Стопорение резьбовых соединений и его виды
Работа механических соединений часто происходит при воздействии внешних нагрузок. Они приводят к снижению надёжности конструкций. Для предотвращения такого эффекта на этапе сборки предпринимают меры увеличивающие прочность крепления. Одним из способов, решающих такую задачу является стопорение.
Его используют с целью надёжной фиксации болтов, винтов, шпилек и гаек. Разработаны различные способы удержания скрепленных механических соединений. Их применяют при креплении штырей сцепных приборов. Все системы крепления (фиксации) стандартизованы. Для резьбовых соединений ГОСТ устанавливает порядок, правила, последовательность применения различных приспособлений.
На практике применяют два основных способа:
- позитивное или жёсткое;
- фрикционное.
Сущность первого основана на применении специального фиксирующего элемента. Разъединение двух деталей крепежа невозможно без удаления этого элемента. Чаще всего необходимо произвести деформацию или механическое разрушение детали.
Во втором создаётся повышенное сопротивление благодаря применению специальных шайб, контргаек, других изделий. Этот метод менее надёжен, чем первый. С его помощью возможна разборка резьбового соединения без разрушения отдельных частей. Одной из разновидностей этого способа является упругое стопорение. Контрующим устройством служит упругая деталь повышающая силу трения между составляющими крепления.
Повышения стойкости резьбового крепления добиваются применением комбинированного метода. Он объединяет отдельные способы, детали, конструктивные элементы обоих методов.
Стопорение стопорными винтами
Надёжной фиксацией механического узла считается применение специального винта. Его вкручивают в гайку, шплинт или другой крепёж. В боковой поверхности делают отверстие с соответствующей резьбой. Шаг резьбы выбирается значительно меньше основного шага. Его преимуществом является возможность контровки крепежа в произвольном положении. Недостатком специалисты отмечают нарушение части основной резьбы, снижение надёжности главного соединения.
Стопорение болтов зависит от назначения, формы головки, глубины вкручивания.
Выбор крепежа определяется государственными, отраслевыми стандартами, техническими условиями.
Стопорение шплинтами
Фиксация крепежных деталей может осуществляться с помощью специально подобранных шплинтов. Данное металлическое крепление, изготовленное из проволоки. Конструкция имеет форму стержня с полукруглой головкой. Крепление производится благодаря разжиманию концов шплинта. С помощью шплинта производят установку болта, винта, шпильки в требуемое положение. В них просверливают отверстие способное пропустить шплинт. Он должен достаточно свободно заполнять отверстие. Допускается небольшое применение усилия. Далее после его вставки края загибаются, обеспечивая надёжную фиксацию.
Стопорение деформацией металла
Данный метод предполагает изменение внешней геометрии закрепляемого узла. К нему относятся следующие способы стопорение:
- кернением;
- применением деформируемых шайб;
- изменение геометрии резьбового соединения (деформация одного из элементов).
Достоинством считается возможность получить надёжное соединение любой конструкции. Основным недостатком считается необходимость изменения начальной формы одного из элементов резьбового соединения без дальнейшего восстановления.
Большую популярность получил для закрепления потайных винтов, болтов, шпилек.
Стопорение проволокой
На основании утверждённого стандарта допускается стопорение проволокой. Такой принцип называется обвязкой. Он имеет два способа фиксации:
- стопорение между собой гайки и болта;
- фиксация гайки или болта к корпусу детали.
Для реализации этого метода в головках болтов или закреплённых гайках просверливают сквозные отверстия, через которые пропускают стальную проволоку. Их сверлят перпендикулярно поверхности фиксируемой детали. Проволокой обматывают (обвязывают) каждую деталь, зажимая их в требуемом положении. ГОСТ допускает стопорение одного конструктивного элемента или нескольких, создавая единую систему обвязки. Применение одновременной контровки группы гаек или болтов позволяет повысить надёжность всей конструкции. Повышения надёжности добиваются сверлением трёх отверстий. Крупногабаритные гайки обвязываются через шесть отверстий. Получатся бесступенчатая угловая фиксация.
