Palitra21.ru

Домашний уют — журнал
9 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Cтопорная шайба, зачем и почему

Все стопорные шайбы подразделяются на несколько основных разновидностей:

  • гроверная;
  • зубчатая;
  • тарельчатая;
  • с выступами и лапками;
  • с насечкой и рифлением.
  • клиновая шайба (типа nord-lock).

Среди них наиболее широко распространены гроверные шайбы.

Они представляют собой кольца, имеющие надрезы, сделанные таким образом, чтобы их концы находи-лись в различных плоскостях.

Поскольку шайбы-гроверы изготавливаются из подпружиненной стали, то после установки они подвергаются упругой деформации, благодаря которой и предотвращают самопроизвольное развинчивание резьбовых соединений.

Все гроверные шайбы имеют квадратное поперечное сечение и могут изготавливаться как с антикоррозионным покрытием, так и без него.

Зубчатые стопорные шайбы могут иметь как плоскую, так коническую форму, а их зубцы, в зависимости от разновидности этого крепежа, бывают как внешними, так и внутренними.

Они подразделяются на три типа: A, J, V. Как нетрудно догадаться из самого названия, тарельчатые стопорные шайбы имеют форму тарелок, а на осталь-ных наличествуют насечки, рифления, лапки и выступы.

Соответствие шайбы ГОСТ 6402

Изготавливают гровер, как указано в ГОСТе (пружинная сталь 65Г), с последующей термообработкой. Это снижает внутреннее напряжение металла, увеличивает его прочность и противостояние к внешним воздействиям, а также снижает хрупкость изделия.

Шайбы Гровера могут выпускаться с покрытием или без него. Нанесённое покрытие улучшает антикоррозионные свойства, а хромовое покрытие ещё придаёт большей твердости шайбе и увеличивает срок службы.

Гровер диск выпускается в четырёх видах: лёгкие, нормальные, тяжёлые и особо тяжёлые. ГОСТ описывает все показатели, которыми должны обладать пружинные шайбы, а также представлена таблица размеров шайбы-гровера. На вид диска влияет профиль катанки.

Острая кромка диска также останавливает самопроизвольное отвинчивание за счёт упора в металл, поэтому, когда необходимо отвинтить крепёж, на гайке обычно остаются механические повреждения (царапины) от острой кромки как от резчика.

Второй раз использовать диск в сборке с крепежом не рекомендуется, и, когда эта рекомендация игнорируется, то крепёж откручивается в самый не подходящий момент.

Детали машин

Способы стопорения резьбовых деталей

Все крепежные резьбы удовлетворяют условию самоторможения ψ , так как в резьбах этого типа угол ψ подъема резьбы значительно меньше приведенного угла трения φ’ . Однако практика эксплуатации машин показывает, что при переменных нагрузках и вибрациях значение коэффициента трения (и, следовательно, угла трения) снижается, и происходит самоотвинчивание гаек и винтов вследствие микросмещений поверхностей трения. Условие самоторможения нарушается.

Стопорение резьбовых деталей осуществляют различными способами, при которых используют дополнительное трение в резьбе или фиксирующие детали и материалы. Иногда применяют комбинацию этих способов.

Дополнительное трение в резьбе

Дополнительное трение в резьбе, создают с помощью контргаек, пружинных шайб, фрикционных вставок в винты или гайки и т. п.

Контргайка (рис. 1, а) устанавливается на шпильку или болт после затяжки соединения основной гайкой. При этом между элементами крепежа создается натяг, способствующий увеличению силы трения в резьбе и между контактирующими плоскостями деталей. Этот способ практически не используется в машиностроении, а применяется, преимущественно, в быту, поскольку не является эффективным и существенно повышает стоимость соединения за счет дополнительной гайки. Нередко его применяют совместно с другими способами стопорения резьбовых деталей.

Пружинные шайбы (шайбы Гровера, гроверы) представляют собой один виток цилиндрической винтовой пружины с квадратным сечением и заостренными краями (рис. 1, б, изображение вверху) . Вследствие большой упругости они обеспечивают сохранение сил трения в резьбе, удерживая определенный натяг в соединении.
Острые края шайбы, врезаясь в торцевую плоскость гайки и детали, дополнительно препятствуют самоотвинчиванию гайки. Пружинные шайбы изготовляют разными для правой и левой резьбы.

Пружинные стопорные шайбы изобрел английский инженер Джон Гровер (1836-1892) , именем которого иногда и называют эти детали в обиходе.
Стопорение пружинными шайбами недостаточно надежно, и при высоких уровнях вибрации не исключает самоотвинчивание соединения.

