История болта

Болты являются одним из наиболее распространенных элементов, используемых в строительстве и проектировании машин. Они удерживают все вместе – от винтов в электрических зубных щетках и дверных петлях до массивных болтов, которые закрепляют бетонные столбы в зданиях. И все же, вы когда-нибудь задумывались, откуда они на самом деле взялись?

В то время как история резьбы может быть прослежена до 400 года до н. э., Наиболее значительные изменения в современных болтовых и винтовых процессах были сделаны в течение последних 150 лет. Эксперты расходятся во мнениях относительно происхождения скромных гайки и болта. В своей статье “гайки и болты” Фредерик Э. Грейвс утверждает , что резьбовой болт и соответствующая гайка, служащие крепежом, датируются только 15 веком. Он основывает этот вывод на первой печатной записи винтов, появившейся в книге в начале XV века.

На первый взгляд, болт может показаться очень простым предметом, который соединяет и удерживает предметы. Но копните немного глубже, и вы поймете, что за кажущимися незначительными болтами и винтами скрывается больше, чем кажется на первый взгляд. Без них все наши устройства и машины развалились бы на куски.

Однако, он также признает, что даже если болт с резьбой восходит к 15 веку, без резьбы болт восходит к римским временам, когда он был использован для «палец для петлей двери и клин болты: прут или стержень с прорезью, в котором клин был вставлен так, что болт был неподвижен.» Он также подразумевает, что римляне разработали первый винт, который был сделан из бронзы или даже серебра. Нити были подшиты вручную или состояли из проволоки, намотанной на стержень и припаянной к нему.

Согласно исследованиям эксперта по болтам Билла Экклза, история винтовой резьбы уходит гораздо дальше. Архимед (287 до н. э.–212 до н. э.) разработал принцип винта и использовал его для создания устройств для подъема воды. Однако есть признаки того, что водяной винт возник в Египте еще до Архимеда. Он был сделан из дерева и использовался для орошения суши и удаления трюмной воды с судов. «Но многие считают, что винтовая резьба была изобретена около 400 года до нашей эры [греческим философом] Архитом из Тарента, которого часто называют основателем механики и считают современником Платона», – пишет Экклз на своем сайте.

История может быть разбита на две части: сами нити (резьба), которые датируются примерно 400 годом до нашей эры, когда они использовались для таких предметов, как спираль для подъема воды, пресс для винограда, чтобы сделать вино, и сами застежки, которые использовались около 400 лет.

Продвигаясь вперед к XV веку, Иоганн Гутенберг использовал винты в креплениях своих печатных станков. Тенденция к использованию винтов набирала обороты с их использованием, распространяясь на такие предметы, как часы например. По словам Грейвса, записные книжки Леонардо да Винчи конца 15-го и начала 16-го веков включают в себя несколько конструкций винторезных машин.

Однако большинство исследователей этой темы сходятся во мнении, что именно промышленная революция ускорила развитие гайки и болта и прочно закрепила их на карте как важный компонент в мире машиностроения и строительства.

В «истории производства болтов и гаек в Америке» У. Р. Уилбура в 1905 году признается, что первая машина для изготовления болтов и винтов была изготовлена Бессоном во Франции в 1568 году, который позже ввел винторезный станок или пластину для использования на токарных станках. В 1641 году английская фирма Hindley of York усовершенствовала это устройство, и оно стало широко использоваться.

По ту сторону Атлантики, в США, некоторые из документально подтвержденных историй болта можно найти в Музее карет Америки. Гайки на автомобилях, построенных в начале 1800-х годов, были более плоскими и квадратными, чем более поздние автомобили, которые имели скошенные углы на гайках, а заподлицо обрезали болты. Изготовление болтов в то время было громоздким и кропотливым процессом.

Первоначально резьба для крепежа изготавливалась вручную, но вскоре, в связи со значительным ростом спроса, возникла необходимость ускорить производственный процесс.

