Время прочтения статьи: 20 минут
Автор статьи: pkmetiz.ru
Содержание
Болтовые соединения получили широкое применение в строительстве, машиностроении, приборостроении, многих других отраслях. Их распространение связано с возможностью крепления большинства деталей и конструктивных элементов, простотой сборки и разборки, широкой доступностью инструмента для монтажа, унификацией и взаимозаменяемостью крепежа, другими плюсами.
Резьбовые соединения позволяют выполнять надежное крепление, рассчитанное на значительные статические нагрузки. Однако они отличаются недостаточной стойкостью к вибрационному воздействию и к знакопеременным нагрузкам. Они вызывают постепенное уменьшение усилия затяжки. В результате наблюдается самоотвинчивание крепежных элементов. Это может приводить к серьезным последствиям, включая разрушение конструкций, выход из строя механизмов, аварии.
Для предотвращения самоотвинчивания в состав болтовых соединений включаются дополнительные специальные элементы — самоконтрящиеся гайки и стопорные шайбы. Детали второго типа используются чаще всего. Для монтажа надежных соединений необходимо знать, какие разновидности стопорных шайб бывают, и в каких случаях они применяются.
Предотвратить самопроизвольное раскручивание болтовых соединений позволяет их стопорение, которое может выполняться следующими методами:
Контрирование — самый простой способ стопорения, предусматривающий установку дополнительной гайки. Она навинчивается поверх основной и прижимает ее, предотвращая самопроизвольное отвинчивание. Основной плюс способа состоит в простоте монтажа и в отсутствии потребности в дополнительных элементах. С другой стороны, в два раза возрастает расход гаек, увеличиваются габариты узлов соединения. Увеличение числа гаек приводит к утяжелению конструкции, особенно при значительном числе резьбовых соединений.
Популярным методом стопорения является установка гроверов (пружинных шайб). Гровер — разрезное упругое кольцо, которое располагается под гайкой. При закручивании гайки пружинная шайба создает дополнительное усилие натяга, которое компенсирует вибрации и не допускает самоотвинчивания. На линии среза пружинная шайба имеет заостренные края. При затягивании они врезаются в поверхность гайки и закрепляемой детали, обеспечивая дополнительную фиксацию. Установка гровера упрощает монтаж и обеспечивает достаточно высокую надежность узлов соединения. Недостаток метода — потребность в дополнительной детали (пружинной шайбе), которую часто забывают установить, или которой может не оказаться под рукой.
Самоконтрящиеся гайки — элементы для крепежа особой формы, которые выполняют контрирование при затяжке. Есть разные типы таких крепежных деталей. Они могут контрироваться за счет переменного шага резьбы, который обеспечивает создание усилия натяга при закручивании. В других самоконтрящихся гайках применяется лепестковая насечка или полимерные кольца, которая создают трение в зоне соединения и фиксируют крепеж. Также гайка может объединяться в один узел с шайбой с рифленой поверхностью. Плюс использования самоконтрящихся гаек — простота монтажа. К недостаткам можно отнести усложненную конструкцию.
Метод шплинтования предполагает монтаж шплинта, пропускаемого через совмещенные отверстия в стержне болта и в теле гайки. Главный плюс — высокая надежность фиксации. Недостаток состоит в усложнении конструкции узла соединения и в затруднении его разборки.
Приварка, пайка, кернение, расклепывание — способы, которые обеспечивают стопорение за счет выполнения точечных механических повреждений резьбы на гайке после ее затягивания. После этого гайка уже не откручивается, что не допускает ее самоотвинчивание. Преимущество этих способов состоит в максимально надежной фиксации. Однако резьбовое соединение при этом уже нельзя разобрать. При необходимости демонтажа приходится срезать болт. Альтернативным методом будет нанесение на резьбу лакокрасочного материала, например, лака, краски, специального клея. В этом случае резьба не повреждается, поэтому при приложении достаточного усилия ее можно раскрутить. Однако снижается надежность защиты от самоотвинчивания.
Применение стопорных шайб — надежный и достаточно простой метод стопорения. Шайбы этого типа называют также клиновыми. Они состоят из двух частей с расположенными на внутренних поверхностях клиновыми выступами. Внешние грани имеют радиальную насечку, которая дает лучшее сцепление с поверхностью закрепляемой детали и поверхностью гайки. После установки стопорной шайбы выполняется затягивание гайки, в результате чего две части стопорной шайбы плотно прижимаются друг к другу. В случае воздействия на узел соединения вибрационных нагрузок и возникновения усилий самопроизвольного отвинчивания клинья, расположенные на частях шайбы воздействуют друг на друга. При этом возникает распирание, направленные в сторону, обратную усилию затяга.