Самоконтрящимися являются гайки с завальцованным пластмассовым стопорным кольцом. Резьба в кольце образуется при навинчивании на гайки винт.

Применение фиксирующих деталей

Широко распространены для предотвращения самоотвинчивания фиксирующие детали, т. е. шплинты, проволоку, стопорные шайбы с лапками, которые отгибают после завинчивания гаек или винтов. Подобные устройства обладают достаточно высокой надежностью, простотой конструкции, удобством сборки и разборки соединения.

Некоторые из этих способов приведены на рисунке 1 (в-л) : стопорение специальными винтами, вворачиваемыми в гайку, штифтами, шплинтами, различными шайбами.

Приварка и деформирование резьбы

Еще один способ предотвращения самоотвинчивания резьбы – приварка или пластическое деформирование деталей расклепыванием и кернением.
Подобные методы применяют в тех случаях, когда не требуется частый демонтаж соединения в процессе эксплуатации, поскольку соединительные элементы крепежа повреждаются в той или иной степени и, зачастую, требуют замены после разборки и последующей сборки.

Применение клеящих и фрикционных материалов

Для предотвращения самоотвинчивания резьбовых соединений нередко используют склеивающие материалы – пасты, лаки, краски и клеи, которые либо значительно увеличивают коэффициент трения в резьбе, либо склеивают между собой детали крепежа.
Склеивающие материалы наносятся на резьбу непосредственно перед завинчиванием.

Иногда на практике используют комбинацию перечисленных выше способов стопорения крепежных деталей, что позволяет повысить надежность резьбовых соединений от самоотвинчивания.

1.1. Подготовка к сборке

Сборку болтового соединения начинают с подготовки поверхностей, по которым соединяются детали. Для создания герметичности иногда плоскости пришабривают или притирают. Следует учесть, что герметичность стыка увеличивается в 2-2,5 раза при повторной сборке соединения. Величина зазора между плоскостями разъема должна быть указана в чертежах. Кованые или литые детали должны иметь обработанные поверхности под устанавливаемые крепежные детали.

1.2. Сборка болтовых соединений

Наиболее распространенный тип болтового соединения – соединение, собранное на болтах или винтах. При подготовке соединения к сборке необходимо проверить, что в собираемом соединении крепежных деталей с метрической резьбой (табл. 1) обеспечены запас резьбы, глубина сверления и выход конца винта из гайки с метрической резьбой в соответствии с табл. 1.

Таблица 1. Запас резьбы, глубины сверления и выход конца винта из гайки с метрической резьбой, мм, для крепежных деталей с метрической резьбой (значения эмпирические)

Резьба болта или винта должна быть чистой от грязи, без забоин и слегка смазанной. Болт обычно вставляют снизу, а затем навинчивают гайку. Гайки затягивают только тогда, когда поставлены все болты, шайбы и гайки.

Затягивают гайки или винты постепенно. На длинных крышках, например на крышках блоков двигателей внутреннего сгорания, на крышках больших редукторов, гайки или винты затягивают от середины к краям. Гайки или винты, расположенные по кругу, например на фланцах крышек цилиндров и т. д., затягивают крест-накрест. Сначала все гайки или винты завертывают до соприкосновения с шайбами или с поверхностью детали, затем слегка затягивают и только в третий раз затягивают окончательно.

Если гайки или винты затягивать последовательно, то затяжка может оказаться неравномерной и вызвать перегрузку отдельных гаек, смятие резьбы и даже обрыв болта. Затягивание гаек от краев к середине приводит к искривлению крышек.

Контроль усилия затяжки винтов и болтов осуществляют либо выбором соответствующей длины рукоятки ключа, либо применением предельных и динамометрических ключей.

Для затяжки крепежного резьбового соединения осевой силой F (рис. 1) необходимо создать момент завинчивания Мзав, равный сумме момента сил в резьбе d и момента сил трения на опорной поверхности гайки.

Рис. 1. Схема действия сил в резьбовом соединении при затяжке

Длина стандартных ключей L ≈ 15d. Приложив к концу ключа силу Fp, можно определить отношение F/Fp, т. е. выигрыш в силе за счет резьбы. Так как Мзав=FpL, то 0,2Fd=15Fpd, откуда F/Fp ≈ 75.

Рекомендуемая допускаемая сила затяжки [Fр] болта из стали СтЗ в зависимости от диаметра резьбы и размера захвата гаечного ключа D (размер «под ключ» S) приведены в табл. 2.

