Почему гайки и болты могут самопроизвольно откручиваться

Автор статьи: ООО «ПКМ»

Дата актуализации статьи: 30.10.2024, время чтения статьи: 5 минут👁 31

При сборке разнообразных конструкций в строительстве, машиностроении, приборостроении и десятках других отраслей применяется резьбовое соединение. Популярность резьбового крепежа обусловлена его преимуществами. Болты, шпильки, винты и прочие метизы с резьбой обладают запасом прочности и подходят для соединений, испытывающих высокие нагрузки. К тому же резьбовое соединение является разборным.

Есть у резьбового крепежа существенный минус. С течением времени плотность подгонки элементов в соединительном узле уменьшается и происходит откручивание гайки. Последствия данного явления хорошо знакомы автомобилистам, которые сталкивались с отвалившимся в пути колесом. Поговорим о том, как правильно выполнять резьбовое соединение, и как сделать, чтобы гайка не откручивалась.

Как работает пара болт-гайка

Болтовое соединение состоит из болта и гайки. Чтобы крепежный узел не раскрутился, при затяжке гайки монтажник создает предварительную нагрузку. При уменьшении усилия затяжки происходит пропорциональное снижение предварительной нагрузки. Результат — узел крепления ослабевает, целостность конструкции под угрозой. Поэтому монтажников часто интересует, как зафиксировать гайку от раскручивания.

Почему гайка не держит

Вопрос о причинах самопроизвольного ослабления резьбовых заинтересовал ученых и инженеров около 200 лет назад. Максимально полный ответ на него дал исследователь Герхард Юнкер в своей работе в 1969 году. Инженер опытным путем выяснил и доказал, что на гайку воздействуют вибрационные нагрузки. Под влиянием вибрации в паре болт-гайка наблюдается взаимное перемещение элементов. Сила трения, обеспеченная предварительной нагрузкой на болтовое соединение, удерживает метизы вместе. Как только вибрационное усилие превышает силу трения, витки резьбы на элементах смещаются и затяжка узла начинает ослабевать.

Ответ на вопрос, почему откручивается ступичная гайка, звучит так: многочисленные поперечные смещения элементов крепления приводят к самопроизвольному отвинчиванию метиза.

Проверяем устойчивость узла крепления

Для проведения тестов, оценивающих сдвигающее влияние вибрации на резьбовое крепление, используют вибростенд, разработанный Юнкером. Скользящая часть устройства, оснащенная игольчатыми роликоподшипниками, передают резьбовому узлу циклическое поперечно направленное смещение. Для контроля нагрузки на болт используется специальный датчик внутри крепления. С помощью вибростенда удается выяснить, при каком уровне нагрузки возникает явление самоотвинчивания крепежа.

Методика проведения теста Юнкера стандартизована нормативом DIN 65151-2002. На основании результатов испытаний инженеры строят графики затухания предварительной нагрузки. Полученная информация помогает с научной точки зрения выяснить, как закрутить болт, чтобы он не откручивался.

Как разжимание ослабляет резьбовое крепление

Помимо самооткручивания на прочность фиксации гайки в крепежном узле влияет «разжимание», которое вызывает уменьшение предварительной нагрузки без поперечного смещения элементов в болтовом соединении.

Впрессовывание — распространенный вид разжимания, возникающий из-за деформации металла на стыках элементов и в витках резьбы. Причиной локальных деформаций являются микроскопические поверхностные дефекты, которые уменьшают площадь контакта сопрягаемых элементов. В результате преднагрузка в контактных зонах вызывает напряжение, превосходящее предел текучести металла. Итог — деформация металла.

Разжимание и самооткручивание комплексно воздействуют на крепежный узел. На первом этапе под действием разжимания утрачивается преднагрузка. Затем вибрация стимулирует гайку к саморазвинчиванию.

Что нужно сделать, чтобы гайка не откручивалась

Уменьшить риск самопроизвольного откручивания гайки можно следующими методами:

• Использование шайб. Ее подкладывают под гайку перед затягиванием для увеличения прижимного усилия.
• Установка шайбы и гровера. Комбинация шайба + гровер лучше противостоит вибрационным нагрузкам, чем одна шайба.
• Самоконтрящиеся гайки. Специальный метиз позволит не думать о том, как законтрить гайку.
• Применение фиксатора резьбы. Он представляет собой анаэробный однокомпонентный клей, который наносят на участок резьбы шпильки или болта, на который накручивается гайка. Различают фиксатор резьбы для разборных и неразборных соединений.
• Монтаж двух и более гаек. Принцип метода прост: вторую гайку навинчивают поверх первой, и так далее. Если вы ищете гайки, которые не откручиваются, попробуйте усилить крепление этим способом.