Клинья стопорной шайбы расположены под углом больше угла резьбы. Благодаря этому создается сильное сопротивление самоотвинчиванию даже при значительной вибрационной нагрузке. Использование этих элементов упрощает монтаж. Под стопорную шайбу можно использовать болт обычной формы. Шайба практически не увеличивает габариты монтажного узла, позволяет разбирать его без повреждений, может использоваться многократно.
Соблюдение правил монтажа — одно из главных условий создания долговечного надежного соединения. Поэтому мастер, выполняющий работы, должен знать, как надеть стопорную шайбу правильно. Она закладывается под гайку, головку болта или вкручиваемого в глухое резьбовое отверстие винта. Размещение двух частей шайбы должно быть таким, чтобы они были обращены друг к другу клиньями. При этом стороны с насечками обращены наружу. При монтаже нельзя подкладывать обычную плоскую шайбу под стопорную — это приводит к нарушению надежности фиксации.
Перед тем как поставить стопорную шайбу, нужно правильно выбрать ее диаметр. Он может быть обычным и увеличенными. Детали с увеличенным диаметром оказывают меньшее давление на опорную поверхность в зоне монтажа. Шайбы этого типа рекомендованы к установке на мягкие материалы или окрашенные поверхности. Также они применяются при большом размере отверстия под установку. В этом случае увеличенный диаметр не допускает продавливание шайбы.
Для сравнения эффективности разных типов стопорных шайб и других метизов для стопорения проводятся лабораторные испытания по методу Юнкера на вибростенде. Основу вибростенда составляет платформа, установленная на гидравлических опорах. Для создания вибрации используется электродвигатель. Значения рабочих параметров крепежа контролируются при помощи датчиков, данные с которых поступают на компьютер и обрабатываются специальным программным обеспечением с выдачей итогового результата.
Для проведения испытаний крепежные элементы монтируют в выполненных на платформе отверстиях. Затяжка выполняется с заданным первичным значением момента. Далее двигатель стенда включается и через гидроопоры передает вибрацию на платформу. Через заданное время выполняют замер фактического значения момента затяжки и сопоставляют его с первичным значением. Результаты испытаний позволяют оценить, какой тип крепежных элементов лучше фиксирует соединение и защищает его от самоотвинчивания.
Испытания по Юнкеру показывают, что клиновые шайбы – это один из лучших видов метизов для стопорения. Они практически полностью сохраняют момент затяжки, существенно выигрывая с другими видами фиксирующих деталей. Например, на завершающей стадии испытаний момент затяжки соединения, выполненного с гровером, теряется практически полностью, что приводит к его самопроизвольному отвинчиванию.
Клиновые шайбы — метизы, которые обеспечивают высокую эффективность фиксации болтовых соединений. Их конструкция дает практически полное стопорение при условии, что мастер знает, как установить стопорную шайбу, и соблюдает технологию. При установке и эксплуатации они не повреждают поверхности деталей. Допускается их использование в механизмах работающих со смазкой и под воздействием агрессивных веществ. Благодаря этим особенностям значительно расширяется сфера применения этих деталей. Их можно использовать в особо ответственных узлах, подвергающихся значительным вибронагрузкам. В том числе стопорные шайбы используются в автомобилестроении, авиастроении, судостроении, в аэрокосмической промышленности.
Материал стопорных шайб — высококачественная углеродистая сталь повышенной твердости. Для эксплуатации в условиях повышенной влажности применяют крепежные элементы из оцинкованной стали. Также клиновые шайбы делают из нержавейки – их используют для установки в механизмы и узлы, работающие под воздействием агрессивных сред.
По размерным характеристикам выделяют такие виды стопорных шайб:
Выбор стопорной шайбы в соответствии с условиями ее монтажа и эксплуатации, соблюдение технологии установки крепежа обеспечат максимальную надежность болтового соединения, его длительную службу без ослабления и самоотвинчивания.
БОЛТЫ DIN
ВИНТЫ
ГАЙКИ
ЗАКЛЁПКИ
РЕЗЬБОВЫЕ
КОЛЬЦА
ШАЙБЫ
ШПИЛЬКИ
ШПЛИНТЫ
ШТИФТЫ
ШУРУПЫ
ДРУГОЕ