• Главная
• Статьи
• Соединение деталей
• Стопорение резьбового соединения

Стопорение резьбового соединения

Крепежная резьба любого вида характеризуется углом трения (обозначение «ω») и углом подъема резьбы («α»). По причине того, что ω> α, всем им присуще самоторможение. Но в ходе эксплуатации узлов механизмов под воздействием вибрации и знакопеременных нагрузок коэффициент трения уменьшается. В результате происходит микросмещение соприкасающихся поверхностей, условие самостоятельного торможения нарушается и резьбовые крепежные элементы самопроизвольно отвинчиваются. Их стопорение, препятствующее данному явлению, осуществляется различными методами: с использованием в резьбе дополнительного трения либо выполняющих функцию фиксации материалов или деталей. Рассмотрим этот вопрос более подробно.

Гайки с отверстиями под шплинты

Способ стопорения гаек шплинтами характеризуется высокой надежностью и поэтому получил широкое распространение. В частности, такой вариант фиксации часто встречается в особо ответственных соединениях. Регламентируют производство гаек с отверстиями под шплинты положения ГОСТа 5918-73. Им предусмотрено два исполнения данных метизов.

Гайки прорезные

Отличается гайка прорезная наличием пазов во всех ее гранях. Шплинт вводится в один из них и в отверстие в ненагруженном сегменте стержня болта, которое расположено перпендикулярно его продольной оси. Концы фиксатора должны выступать за противоположную грань. При этом практикуется преимущественно, такой метод установки данного элемента: плоскость головки шплинта располагается параллельно продольной оси стержневой крепежной детали. Его один выступающий конец изгибается на боковую поверхность гайки, а второй – на плоский торец ввинченного болта. Шплинтование данным способом повышает уровень компактности конструкции.

Гайки корончатые

Получили такое название эти метизы ввиду схожести с головным убором царственной особы. По сравнению с предыдущим вариантом высота их граней ниже. Но они переходят в кольцо, в котором, собственно, и проделаны пазы. Методика фиксации шплинтами идентична варианту с прорезными гайками. Ранее было сказано, что для этого используются болты, в стержнях которых проделаны контровочные отверстия. Они будут описаны ниже.

Размерные характеристики

Основные размерные характеристики гаек обоих видов, отображенные на чертежах исполнения, изменяются по нормам ГОСТа 5918-73 в следующих диапазонах:

• номинальный диаметр резьбовой накатки (обозначение d) – от 4,0 мм до 48,0 мм;

• шаг резьбы: мелкий: минимальный 1,0 мм; максимальный 3,0 мм; крупный: min 0,7 мм; max 5,0 мм;

• размер под рожковый ключ (параметр S): 7,0 мм…75,0 мм;

• высота (обозначение m) – от 5,0 мм до 50,0 мм;

• диаметр опорной поверхности без фаски (параметр d_w) – минимальный 6,3 мм; максимальный 69,4 мм;

• диаметр описанной окружности (обозначение е) – min 7,5 мм; max 82,6 мм;

• диаметр фаски (параметр d_a) – не меньше 4,0 мм; не больше 51,8 мм;

• диаметр коронки (обозначение D): 16,0 мм…65,0 мм;

• ширина прорези (параметр n) – от 1,2 мм до 9,0 мм;

• рекомендуемый размер шплинта для гайки прорезной: минимальный 1×12; максимальный 8×90; корончатой: min 3,2×25; max 8×80.

Болты с отверстиями в стержне

Данные крепежные детали используются совместно с вышеописанными гайками. Нормируют производство этих крепежных деталей положения Государственных стандартов под номерами:

• 7811-70, 7808-70: исполнение №5, класс точности «А»;

• 7795-70, 7805-70: исполнение №2, класс точности «В»;

• 15590-70, 15591-70: исполнение №3, класс точности «С»;

• 15589-70: исполнение №2, класс точности «С».

Чертеж исполнения этих соединительных элементов во всех нормативных документах выглядит одинаково.

Размерные характеристики

Все вышеуказанные стандарты устанавливают определенные значения рабочих параметров данных соединительных элементов. Для конкретики приведем диапазоны изменения размерных характеристик, прописанных ГОСТом 7805-70.

• Номинальный диаметр резьбовой накатки: от 1,6 мм до 48,0 мм.

• Шаг резьбы мелкий: минимальный1,0 мм; максимальный 3,0 мм; крупный: минимальный 0,35 мм; максимальный 5,0 мм.

• Размер под рожковый/гаечный ключ: min 3,2 мм; max 75,0 мм.