Таблица 2. Допускаемая сила затяжки резьбового крепежного соединения [Fр]

d, ммМ8М10М12М16М20М24М30
[Fр], кН1,402,403,607,5014,023,045,0
S = D, мм12141722273241

Расчет и практика эксплуатации резьбовых соединений показали, что болты с резьбой менее М10 при затяжке стандартными ключами (L ≈ 15d) могут быть разрушены. Например, болт с резьбой М6 из стали СтЗ разрушается при силе на ключе Fр ≈ 45H.

Поэтому в резьбовых соединениях для машин технологического назначения, как правило, не применяют болты с резьбой менее М8 (безопасная затяжка болтов малых диаметров осуществляется специальными ключами, ограничивающими размер силы Fр).

Рекомендуемая глубина завинчивания винта (болта): Н ≈ 0,9d – в стальные детали; Н ≈ 1,4d – в чугунные детали; Н ≈ (1,5…2)d – в детали из легких сплавов.

После сборки болтовое соединение должно быть застопорено от отвинчивания.

1.3. Стопорные устройства для резьбовых крепежных соединений

Резьбовые соединения в процессе работы не должны ослаблять соединение закрепленных деталей, т.е. они не должны самопроизвольно отвинчиваться под действием вибраций, возникающих при движении, толчках и ударах деталей машин во время работы. Поэтому ответственные резьбовые соединения после затяжки стопорят.

Стопорение ответственных резьбовых соединений производят разными способами. Их выбор зависит от доступа к местам крепления, от условий работы соединения, от конструкции соединения и др. Различают следующие способы предохранения резьбовых элементов от самоотвинчивания:

  • контргайкой (рис. 2, а) , которая препятствует самоотвинчиванию силой трения в резьбе и на торцовых поверхностях двух гаек. Этот способ позволяет легко регулировать силу затяжки резьбового соединения, фиксируя положение нижней гайки путем поворота верхней гайки после касания на соответствующий угол затяжки;
  • пружинными шайбами (рис. 2, б), которые обеспечивают напряженное состояние резьбового соединения. Пружинная шайба имеет высокую твердость, концы разреза разведены и заострены. Это позволяют произвести затяжку соединения и расплющить шайбу. При этом заостренные концы разреза пружинной шайбы прижаты к торцу гайки или головки болта и к поверхности закрепляемой детали (рис. 2, ж).

Шайбы специального назначения применяют как стопорные детали, предотвращающие самоотвинчивание гаек, болтов. Примеры таких шайб приведены на рис. 2, е.

Рис. 2. Способы предохранения резьбовых элементов от самоотвинчивания

При отвертывании под действием пружинных сил заостренные концы разреза пружинной шайбы внедряются в металл гайки или головки болта и в металл закрепляемой детали и тем самым удерживают болт или гайку от отвинчивания; разводными шплинтами (рис. 2, в) – один из распространенных и наиболее надежных способов. Разводные шплинты изготовляют с кольцевой головкой из стальной проволоки полукруглого сечения. Концы шплинта вставляют в отверстие, соединяющее болт с гайкой, и разводят; мягкой проволокой (рис. 2, г), которую применяют для нескольких и целых групп болтов. При этом головки болтов должны быть соединены проволокой так, чтобы ослабление затяжки одного из них вызывало натяжение проволоки и этим способствовало затяжке остальных; жестким соединением резьбовых деталей, которое осуществляют применением деформируемых стопорных шайб с носком (рис. 2, д) и с лапкой (рис. 2, е). Деформируемая шайба такой формы имеет выступы. Один из них, вставляется в отверстие детали или обжимается по краю детали, а другие отгибают и прижимают к грани завернутого болта или гайки, чем фиксируют их от отвинчивания; путем сварки головки винта, болта, гайки или шпильки (рис. 2, ж); посредством кернения резьбовых деталей с торца и бокового (рис. 2, з), расклепывания стержня резьбовой детали, закрашиванием лаком выхода резьбы из гайки и др.

Для стандартной крепежной резьбы угол подъема резьбы Ψ≤4°, а приведенный угол трения φ’ в зависимости от материала гайки и винта – φ’=6 ÷ 16°, следовательно, все крепежные резьбы – самотормозящие и при статической нагрузке не самоотвинчиваются.

Мелкие крепежные резьбы (по сравнению с крупными) имеют меньший угол подъема резьбы и поэтому они менее склонны к самоотвинчиванию при динамических нагрузках.