Условием соблюдения надёжности фиксации является натяжение проволоки по направлению завёртывания гайки. Соблюдение этого направления способствует увеличению момента силы способствующей завёртыванию гайки (болта).
В противном случае происходит самопроизвольное раскручивание, что вызывает ослабление скрепляемой конструкции.
Государственные стандарты
Система выбора необходимого способа определяется принятыми государственными, отраслевыми стандартами и изложена в Единой Системе Конструкторской документации (ЕСКД). Она включает:
- ЕСКД Изображение резьбы (ГОСТ 2.311-68);
- отраслевой стандарт (ОСТ) 39502-77 (определяет способы, параметры и возможности различных видов крепления);
- все крепёжные изделия оговорены в ГОСТ 27017-86.
Для каждого вида фиксации резьбового соединения предусмотрен свой стандарт. Например, выбор пружинной шайбы производится на основании ГОСТ 6402-70.
Следовательно, все резьбовые соединения ГОСТ ЕСКД стопорятся на основании руководящих документов. Единая система конструкторской документации позволяет определить существующие способы предотвращения разъединений и выбрать необходимые детали для решения этих задач.
Источник
Способы стопорения резьбовых соединений
Самоотвинчивание разрушает соединение и может привести к аварии. Предохранение от самоотвинчивания весьма важно для повышения надежности резьбовых соединений и совершенно необходимо при вибрациях, переменных и ударных нагрузках. Вибрации понижают трения и нарушают условие самоторможения в резьбе.
Существует много способов стопорения или предохранения от самоотвинчивания:
1. Повышают и стабилизируют трение в резьбе путем постановки контргайки, пружинной шайбы, применения резьбовых пар в резьбе и т.п. контргайка создает дополнительное натяжение и трение в резьбе. Пружинная шайба поддерживает натяг и трение в резьбе на большом участке самоотвинчивания. Кроме того, упругость шайбы значительно уменьшает влияние вибрации на трение в резьбе, а остальные кромки ее прорези затрудняют поворот гайки (головки винта) относительно детали при отвинчивании.
2. гайку жестко соединяют со стержнем винта, например, с помощью шплинта или прошивают группу винтов проволокой. Способы стопорения этой группы позволяют производить только ступенчатую регулировку затяжки соединения.
3. гайку жестко соединяют с деталью, например, с помощью специальной шайбы или планки.
Заклепочные соединения
Клепаное соединение — неразъемное. В большинстве случаев его применяют для соединения листов и фасонных профилей. Соединение образуют расклепыванием стрежня заклепки, вставленное в отверстие деталей.
При расклепывании вследствие пластических деформаций образуется замыкающая головка, а стержень заклепки заполняет зазор в отверстии. Силы, вызванные упругими деформациями деталей и стержня заклепки, стягивают детали. Относительному сдвигу деталей оказывают сопротивление стержни заклепок и частично силы трения в стыке.
Отверстия в деталях продавливают или сверлят. Сверление менее производительно, но обеспечивает повышенную прочность. При продавливании листы деформируются, по краям отверстия появляются мелкие трещины, а на выходной стороне отверстия образуется острая кромка, которая может вызвать подрез стержня заклепки. Поэтому продавливание иногда сочетают с последующим рассверливанием.
Клепку (осаживание стержня) можно производить вручную или машинным способом. Машинная клепка дает соединения повышенного качества, так как она обеспечивает однородность посади заклепок и увеличивает силы сжатия деталей. Стальные заклепки малого диаметра (до 10 мм) и заклепки из цветных металлов ставят без нагрева – холодная заклепка. Стальные заклепки диаметром больше 10 мм перед установкой в детали нагревают – горячая клепка. Предварительный нагрев заклепок, облегчает процесс клепки и повышает качество соединения (достигаются лучшее заполнение отверстия и повышенный натяг в стыке деталей, связанный с тепловыми деформациями при остывании).
Клепаные соединения применяются для деталей, материал которых плохо сваривается, и в тех конструкциях, где важно растянуть во времени развития процесс разрушения. Например: разрушение одной или нескольких из тысяч заклепок крыла самолета еще не приводит к его разрушению, но уже может быть обнаружено и устранено при контроле и ремонте.