В Британии в 1760 году Джей и Уайетт ввели фабричный процесс массового производства винтовой резьбы. Однако эта веха привела к еще одной проблеме: каждая компания производила свои собственные резьбы, гайки и болты, поэтому на рынке имелся огромный ассортимент винтовых резьб разного размера, что создавало проблемы производителям оборудования.

Только в 1841 году Джозефу Уитворту удалось найти решение. После многих лет исследований, собиравших образцы винтов из многих британских мастерских, он предложил стандартизировать размер резьбы винтов в Великобритании, чтобы, например, кто-то мог сделать болт в Англии, а кто-то в Глазго мог сделать гайку, и они оба подходили друг к другу. Его предложение состояло в том, что угол наклона резьбы был стандартизирован на уровне 55 градусов, а количество резьб на дюйм должно быть определено для различных диаметров.

В то время как эта проблема решалась в Великобритании, американцы пытались сделать то же самое и первоначально начали использовать идею Уитворта.

В 1864 году Уильям Селлерс предложил 60-градусную форму резьбы и различные шаги резьбы для различных диаметров. Это развилось в американскую стандартную крупную и мелкую резьбу. Одним из преимуществ американцев перед англичанами было то, что их нитевидная форма имела плоские корни и гребни. Это сделало его более легким в изготовлении, чем стандарт Уитворта, который имел округлые корни и гребни. Однако было обнаружено, что резьба Уитворта лучше работает в динамических нагрузках, а закругленный корень резьбы Уитворта улучшает прочность соединения.

Во время Первой мировой войны отсутствие согласованности между винтовыми резьбами в разных странах стало огромным препятствием для военных усилий; во время Второй мировой войны это стало еще большей проблемой для союзных войск. В 1948 году Великобритания, США и Канада согласовали единую резьбу в качестве стандарта для большинства стран. Он использует аналогичный профиль, как метрическая резьба DIN, ранее разработанная в Германии в 1919 году. Это было сочетание лучшей формы резьбы Уитворта (закругленный корень для улучшения надежности соединения) и резьбы Селлерса (60-градусный угол фланга и плоские гребни). Однако больший радиус корня унифицированной резьбы оказался выгодным по сравнению с метрическим профилем DIN. Это привело к появлению метрической резьбы ISO, которая сегодня используется во всех промышленно развитых странах.

Те, кто работает в этой отрасли, были свидетелями значительной тонкой настройки болтов в течение последних десятилетий. «Когда я начал работать в этой отрасли 35 лет назад, прочность болтов не была так полностью определена, как сегодня», – вспоминает Экклз. «С введением современных метрических классов прочности и недавними обновлениями соответствующих стандартов ИСО описание прочности болта и методы испытаний, используемые для установления его свойств, теперь гораздо лучше определены.»

По мере того как индустрия сырья становилась более изощренной, ДНК болтов менялась от обычной углеродистой  стали к другим более экзотическим материалам для удовлетворения меняющихся потребностей промышленности.

За последние 20 лет появились разработки в области сплавов на основе никеля, которые могут работать в высокотемпературных средах, таких как турбокомпрессоры и двигатели, в которых обычная сталь не работает так же хорошо. Последние исследования сосредоточены на легких металлических болтах, таких как алюминий, магний и титан.

Сегодняшняя технология болтов прошла долгий путь с тех времен, когда болты и винты изготавливались вручную, и клиенты могли выбирать только между основными стальными гайками и болтами. В наши дни такие решения, как Nord-Lock, изобрели значительные усовершенствования в технологии болтовых соединений, включая клиновые системы блокировки. Клиенты могут выбрать предварительно собранные шайбы с цинковым чешуйчатым покрытием или из нержавеющей стали, колесные гайки, предназначенные для плоских стальных дисков, или комбинированные болты, которые настраиваются для различных применений.

Теперь гораздо больше внимания уделяется анализу составов. «В прошлом люди привыкли выбирать определенный размер крепежа, основываясь только на своем опыте. И, скрестив пальцы, это сработает», – объясняет Экклз. «В настоящее время люди больше сосредотачиваются на анализе и обеспечении того, чтобы вещи работали, прежде чем продукты будут построены и отправлены на рынок.»