• Высота шляпки: 1,1 мм…30,0 мм.

• Диаметр описанной вокруг шляпки окружности: не меньше 3,4 мм; не больше 83,9 мм.

• Диаметр контровочного отверстия в стержне: от 1,0 мм до 8,0 мм.

Что же касается параметра l₁ – удаленность оси контровочного отверстия от опорной поверхности шляпки –, то в рассматриваемом стандарте указаны его значения, начиная с болта общей длиной, равной 10,0 мм. В данном случае l₁=7,5 мм. Максимальная величина этой характеристики у болта с общей длиной, составляющей 300,0 мм, такая: l₁=288,0 мм.

Болты с отверстием в головке

Методика стопорения резьбовых соединений прописана положениями Отраслевого стандарта за номером 1 39502-77. Они предусматривают использование болтов, в шляпке которых проделаны сквозное отверстие между противоположными гранями. В эти отверстия продевается проволока и закручивается, формируя натяг необходимого уровня.  Вышеуказанный нормативный документ утверждает два варианта обвязки – с двумя и несколькими болтами.

При их реализации нужно соблюдать важное условие, обеспечивающее надежность стопорения. Формулируется оно так: направление натяжения проволоки должно совпадать с направлением завинчивания болта. Иначе может произойти его самопроизвольное откручивание, в результате чего соединение ослабеет.

Производство болтов с контровочными отверстиями в шляпке нормируют положения Государственных стандартов за номерами:

• 7811-70, 7808-70, 7805-70: исполнение №3, класс точности «А»;

• 7798-70, 7796-70, 7795-70: исполнение №3, класс точности «В»;

• 15589-70: исполнение №3, класс точности «С»;

• 15591-70, 15590-70: исполнение №4, класс точности «С».

Размерные характеристики

Для получения представления о порядке цифр, установленных вышеуказанными нормативными документами, приведем в качестве примера размеры, прописанные в ГОСТе 7798-70.

• Номинальный диаметр резьбовой накатки: от 6,0 мм до 48,0 мм.

• Шаг резьбы мелкий: минимальный 1,0; максимальный 3,0; крупный: минимальный 1,0 мм; максимальный 5,0 мм.

• Длина стержня болта: минимальная 8,0 мм; максимальная 300,0 мм.

• Размер под гаечный ключ: min 10,0 мм; max 75,0 мм.

• Высота шляпки: 4,0 мм…30,0 мм.

• Диаметр окружности, описанной вокруг шестигранника шляпки: от 10,9 мм до 89,6 мм.

• Диаметр контровочного отверстия в шляпке (параметр d₄): минимальный 2,0 мм; максимальный 5,0мм.

• Удаленность оси контровочного отверстия от опорной поверхности шляпки (обозначение l₂): min 2,0 мм; max 15,0 мм.

Установочные винты

Основной особенностью данных винтов является отсутствие шляпки. Для обеспечения возможности вкручивания на их торце проделывается плоский, шестигранный либо крестообразный шлиц. Противоположный конец имеет конусообразную конфигурацию.

Стопорение резьбового соединения предусматривает выполнение такой последовательности действий:

1. В одной из граней гайки, которая совместно с болтом сформирует резьбовое соединение элементов конструкции, просверливается отверстие с диаметром под установочный винт.

2. В этом отверстии метчиком нарезается резьба с параметрами, идентичными резьбе на стопорящей детали.

3. Объекты скрепляются с использованием болта и подготовленной гайки.

4. После затягивания с требуемым усилием в отверстие на ее грани вкручивается установочный винт до упора в стержень болта.

В результате будет предотвращено самопроизвольное отвинчивание гайки. Очевидно, что от давления конусообразного конца установочного винта, резьба на стержне болта может повредиться. Чтобы не допустить это, рекомендуется сначала вставить в отверстие на грани гайки шарик из мягкого металла, например, алюминия и лишь после этого вкрутить стопорящую деталь.

Размерные характеристики

Рабочие параметры установочных винтов с плоским шлицем и конусообразным наконечником, изготовленных с повышенной и нормальной точностью (классы «А» и «В» соответственно), утверждены нормами ГОСТа 1476-93.

Величины отображенных на чертеже исполнения размерных характеристик изменяются в следующих пределах:

• номинальный диаметр резьбовой накатки (параметр «d»): минимальный 1,0 мм; максимальный 12,0 мм;

• шаг резьбы: 0,25 мм…1,75 мм;

• глубина шлица (обозначение «t»): от 0,4 мм до 3,6 мм;

• ширина шлица (параметр «n»): min 0,2 мм; max 2,31 мм;

• общая длина изделия (обозначение «l»): минимальная 2,0 мм; максимальная 60,0 мм;

• диаметр конца, упирающегося в стержень болта (параметр d_t): от 0,1 до 3,0.

Пружинные шайбы

Пружинными называются разрезные шайбы с концами, находящимися в разных плоскостях. Эти детали препятствуют самопроизвольному отвинчиванию элементов резьбового соединения за счет воздействия на них распорным усилием, возникающим от упругой деформации материала изготовления под внешней нагрузкой.

Но существует еще один фактор, обеспечивающих безотказность работы пружинных разрезных шайб. Пространственное положение срезов витков препятствует вращению гайки в сторону откручивания. Кромки впиваются в ее опорную поверхность, стопоря при этом резьбовое соединение. А вот вращению гайки по направлению закручивания они не мешают.

Согласно положениям ГОСТа 6402-70 шайбы пружинные выпускаются с поперечным сечением, имеющим конфигурацию в виде:

• прямоугольника – легкие, обозначаются литерой «Л»;

• квадрата: особо тяжелые – маркируются сочетанием букв «OT»; тяжелые – обозначаются литерой «T»; нормальные – маркировка осуществляется буквой «H».

Внутренний диаметр шайб пружинных (минимальный – 2,1 мм, а максимальный – 48,5 мм) позволяет размещать их под болты с резьбой от M2 до M48. Нормы ГОСТа 6402-70 устанавливают следующие требования к показателю твердости данных метизов:

• у изготовленных из стали – НRС_э41,50…НRС_э49,50;

• у бронзовых – не меньше 90НRВ;

• для шайб, в качестве сырья для производства которых использовалась рессорно-пружинная конструкционная углеродистая сталь 70, допускается повышение твердости до отметки НRС_э51,50.

Стопорные шайбы с лапками

Сфера применения данных фиксаторов – стопорение резьбовых соединений, испытывающих при эксплуатации воздействие значительных вибрационных нагрузок. 

Осуществляется это путем загибания лапок на грани гайки и язычка на боковую поверхность скрепляемой детали.

Производство шайб с лапками регламентируют положения ГОСТа 13463-77. Они устанавливают такие значения внутреннего диаметра данных метизов: минимальный – 3,2 мм, максимальный – 50,0. Таким образом, фиксировать с их помощью можно соединения, сформированные на основе гаек и стержневых крепежных элементов с резьбой от M3 до M48

Стопорение контргайками

В данном случае самопроизвольному отвинчиванию основной гайки препятствует сила трения, возникающая между плотно контактирующими поверхностями обоих используемых подобных метизов, а также в резьбе. Недостатки этого способа очевидны:

• соединение утяжеляется;

• при существенных вибрациях надежность стопорения низкая.

Между тем, и данный метод стопорения имеет право на жизнь.

Кернение

Кернение предполагает изменение геометрии стопоримого узла.

Соответственно, применяется этот способ в случае нечастой необходимости демонтажа резьбового соединения. Связано это с пусть даже небольшими, но все-таки имеющими место повреждениями резьбовой накатки как гайки, так и болта. Ведь подвергаются необратимой одновременной деформации контактирующие витки в обеих крепежных деталях. Требования Отраслевого Стандарта под номером 1 39502, принятого в 1977 году, формулируются в этом плане так: кернер нужно ставить в месте, где стержень с резьбой выходит из гайки. Причем кернить нужно в трех точках, как это показано на выше размещенном рисунке.

Стопорение сваркой

Применяется данный способ, когда демонтаж соединения никогда не предполагается. Предпочтительные точки сварки отмечены на рисунке.

Заключение

Для препятствования самопроизвольному отвинчиванию резьбовых соединений могут применяться материалы, обладающие клеящими свойствами. Например, разнообразные жидкие фиксаторы используются, когда установка стороннего предмета в конструкцию недопустима. Вопреки расхожему мнению, они тоже обеспечивают надежное стопорение резьбовых соединений. Большинство таких веществ обладают анаэробными свойствами. То есть, хранясь в емкости с присутствием воздуха, в химическую реакцию они не вступают. Иная ситуация наблюдается, когда после их нанесения на витки резьба затягивается. Тогда в условиях ограниченного доступа воздуха такие составы затвердевают, надежно фиксируя контактирующие поверхности.

 

Твитнуть

comments powered by Disqus