Содержание статьи
- Вступление
- Где встречаются самопроизвольные ослабления резьбовых соединений и возможные последствия
- Герхард Юнкер и основы его теории
- Решение проблемы самоотвинчивания
- Видеообзор способов стопорения гаек
- Где купить самоконтрящиеся гайки?
Самопроизвольное откручивание гаек происходит при вибрации. Это чревато тем, что разрушаются именно высоконагруженные соединения на вибрирующих механизмах. Предложено множество методов, как избежать этого опасного явления. Это использование герметиков и различных механических способов фиксации гайки помимо основного трения на резьбе. Рассмотрим их подробнее.
Где встречаются самопроизвольные ослабления резьбовых соединений и возможные последствия
Многие владельцы автотранспорта сталкиваются самопроизвольным ослаблением резьбовых соединений. Это может привести как к посторонним шумам, так и к повреждению соединяемых деталей и, как следствие, даже авариям.
Такая же ситуация происходит в любых конструкциях, где болтовое или винтовое соединение подвергается воздействию поперечных колебаний, т.е. вибрации. Это и мосты с большой проходимостью, и строительная техника, и заводские станки, и космическая или авиатехника. В общем, проблема известна миру с самого начала промышленной революции. Многочисленные несчастные случаи, конечно, заставили человечество изучить проблему и постараться найти решение.
Плохо затянутые гайки без защиты от самопроизвольного раскручивания приведут к разрушению соединения при такой скорости всего за несколько минут. Основных сфер, где эта проблема наиболее чревата последствиями, три:
- автомобильная промышленность;
- авиационная и аэрокосмическая промышленность;
- станкостроение, электроинструмент.
Герхард Юнкер и основы его теории
Самым значительным исследованием в этой области стало исследование Герхарда Юнкера, который разработал целую теорию о том, почему же крепежные элементы самопроизвольно раскручиваются при вибрационной нагрузке. Юнкер заметил, что самораскручивание происходит при поперечной динамической нагрузке, т.е. поперечном движении соединения. Когда сдвигающая сила больше, чем сопротивление трению от преднагрузки болта, витки резьбы начинают двигаться относительно друг друга. В результате такого постоянного движения и получается раскручивание.
Методика испытаний по тесту Юнкера и стандарт DIN 65151-2002
Юнкер спроектировал вибростенд для испытания резьбовых соединений и исследования того, как на него влияет сдвигающая сила. Такая методика получила название тест Юнкера, и она описана в стандарте DIN 65151-2002. Авиакосмическая серия. Динамическое испытание блокирующих характеристик крепежных элементов в условиях поперечного нагружения (вибрационное испытание)».
Тест Юнкера признан международными организациями со стандартизации как DIN 65151-2002. В сертификатах на крепеж чаще всего можно видеть именно это обозначение. Испытательный стенд построен на основе описания в работе Юнкера 1969 года. Чтобы получить этот сертификат, необходимо пройти испытание с теми соединяемыми материалами, на которые рассчитано данное соединение, чаще всего это сталь и алюминиевые сплавы. Методика испытаний такова: резьбовое соединение устанавливается на подвижное основание, которому придаются поперечные колебания заданной амплитуды и частоты. После определенного числа циклов нагрузки замеряют остаточное усилие затяжки и сравнивают с первоначальным. Таким образом, с помощью этого теста можно оценить сопротивляемость разных видов крепежа самоотвинчиванию при воздействии вибрации.
Решение проблемы самоотвинчивания
Для решения этой проблемы гайку надо как-то застопорить. Это можно сделать либо жестким методом, либо фрикционным. В первом случае стопоримая и стопорящая детали соединяются за счет врезания в материал. Во втором же случае создается повышенное трение между стопоримой и стопорящей деталями. Такое соединение можно разобрать без нарушения деталей. Разновидностью фрикционного стопорения является упругое, при котором в соединение вводится упругий элемент, поддерживающий натяжение в системе.
Анаэробные герметики для резбовых соединений
К фрикционному стопорению можно отнести использование анаэробных герметиков для резбовых соединений.
Если соединение болтовое (т.е. сквозное), то состав наносится на саму резьбу. Если же соединение винтовое (т.е. винт вкручивается в глухое отверстие), то фиксатор заливается внутрь отверстия. Отдельным положительным моментом такого стопорения является герметизация соединения и, как следствие, дополнительная защита от воздействия окружающей среды. Метод широко применяется в автомобильной промышленности ввиду своей дешевизны.
Чтобы понимать, какой клеевой фиксатор использовать и можно ли его вообще использовать в вашем случае, необходимо знать температуру эксплуатации, материал резьбовых элементов и еще ряд факторов. Поэтому данный способ не всегда применим. Но существуют механические способы при помощи стопорных шайб. В зависимости от конструкции технология установки таких шайб может немного различаться.
Стопорно-клиновые шайбы
Стопорно-клиновые шайбы по стандарту DIN 25201 продаются в паре. С одной стороны шайбы зубья мелкие, а с другой – более крупные. Они устанавливаются сторонами с крупными зубьями друг к другу. В процессе затяжки клиновые выступы становятся в упор, а мелкие зубцы вдавливаются в сопрягаемые поверхности, и в результате образуется жесткое стопорение. Зубчатые шайбы по стандарту используют в качестве прокладок между головкой болта и деталью, а также между гайкой и деталью. Зубцы врезаются в материал и создают жесткое стопорение.