1.4. Разборка болтового соединения

Разборку болтового соединения начинают с освобождения гаек от стопорных устройств. После этого приступают к отвинчиванию гаек. Если гайка не отвинчивается, то не следует удлинять рукоятку ключа или прикладывать большие усилия, так как этим можно сорвать резьбу или скрутить болт. В этом случае смачивают резьбу керосином и через некоторое время (когда керосин проникнет в резьбу) вновь пытаются отвинчивать гайку. Если гайка после этого тоже не отвинчивается, то пробуют завинтить ее дальше и когда она сдвинется с места, вновь начинают отвинчивать.

Когда все гайки отвинчены, удаляют болты.

Затем начинают последовательно завинчивать отжимные болты до тех пор, пока зазор между деталями не будет достаточным для того, чтобы снять деталь или сборочную единицу.

1.5. Подготовка к сборке других резьбовых соединений

Подготовка к сборке других резьбовых соединений заключается в проверке соответствия размеров сбегов, недорезов, проточек и фасок на соединяемых резьбовых деталях по нормам, приведенным в табл. 3, 4, 5.

Таблица 3. Сбеги, недорезы, проточки и фаски для трубной цилиндрической резьбы (по ГОСТ 10549-80)

Шайбу под болт или под гайку?

Вопрос, который возникает наиболее часто при сборке крепежных соединений — шайба ставится под гайку или под головку болта? Иногда монтажники, не разбираясь в тонкостях крепежа, ставят по одной шайбе и под болт, и под гайку. Прежде всего, нужно разобраться, зачем под гайку подкладывают шайбу. Это делается, чтобы увеличить площадь опоры и снизить давление на гайку, что препятствует самопроизвольному выкручиванию. Согласно нормативам СП, есть особенности монтажа крепежных соединений с контролируемым натяжением и без него:

  • Без контролируемого натяжения согласно ГОСТ 11371-78 под гайку ставят не более двух шайб круглого типа. Третью шайбу допустимо установить под головку болта. Если в чертеже резьбового соединения не указано использование пружинных шайб или иного метода противодействия самоотвинчиванию элементов крепежа, шайбы устанавливаются стандартные плоские.
  • С контролируемым натяжением шайбы ставятся под гайку и болт в обязательном порядке. При этом необходимо проверить точное соответствие параметров крепежного соединения чертежам и зафиксировать результат работ в соответствующий журнал отчетной документации.

Еще один распространенный вопрос — нужна ли шайба под самоконтрящуюся гайку? В некоторых сферах из-за особенностей условий эксплуатации механизмов невозможно применять контргайки и гроверные шайбы. В таких случаях используют самоконтрящиеся гайки, под которые действительно не требуется подкладывать шайбу.

Монтаж и демонтаж стопорных шайб

Для того чтобы установить стопорную шайбу, ее размещают между головкой резьбового крепежного элемента (болта, винта и т. п.) и той поверхностью, в которую он ввинчивается.

При затяжке соединения она сжимается, чему препятствует ее упругость.

В итоге создается сила трения, препятствующая самораскручиванию соединения.

Поскольку прочность соединения с использованием стопорных шайб достаточно высока, то их демонтаж является более сложной задачей, чем установка.

Следует заметить, что в некоторых случаях для этого приходится использовать такие инструменты, как молоток и зубило.

Основная же задача состоит в том, чтобы немного сдвинуть этот крепежный элемент с места, в результате чего соединение ослабится, и резьбовой элемент можно будет просто выкрутить.

Еще один способ состоит в использовании съемников, предназначенных специально для «устранения» из соединений стопорных шайб и колец.

Следует, однако, иметь в виду, что их применение практически всегда ведет к повреждению этих деталей.

Пружинная шайба (гровер)

Один из недостатков резьбового соединения — самопроизвольное раскручивание под влиянием вибрационных, динамических нагрузок. Особо актуально такая проблема стоит в автомобиле- и станкостроении, при производстве оборудования. В конструкциях, содержащих движущиеся части. Одно из недорогих решений такой проблемы — установка под болт или гайку пружинной шайбы. Другое, часто используемое, название такого крепежа — “гровер”, в честь ее английского изобретателя Джона Гровера.

По конструкции крепеж выполнен в виде кольца с разрезом наискось под углом около 70 град и разведенными в стороны краями. Материалом для изготовления метизов служит квадратная проволока с высокими пружинными свойствами. При затяжке за счет сжатия гровера на соединение действует дополнительная продольная сила, препятствующая самопроизвольному раскручиванию. Кроме этого, раскручиванию препятствует и угол разреза, который упирается в торец крепежной детали. Гроверы хорошо работают при изменяющихся продольных нагрузках на соединение, но не защищают от самораскручивания при поперечных.

