. Зачастую этот узел формируют на базе достаточно сложного сопряжения, где конец стропила входит в специально подготовленный паз и фиксируется гвоздями или саморезами.

Многие застройщики приняли решение поставить в этот узел стяжку на сквозной шпильке. Таким образом:

• исключили растрескивание от забивки гвоздей;
• отказались от ненадежности стяжки саморезами по крошащейся основе;
• перенесли часть нагрузки на металлический стержень;
• оставили поле для маневра корректировкой положения гаек, если после усадки дерева надо будет затянуть узел.

Единственной сложностью в применении шпилек остается лишь необходимость сверления отверстия в сборе. Но у профессиональных строителей такая задача не вызывает проблем: подготовить нужные поверхности можно в цеховых условиях или с помощью специнструмента прямо на стройплощадке.

5. Стойки-ножки для ванн и душевых

В комплекте к современной сантехнике всегда идет четыре или пять опорных шпилек, работающих в качестве ножек. Это стержни полнорезьбового типа, изготовленные из стали и с обязательной гальванической оцинковкой поверхностей.

Последовательность монтажа ножек к ванне или поддону душевой кабины включает ряд действий:

1. Шпильки вкручивают в посадочные гнезда на тыльной стороне объекта. Они размещены по габаритным углам.
2. На каждую шпильку накручивают по одной гайке и плоской шайбе
3. Устанавливают каркас-опору из профильных труб, продевая стержни шпилек в соответствующие отверстия. Каркас должен лечь на поверхность ванны.
4. На шпильки устанавливают еще по одной гайке с шайбой и фиксируют каркас в едином положении, но без затяжки.
5. На концы ножек надевают оставшиеся гайки и пластиковые подошвы. Их затягивают до упора.
6. Собранную ванну или поддон переворачивают и ставят на место постоянного размещения.
7. С помощью уровня проверяют, насколько ровно выставлен объект. Регулировку положения выполняют, попуская и подтягивая пару гаек, с помощью которых зафиксирован каркас. Когда достигнут нужный результат — эту пару затягивают относительно друг друга, чтобы обеспечить абсолютную неподвижность каркаса.

По итогу ванна или душевой поддон опираются исключительно на трубы каркасной опоры. А вот уже этот каркас удерживают в пространстве шпильки-ножки.

Подобная схема актуальна практически для всех акриловых и стальных изделий. В отношении чугунных ванн применяют иной вариант установки: когда к конструктивным наплывам в нижней зоне крепят специальные кронштейны Г-образного типа, а уже они соединяются с короткими шпильками на подошвах.

Ранее чугунные и стальные ванны размещали прямо на этих кронштейнах, используя их как четыре одинаковые ножки. Дополнение из шпилек открыло возможность для регулировки вертикального положения объекта и нивелирования дефектов пола.

6. Стеновой анкерный крепеж

В составе строительных крепежных комплектов также присутствуют шпильки, причем название полной сборки может сбивать с толку: зачастую анкерный болт с гайкой оказывается совсем даже не болтом, поскольку центральное место занимает резьбовой стержень, лишенный головки.

Механика подобного изделия максимально проста. При затяжке одного из элементов разжимная гильза испытывает нагрузку, которая заставляет ее деформироваться по принципу цанги. Раскрываясь в радиальном направлении, эта деталь закрепляется в материале основы по принципу якоря.

Чтобы подобный сценарий был возможным, внутри гильзы размещена длинная резьбовая шпилька, на одном конце которой накручена коническая втулка, а на другом — обычная гайка. Затяжка гайки вынуждает шпильку сдвинуться вдоль оси и потянуть за собой коническую втулку. А та расклинивает перья гильзы.

Детали для анкеров изготавливают из стали или латуни. В первом случае для защиты от коррозии применяют оцинкование или никелирование поверхностей. Гильзы допустимо делать из полимеров: нейлона, полиамида, полиэтилена и полипропилена.

7. Складные пружинные дюбели

Особая разновидность крепежа для хрупких систем — пружинные дюбеля. Они предназначены для крепления по гипсокартону, когда нужно на слабом основании разместить опору для картины, подвесного горшка с цветами или полки для статуэток.

Изделие состоит из таких элементов, как:

• изогнутая шпилька (заканчивается крюком или свернутой петлей);
• опорная шайба;
• две шестигранные гайки;
• два подпружиненных крыла на гладкой поворотной оси.

При монтаже сначала сверлят сквозное отверстие, по диаметру значительно превосходящее сечение шпильки. Крылья складывают, натягивая тем самым пружину, и размещают дюбель в отверстии.

Как только на крылья перестанет действовать ограничение в виде стенок отверстия, они сразу же раскроются обратно. Останется лишь затянуть гайку, расположенную с лицевой стороны, чтобы шайба и крылья с двух сторон сомкнулись на поверхности гипсокартона.