Рис. 3. Клепаное соединение
Сварные соединения
Сварное соединение – неразъемное.Оно образуется путем сваривания материалов деталей в зоне стыка и не требует никаких вспомогательных элементов. Прочность соединения зависит от однородности и непрерывности материала сварного шва и окружающей его зоны. Сварное соединение является наиболее совершенным из неразъемных соединений, так как лучше других приближает составные детали к цельным. При сварном соединении проще обеспечить условия равнопрочности, снижения массы и стоимости изделия.
Применяемые в современном машиностроении виды сварки весьма разнообразны. Каждый из них имеет свои конкретные области применения. Из всех видов сварки наиболее широко распространена электрическая.
Различают два вида электрической сварки:
1. Электродуговая сварка : основана на использовании теплоты электрической дуги для расплавления металла. Для защиты расплавленного металла от вредного действия окружающего воздуха на поверхность электрода наносят толстую защитную обмазку, которая выделяет большое количество шлака и газа, образуя изолированную среду. Этим обеспечивают повышение качества металла сварного шва, механические свойства которого могут резко ухудшиться под влиянием кислорода и азота воздуха.
С той же целью производят сварку под флюсом. Этот вид сварки в настоящее время считается основным видом автоматической сварки. Производительность автоматической сварки в 10 – 20 раз и более выше ручной. Повышение производительности достигают путем применения тока 1000 – 3000 А вместо 200 – 500 А при ручной сварке. Это обеспечивает более рациональное формирование шва и повышает скорость сварки.
В то время как при ручной сварке образование шва достигается в основном за счет металла электрода, при автоматической сварке шов формируется в значительной степени за счет расплавленного основного металла, что не только сокращает время сварки, но и значительно снижает расход электродного материала. Автоматическая сварка под слоем флюса обеспечивает высокие и, что особенно важно, однородные, на зависящие от индивидуальных качеств сварщика механические свойства соединений.
В электрошлаковой сварке источником нагрева служит теплота, выделяющаяся при прохождении тока от электрода к изделию через шлаковую ванну. Электрошлаковая сварка предназначена для соединения деталей большой толщины. Толщина свариваемых деталей практически не ограничивается. Толщина свариваемых деталей практически не ограничивается. Электрошлаковая сварка позволяет заменять сложные и тяжелые цельнолитые и цельнокованые конструкции сварными из отдельных простых отливок, поковок и листов, что значительно облегчает и снижает стоимость производства. Эта сварка применена и для чугунных отливок.
2. Контактная сварка основана на использовании повышенного омического сопротивления в стыке деталей и осуществляется несколькими способами.
При стыковой контактной сварке через детали пропускают ток, сила которого достигает нескольких тысяч ампер. Основное количество теплоты выделяется в месте стыка, где имеется наибольшее сопротивление; металл в этой зоне разогревается до пластического состояния или даже до поверхностного оплавления. Затем ток выключают, а разогретые детали сдавливают с некоторой силой – происходит сварка металла деталей по всей поверхности стыка. Этот вид сварки рекомендуют применять для стыковых соединений деталей, площадь поперечного сечения которых сравнительно невелика.
При точечной контактной сварке соединение образуется не по всей поверхности стыка а лишь в отдельных точках, к которым подводят электроды варочной машины.
При шовной контактной сварке узкий непрерывный или прерывистый шов расположен вдоль стыка деталей. Эту сварку выполняют с помощью электродов, имеющих форму дисков, которые катятся в направлении сварки. Точечную и шовную сварку применяют в нахлесточных соединениях преимущественно для листовых деталей толщиной не более 3 – 4 мм и тонких стенок арматурных стенок. В отличии от точечной шовная сварка образует герметичное соединение.
Все рассмотренные виды контактной сварки высокопроизводительны, их широко используют в массовом производстве для сварки труб, арматуры, кузовов автомобилей, металлической обшивки железнодорожных вагонов, корпусов самолетов, тонкостенных резервуаров и т.д.
Источник
Детали машин
Предотвращение самоотвинчивания резьбы
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.
Источник