Зубья с обеих сторон имеют форму зубьев храпового колеса. Такое соединение прочное, а создаваемая сила трения многократно превосходит шайбу-гровер из-за того, что вместо одного зубца используется несколько с каждой стороны. Главный недостаток — высокая стоимость из-за сложности изготовления зубчатых колес, которых на каждое соединение надо по два с каждой стороны.
Зубчатые шайбы DIN 6798
Зубчатые шайбы по стандарту DIN 6798 используют в качестве прокладок между головкой болта и деталью, а также между гайкой и деталью. Зубцы врезаются в материал и создают жёсткое стопорение.
Многолапчатые стопорные шайбы
Многолапчатые стопорные шайбы используют совместно со шлицевыми гайками и винтовыми валами, имеющим продольный паз. Например, в двигателе автомобиля. Одну из лапок шайбы загибают и вводят в шлиц притягиваемой гайки. Таким образом, образуется жесткое соединение гайки, шайбы и вала.
Пружинные шайбы DIN 127 (гроверы)
Пружинные шайбы DIN 127 (они же гроверы) и круглые DIN 6796 стопорят соединение за счет увеличения сил трения в соединении. Они создают фрикционное стопорение за счет того, что пытаются разжаться и вернуться в исходное положение. Шайба-гровер — самый простой способ механического застопоривания гайки. Его главное преимущество — минимальная стоимость. Их используют даже в местах, где вибрация прикладывается к соединению очень редко, например, для сборки домашней мебели.
Гроверы бывают как c засечками на концах DIN 127a, так и гладкими DIN 127b. Концы давят на детали соединения и создают дополнительную силу трения, а случае гровера с засечками – еще и врезаются в металл.
Пружинные шайбы с радиальными зубьями
Пружинные шайбы с радиальными зубьями применяются по французскому стандарту NF E 25511. Они врезаются зубьями в тело гайки или болта, а по поверхности шайбы стопорение осуществляется за счет сил трения, как и в случае гладкой шайбы.
Шплинтовка
Известен старый и распространенный способ стопорения гаек, как шплинтовка. Для стопорения шплинтами используют либо специальные корончатые гайки, либо в обычной гайке делают пропилы, а в болте просверливают сквозное отверстие. Далее гайку устанавливают так, чтобы отверстие в болте совпало с одним из пропилов, и пропускают через все отверстия разводной шплинт.
Шплинтовое соединение обеспечивает максимально возможный уровень защиты от откручивания. Резьбовое соединение невозможно раскрутить, не вынув шплинт. Единственный недостаток связан с необходимостью просверливания болта. Конструкция заранее проектируется с учетом такого отверстия (поперечное сечение делается увеличенным).
Шплинты используются для соединения самых ответственных и высоконагруженных деталей в авиации. Там ставят разводные шплинты из мягкой стали.
Жесткое стопорение без шайб
Современные крепежные элементы позволяют вообще не применять шайбы. Например, существуют самоконтрящиеся гайки по DIN 985, как это видно из названия, самостоятельно создают фрикционное стопорение за счет специальной конструкции.
Эти шестигранные гайки с одного торца имеют завальцованную внутрь кромку, удерживающую стопорную вставку из нейлона или металла. Вставка обеспечивает сопротивление к самоотвинчиванию за счет сил трения между ней и болтом.
Аналогично и жесткое стопорение можно создавать без помощи шайб, т.к. существую гайки DIN 6923 и болты DIN 6921 с зубчатым фланцем.
Механизм работы зубцов здесь такой же, как у шайб: насечка на фланцевой части врезается в сопрягаемую поверхность закрепляемой детали и создают жесткое стопорение. Естественно, все вышеперечисленные виды крепежа, создающие жесткое стопорение за счет зубчатой насечки, должны иметь твердость выше твердости детали.
Подробный разбор разных способов стопорения гаек, а также наглядную демонстрацию их работы смотрите в видео «КМП-Трейд» на канале YouTube.
Заключение
Способы борьбы с самопроизвольным раскручиванием резьбовых соединений разработаны и утверждены на уровне международных стандартов. Наиболее эффективными являются следующие методы:
- Контровка резьбового соединения с помощью шплинтов, шайб различной конструкции.
- Применение фиксатора резьбы – анаэробного состава.
- Использование самоконтрящихся гаек, а также фланцевых болтов и гаек.
Выбор того или иного варианта проводится в соответствии с технологическими картами по сборке изделий. При проектировании пользуются типовой документацией, допускающей применение тех или иных видов соединения в зависимости от прилагаемой вибрационной нагрузки и ответственности конструкции.
Где купить самоконтрящиеся гайки?
Купить сертифицированный крепеж оптом и в розницу вы можете на официальном сайте «КМП-Трейд», отправив заявку по почте mail@kmp-trade.ru или заказав по телефону 8-800-222-75-57. Отправка во все регионы. Сертификаты на все виды продаваемой продукции.