Пружинные шайбы производятся в соответствии со стандартами ГОСТ 6402, DIN 7980, 127. При затяжке закладных, стыковых, клеммных болтов, ввинчивании шурупов-глухарей в ж/д скреплениях применяются специальные двухвитковые пружинные шайбы по ГОСТ 21797.

Пружинные и уплотнительные шайбы из металла

Для того чтобы избежать попадания влаги, а также в целях профилактики советуется применять уплотнительные изделия. Такая шайба при закручивании крепежа создаст надёжный герметичный слой. Материалом для изготовления уплотнительных шайб может быть алюминий или медь, а также они могут быть комбинированными и состоять из резины и металла. В этом случае получается, что резиновая сторона прижимается к поверхности материала, а металлическая к гайке. Этот способ считается оптимальным для увеличения срока службы и защиты от влаги.

Чтобы предотвратить самопроизвольное раскручивание крепёжных деталей помогает применение пружинных шайб. Ослабление крепежа может быть вызвано вибрациями. Соответственно есть большая вероятность, что изделие выпадет и встаёт угроза обрушения всей закрепленной конструкции. На самом деле почти все шайбы предназначены для устранения этого эффекта. Пружинные детали очень часто называют шайбами Гровера. Названы они в честь своего изобретателя, который первым стал их применять при осуществлении крепежа.

На вид шайбы напоминают диски, рассечённые поперёк. При этом оба конца изделия находятся на разных уровнях плоскости. Если попробовать соединить их вместе, то они отпружинят обратно и разойдутся на свои места. При классификации таких приспособлений по назначению, можно выделить четыре вида: нормальные (Н), лёгкие (Л), тяжёлые (Т) и очень тяжёлые (ОТ).

В чём же польза от пружинного эффекта изделий? Во время вкручивания крепежа возникает упругая деформация шайбы, что позволяет ей надёжно закрепиться.

Кроме упругой бывает ещё и жёсткая деформация. Она намного слабее и неустойчива к воздействию вибрации или нагрузке. В строительстве, которое происходит в жилых домах, где уровень вибрации сводится к минимуму зачастую применяются плоские или сферические шайбы. Если же необходимо закрепить машинные или станочные детали, то обязательно следует использовать пружинные изделия, которые предотвратят выкручивание крепежа. Болт будет автоматически притягиваться обратно и не выпадет.

8. СТО НОСТРОЙ 2.10.76-2012 о стопорении резьбовых соединений

СТО НОСТРОЙ 2.10.76-2012 «Болтовые соединения» [4] по-разному подходит к стопорению различных типов соединений. Это в целом соответствует подходу на основе теории Юнкера.

8.1. Три основных типа болтовых соединений

  • Фрикционные (сдвигоустойчивые) соединения. В этих соединениях сдвигающие усилия воспринимаются силами трения, действующими на контактных поверхностях соединяемых элементов в результате натяжения болтов на проектное усилие.
  • Срезные соединения. В этих соединениях сдвигающие усилия воспринимаются сопротивлением болтов срезу, а соединяемых элементов — смятию.
  • Фрикционно-срезные соединения. В этих соединениях учитывается как сопротивление болтов срезу, так соединяемых элементов — смятию и трению.

Фрикционные соединения — это соединения с контролируемым натяжением на высокопрочных болтах, а срезные и фрикционно-срезные — соединения с неконтролируемым натяжением.

8.2. Требования по стопорению соединений

Для фрикционного соединения каждый болт (высокопрочный) устанавливается в соединение с двумя круглыми шайбами (одна ставится под головку болта, другая — под гайку). Высокопрочные болты с увеличенным размером головки под ключ, при разности номинальных диаметров отверстий и болтов до 4 мм, допускается устанавливать с одной шайбой под вращаемым элементом (гайкой или головкой болта). Никаких дополнительных мер по стопорению гаек не производится. Особое внимание уделяется подготовке контактных опорных поверхностей болтов, гаек и шайб для обеспечения на них высоких усилий трения.

В срезных соединениях допускается установка под гайкой двух плоских шайб. Под головкой болта шайбу допускается не устанавливать. Для предотвращения самоотвинчивания гаек, их дополнительно закрепляют постановкой специальных шайб или контргаек. При этом конкретные виды шайб не указываются. Для болтов, работающих на растяжение, закрепление гаек рекомендуется осуществлять исключительно постановкой контргаек.

В конструкциях, воспринимающих статические нагрузки, гайки болтов, затянутых на усилие 50–70 % от минимального предела прочности болта на растяжение, допускается дополнительно не закреплять. При этом резьба болтов не должна попадать на плоскость среза.

Читать еще:  Особенности забора из сварной оцинкованной сетки
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector