• Главная
• Статьи
• Соединение деталей
• Стопорение резьбовых соединений

Стопорение резьбовых соединений

Механические соединения при эксплуатации, как правило, подвергаются воздействию внешних нагрузок. Этот фактор обусловливает снижение надежности всей конструкции. Чтобы предотвратить данное явление, на стадии сборки реализуются технические решения, способствующие увеличению прочности скрепления. Стопорение – одно из них.

Способы стопорения

Наибольшее практическое применение нашли два способа.

• Стопорение позитивное. Его принято также называть жестким. Суть этого способа – использование специального элемента фиксации. Без его удаления разъединить два компонента конструкции будет невозможно. С этой целью данный элемент обычно механически разрушается либо подвергается деформированию.

• Стопорение фрикционное. Основан этот метод на создании повышенного сопротивления путем использования контргаек, шайб специфической конфигурации и иных деталей. Его уровень надежности ниже по сравнению с вышеуказанным способом. Фиксация, реализованная при помощи фрикционного стопорения, предоставляет возможность осуществить разборку резьбового сопряжения без необходимости разрушения отдельных компонентов. У этого способа имеется много разновидностей. Одна из них – упругое стопорение. Функцию контрящего приспособления выполняет упругая деталь. Она обеспечивает увеличение силы трения между скрепляемыми частями конструкции.

Стопорные винты

Применение стопорного винта входит в число самых надежных способов фиксации механического узла. Чаще всего он вкручивается в отверстие, проделанное на боковой грани гайки до плотного соприкосновения со стержнем болта, на который та навинчена. Чтобы не допустить выкручивания самого стопорного винта, его резьбовую накатку выполняют с минимально возможным шагом.

Преимуществом данного метода является обеспечение возможности контрить соединение в любом пространственном расположении. Недостаток очевиден – не исключено повреждение резьбы болта, в результате чего надежность скрепления будет снижена. Чтобы не допустить это явление, рекомендуется перед завинчиванием стопорного винта вставить в отверстие шарик из мягкого металла, например, из свинца. Тогда фиксация не вызовет смятие витков резьбовой нити болта.

Выбирать крепеж необходимое с учетом положений государственных и отраслевых нормативных документов, а также технических условий.

Шплинты

Шплинт является металлическим креплением, произведенным из проволоки. По конструктивному исполнению он представляет собой стержень, согнутый так, что один из отрезков длиннее другого, а в качестве их общего основания выступает ушко.

Существуют две разновидности этого крепежа.

• Шплинт прямой. Применяется для сопряжения элементов, не подвергающихся в ходе эксплуатации воздействию высоких нагрузок, и для препятствования самопроизвольному отвинчиванию гаек. Чтобы зафиксировать скрепление, на грани гайки проделывается сквозное отверстие, перпендикулярное основному. Такая же операция выполняется со стержнем болта. После затягивания резьбового соединения продольные оси этих отверстий совмещаются и в них продевается шплинт до упора ушка в грань гайки. При этом оба отрезка должны выйти с ее противоположной стороны. После того как все это будет сделано, выступающие концы сгибаются.

• Шплинт пружинный. Другое общепринятое название данного фиксатора – шплинт игольчатый. Отличается от предыдущего образца более сложными вариантами исполнения, установленными немецким нормативным документом DІN 11024 (формы D и Е), Стопорение шплинтом пружинным резьбового сопряжения выполняется так: прямой отрезок вставляется в отверстие, предварительно высверленное в стержне болта. При этом изогнутый сегмент защелкивается сразу в нескольких местах, создавая пружинный эффект. Для конструкций ряда устройств и механизмов это может быть весьма актуально. Данный фактор обусловил применение пружинных шплинтов во многих сферах производства, прежде всего – в автомобиле- и машиностроении.

Производятся эти детали обычно из «нержавейки». Если же в качестве сырья использовалась углеродистая сталь, на их поверхность может наноситься оцинковка.

Стопорение проволокой

Допустимость и варианты стопорения резьбовых соединений посредством проволоки утверждены положениями отраслевого стандарта OCT 1 35902, принятого в 1970 году. Этот способ получил название «обвязка». Реализуется он:

• стопорением между собой обоих компонентов резьбового соединения – гайки с болтом;

• их фиксацией к корпусу конструкции.

Любой из этих вариантов предусматривает просверливание в гайках и шляпках болтов отверстий, продольная ось которых располагается перпендикулярно граням. После затяжки соединения, его каждый элемент обвязывается пропущенной через эти отверстия проволокой. В итоге детали болтокомплекта фиксируются в требуемом положении.

Нормы вышеуказанного отраслевого стандарта допускают стопорение не только одного, но и нескольких элементов конструкции путем создания единой системы обвязки. Законтривание сразу целой группы крепежных изделий обусловливает повышение надежности создаваемого объекта. Достижению такого же эффекта способствует просверливание трех диаметральных отверстий с внешними кромками, расположенными на каждой из шести граней метиза. Именно таким методом подлежат стопорению гайки с большими размерами. Полученная фиксация называется угловой бесступенчатой.

При стопорении гаек проволокой обязательно необходимо учитывать направление резьбовой накатки. Как известно, основное усилие при отвинчивании этих крепежных элементов нужно прикладывать в начальный момент данной процедуры, чтобы преодолеть сопротивление, вызванное диффузией металлов метиза и скрепляемого объекта одного в другой. На сленге профессионалов эта операция называется «сорвать гайку с места». Даже незначительный ее поворот снизит надежность соединения. На рисунке представлены правильный и неправильный вариант обвязки. Очевидно, что, хотя проволока и не позволит неправильно обвязанным гайкам окончательно открутиться, соединение ослабеет.

Дополнительные способы стопорения

Главной задачей крепежных элементов является создание с последующим надежным сохранением усилия затяжки соединения в течение всего времени работы механизма. Таким образом, прежде всего, нужно создать данное усилие. Указанные выше детали, используемые для стопорения, успешно выполняют данную функцию только при условии обеспечения изначальной требуемой затяжки. Один из наиболее распространенных методов, способствующих повышению стопорящих качеств – это использование крепежных деталей с мелкой резьбовой накаткой.

Степень работоспособности резьбового соединения является характеристикой производной от совокупности многих факторов. К их числу относятся:

• наличие смазывающего состава;

• шероховатость соприкасающихся поверхностей;

• прочность: крепежа; сопрягаемых компонентов конструкции и другие факторы.

Причин снижения первоначального усилия затяжки тоже предостаточно. Основные из них такие:

• пластические деформации металла скрепляемых компонентов в местах под гайкой либо шляпкой болта;

• воздействие ударных/импульсных нагрузок с вектором, направленным под углом к продольной оси крепежной детали либо вдоль нее;

• влияние внешних сил знакопеременного характера.

При этом с увеличением количества крепежных элементов (шайбы не являются исключением) скорость ослабевания соединения в ходе эксплуатации возрастает. Ниже представлены графики самопроизвольного отвинчивания разных резьбовых соединений, а также методов их фиксации. Числовые данные, использованные для их построения, были получены при испытаниях воздействием циклических нагрузок в условиях колебания скрепляемых деталей в плоскости контакта. Для этого применялась методика Юнкера. Испытательный стенд продуцировал колебания с частотой от 13 до 16 в минуту. Так были смоделированы в высшей степени жесткие условия, наблюдающиеся при эксплуатации автотранспортных средств.

Кривые показывают различную динамику самопроизвольного отвинчивания крепежа различного вида. В этом контексте стопорение пружинными шайбами эффективно только с болтами небольшой длины и с невысокими прочностными характеристиками. Например, может быть достигнуто снижение переменной нагрузки на 30-40 процентов на болт M10 длиной 15 мм в соединении, отличающимся малым усилием затяжки. В отношении болта M10 длиной 45 мм снижение этого показателя составляет не больше 8-10 процентов. На основании этих цифр пружинные, а также зубчатые шайбы выведены категорию т.н. «мнимых формозапирающих элементов». Немецким институтом стандартизации в конце 80-х годов минувшего столетия были введены ограничения на применение этих метизов. В частности, если они используются совместно с болтами, обладающими прочностью не выше класса 6.8:

• срок полного отказа от подобных конструкций установлен такой: 5 лет;

• их отмена запланирована без замены.

На территории нашей страны часто встречаются объекты с пружинными шайбами, размещенными под стержневым крепежом с прочностными характеристиками классов 8.8 и выше.

Графики самопроизвольного отвинчивания демонстрируют факт обладания стопорными и пружинными шайбами худшими показателями. По принципу «глобального стопорения», подкладывать их необходимо под обе детали болтокомплекта. Однако в большинстве случаев размещают эти детали исключительно под гайку. Для справки: значение такого показателя, как соотношение упругой силы пружинных нормальных шайб (H) и усилия затягивания резьбового сопряжения:

• с прочностью класса 6.8 колеблется в пределах от 1,2 процента до 1,8 процента;

• соответствующего требованиям класса прочности 8.8, изменяется в диапазоне от 1,0 процента до 1,4 процента.

Эти данные взяты из ГОСТа 6402-70.

Анализ приведенной выше информации позволил экспертам сделать следующий вывод:

под повсеместным использованием зубчатых (стопорных) и пружинных шайб в продукции машиностроительной отрасли нет никаких оснований, доказанных практикой. И бояться отказываться от данной устоявшейся традиции не стоит. Мировой опыт автомобилестроительной отрасли доказывает это весьма убедительно.

Существуют крепежные детали, способные обеспечить надежность повышенной степени, например, для механизмов, работающих под воздействием высоких нагрузок (болты ГБЦ, шатунов и т.д.). В эту группу входят болты, получившие название «податливые» и имеющие утоненный стержень. Они характеризуются прочностью, соответствующей условиям класса 10.9 или выше, и длиной стержня (обозначение L), изменяющейся в пределах 8,0×Д≤L≤10,0×Д, где Д – диаметр резьбы. Затягивающее усилие надежно сохраняется на продолжительное время эксплуатации за счет доведения напряжений в утоненном ботовом стержне до состояния упругих, то есть, обратимых деформаций.

В последнее время широко стали применяться анаэробные герметики. Они наносятся на резьбовую нить крепежных деталей. В ходе сборки их масса заполняет находящиеся в ней зазоры. В условиях отсутствия доступа атмосферного кислорода герметик становится твердым. В итоге получается надежное долгосрочное стопорение.

Производятся сегодня гранулированные герметики. Их тоже наносят на резьбу, только заблаговременно. Помимо всего прочего, так обеспечивается удобство хранения крепежа и его транспортировки. В ходе сборки происходит разрушение гранул, и в итоге соединение прочно фиксируется. Применение этих компаундов предоставляет возможность отказаться от специальной резьбы, например, тугой с натягом, которая нередко применяется на навертываемой части шпилек.

Стопорение соединений, которые не предполагается в будущем подвергать разборке, может осуществляться посредством пластического деформирования либо сварки. В качестве первого варианта чаще всего используется кернение. Допустимые разновидности этой операции прописаны в отраслевом стандарте OCT 1 39052-77.

Заключение

Сегодня на рынке метизов присутствуют самоконтрящиеся гайки, не нуждающиеся в дополнительном стопорении. Особенностью их конструкции является наличие пластикового кольца. Когда гайка завинчивается, на нейлоновом вкладыше происходит нарезка резьбы, плотно прилегающей к стержню болта. При воздействии нагрузок вибрационного характера гайка, как говорится, «намертво» удерживается в затянутом положении за счет эластичности полимерного кольца. Кроме того, данный компонент выполняет функции своего рода амортизатора и гасит возникшие колебательные перемещения всего метиза.

 

Твитнуть

comments powered by Disqus