В пружинном дюбеле все детали выполнены из углеродистой стали с оцинкованием. Шпильку и гайки получают горячей высадкой, крылья — объемной штамповкой из полосовой заготовки.

8. Шпильки сантехнические

Резьбовой крепеж для монтажа трубопровода и различной сантехники обладает чертами одновременно классической шпильки, болта и самореза. В чем это проявляется:

• первая ступень — с метрической резьбой, под установку гаек;
• вторая ступень — с шестигранным или квадратным сечением, под ключ;
• третья ступень — с профилированной резьбой и заостренным наконечником, под установку в бетон, кирпич или дерево.

Такие крепежные изделия называют сантехническими шпильками. Поверхность под ключ сначала используют для внедрения изделия в прочное основание, затем за эти же грани удерживают стержень от проворота при накручивании гайки сверху. В ряде случаев в комплекте также используют пластиковый дюбель.

Стандартный ассортимент сантехнических шпилек включает несколько типоразмеров по длине, с базовой резьбой М8 и М10. Их изготавливают из углеродистой стали без упрочняющей термической обработки.

Учитывая условия работы подобных метизов (влага, брызги, конденсат), весь объем продукции проходит обязательную операцию по нанесению гальванического покрытия. Для этой цели используют преимущественно цинк. Ресурс такой защиты от коррозии тоже ограничен, поэтому после монтажа наружные части шпилечного соединения часто закрашивают эмалью.

9. Закладные шпильки в армпоясе зданий

Армпояс размещают между основной коробкой и крышей будущего здания, в ряде случаев — между этажами. Он предназначен для придания объекту дополнительной жесткости, а также нивелирования негативной растягивающей нагрузки со стороны стропильной системы.

Резьбовые шпильки в структуре армпояса закладывают совместно со сборкой арматурного каркаса. Это может быть Г-образная шпилька наподобие фундаментного болта, но с удлиненной метрической частью, или прямая, приваренная нижним торцом к плоской пластине. Наличие «якорной» детали обязательно.

После заливки и застывания бетонного наполнителя заложенные в армпоясе шпильки станут частью монолитной конструкции. Их выступающая над поверхностью часть послужит базой для установки мауэрлатов, которые представляют собой непосредственную опору для стропильной системы крыши.

При подборе шпилек для армпояса здания нужно учитывать, что такой крепеж будет одновременно работать и на растяжение, и на срез. Поэтому так важно не экономить и взять метизы с достаточным запасом прочности.

10. Стяжка узлов фахверковых домов

Ключевое отличие фахверкового дома от ставшего уже привычным каркасника — это само отношение к каркасу. В концепции фахверка «скелет» здания не прячут за обшивкой и фасадной отделкой, его выставляют напоказ.

Из такого подхода вытекает главная уязвимость архитектурного стиля: достаточно низкая жесткость всей конструкции. И эту проблему решают в том числе посредством оптимизации узлов и соединений.

Каркас изготавливают преимущественно из клееного бруса. Указанный материал при всех его достоинствах отличается некоторой хрупкостью. Традиционно фахверковые дома строили на одних только сложных пазовых сопряжениях «без единого гвоздя», но сегодня эту технологию упростили за счет применения стального крепежа и вместе с тем — сделали более надежной.

Собрав очередной узел, строители сверлят сквозное гладкое отверстие. В нем устанавливают резьбовую шпильку и с обеих сторон стягивают гайками, подложив под последние по плоской шайбе.

Так на каждый узел фахверкового каркаса приходится от одной до четырех шпилек — в зависимости от габаритов соединения и проектной нагрузки. При этом стальной стержень работает как универсальный фиксатор, исключающий перемещение элементов относительно друг друга.

В отношении дешевых каркасных конструкций подобного эффекта достигают с помощью гвоздей и саморезов, которыми усиливают собранные сопряжения. Но установка именно сквозных шпилек оставляет возможность для регулировки геометрической погрешности контура, которая неизбежно возникает вместе с усадкой бруса. Какое-то время после сборки коробки строитель проверяет проектные размеры и просто попускает или подтягивает гайки на резьбовом крепеже. С помощью такого метода можно легко устранить любую поводку, в том числе — спустя много лет после возведения здания.

Заключение

В этой статье была представлена подборка из 10 необычных прецедентов, когда без резьбовой шпильки — никуда.

Диапазон применения такого крепежа действительно чрезвычайно обширен. Конструкция шпильки не ограничена рамками какого-то конкретного ГОСТа, а работать она может как в виде еще одного соединяющего звена, так и на месте центральной регулировочной детали. Когда задумываешься о такой невероятной гибкости в эксплуатации, то начинаешь замечать шпильки просто повсюду — начиная от поручней в общественном транспорте, заканчивая автомобильными колесами.

Если вы столкнулись с совершенно непривычным вариантом применения резьбовых шпилек и любого иного крепежа, то присылайте свои истории и фото на почту нашего блога. И следующая статья выйдет уже благодаря вашему уникальному опыту.