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
Виды стопорения крепежных деталей
Виды стопорения крепежных деталей.
Все нарезные крепежные детали машин должны быть надежно застопорены от самоотвертывания. Несоблюдение этого правила приводит к самым серьезным последствиям; известны случаи, когда отвернувшиеся внутри механизма гайка или болт вызывали тяжелые аварии и выводили из строя дорогостоящие агрегаты.
Различают два основных способа стопорения. Позитивное (или жесткое) стопорение заключается в том, что стопоримая деталь соединяется со стопорящей деталью жесткой связью стопором; отвертывание стопоримой детали невозможно без среза, разрушения или деформации стопора. К этому способу относится стопорение шплинтами, отгибными шайбами, пластинками, вязочной проволокой и т. д.
Другой способ заключается в создании повышенного трения между стопоримой и стопорящей деталями; этот способ называют фрикционным стопорением. К нему относится стопорение контргайками, упругими подкладными шайбами, самоконтрящимися гайками и т. д. Фрикционное стопорение менее надежно, чем позитивное; всегда существует опасность уменьшения силы трения и, как следствие, ослабление соединения.
По этой причине во всех ответственных соединениях и в соединениях, расположенных внутри машины, применяют только позитивное стопорение (главным образом шплинтами). Менее ответственные соединения, ослабление которых не может вызвать аварии машины, а также наружные (доступные для наблюдения) соединения допускается стопорить фрикционным способом. Однако в этом случае необходим периодический контроль с подтяжкой ослабевших соединений.
Разновидностью фрикционного стопорения является упругое стопорение, заключающееся в том, что в соединение вводят упругий элемент, постоянно поддерживающий натяжение в системе. Чем больше податливость системы, тем надежнее фрикционное стопорение; сила трения между стопоримой и стопорящей деталью будет поддерживаться при появлении некоторых остаточных деформаций, вибрациях, пульсациях нагрузки и т. д. При стопорении контргайками система почти не обладает упругостью, при стопорении шайбами Гровера (пружинными шайбами) обладает незначительной упругостью; при некоторых видах фрикционного стопорения обеспечивается весьма большая упругость.
Существуют и смешанные способы стопорения, в которых сочетаются принципы позитивного и фрикционного стопорения. Таков, например, случай храповых шайб. Здесь стопорение осуществляется отчасти повышенным трением в резьбе в результате упругой деформации шайбы при затяжке и отчасти созданием жесткой связи между гайками и корпусом в результате врезания зубьев шайбы в торец гайки и опорную поверхность корпуса.
Гайку можно стопорить на болт и на корпус (стягиваемую деталь). Различают следующие случаи.
1. Гайка удерживается за резьбу болта. При этом способе между витками резьбы гайки и болта теми или иными приемами создают повышенное трение, увеличивающее сцепление между гайкой и болтом. К данному способу относят, например, стопорение за счет натяга в соединении, контргайками, упругими подкладными шайбами, самоконтрящимися упругими гайками и т. д.
2. Гайка удерживается за тело болта. При этом способе применяют стопор той или иной формы, который одновременно входит в отверстия или выемки в теле болта и гайки. К данному способу относят стопорение шплинтами, шайбами с oтгибными лапками и т. д. Этот способ стопорения позитивный.
3. Гайка удерживается за корпус. При этом способе создают жесткую или упругую связь между гайкой и стягиваемой деталью (корпусом) или установленными на ней элементами. К данному способу относят, например, стопорение гаек лепестковыми шайбами с отгибом лепестков на гайку и на корпус, стопорение привертными шайбами с вырезами под гайку, вязку гаек проволокой и т. д. При этом способе обязательна одновременная фиксация болта от проворота относительно корпуса; иначе возможно самопроизвольное вывертывание болта из гайки.
На рис. 284 изображены различные способы стопорения крепежных деталей. Здесь примером фрикционного способа является стопорение шайбой Гровера, примером позитивного способа — стопорение шплинтами, отгибной шайбой и проволочной вязкой. Для болтов (а) и шпилек (б) применимы все возможные способы стопорения: фрикционного, позитивного с фиксацией гайки на тело болта или шпильки, позитивного с фиксацией гайки на корпус. Для ввертных болтов (в) возможно фрикционное (I) и позитивное стопорение болта на корпус (II, III).
Во всех случаях целесообразно увеличивать податливость болта. Это повышает надежность стопорения, способствуя сохранению постоянного натяга в соединении.
Соединения с короткими жесткими болтами (рис. 285, I) быстро ослабевают в эксплуатации, так как остаточные деформации, неизбежно возникающие со временем в резьбе и на опорных поверхностях, соизмеримы с удлинением болта при затяжке; поддерживать постоянный натяг в соединениях такого типа невозможно, особенно в условиях тряски, вибраций и пульсации нагрузки. Не помогает в данном случае и позитивное стопорение (рис. 285, II), шплинты только предупреждают потерю болта или гайки, соединение же с течением времени все равно ослабевает и делается неработоспособным.
В тех случаях, когда применение коротких жестких болтов продиктовано необходимостью (например, случай крепления отъемных листовых элементов рам, облицовок и т. д.), приходится прибегать к периодическому осмотру и подтяжке ослабевших соединений (регулярная подтяжка всех болтовых соединений шасси и корпуса автомашин). Шплинтовку гаек в данном случае не применяют, так как она только затруднила бы подтяжку.
Рациональное решение задачи состоит в увеличении податливости системы. Длинные тонкие упругие болты (рис. 285, III) могут удерживать гайку от самоотвертывания; шплинтовка в данном случае является дополнительной мерой предосторожности. Применение длинных болтов, однако, далеко не всегда возможно из-за габаритных условий; в этих случаях прибегают к установке специальных упругих элементов (рис. 285, IV—VI).
Аналогичный результат дает и повышение упругости стягиваемых деталей. На рис. 286, I, II приведены способы стягивания упругих фланцев; на рис. 287, I, II, III — прижима упругой крышки. Подобные конструкции, разумеется, применимы только в случае, если детали изготовлены из прочного материала с высоким модулем упругости. В целях исключения перетяжки соединении вводят ограничители (рис. 287, II, III). Величина затяжки в данном случае определяется размером зазора (а), выбираемого при затяжке.
Гайки, работающие под постоянным натягом сильных пружин (рис. 288, I), испытывают фрикционное стопорение. Однако при работе в условиях вибраций или под динамической нагрузкой целесообразно дополнительно стопорить гайку тем иди иным способом (рис. 288, II).
Глухое стопорение применяют в случаях, когда гайку на болте устанавливают навсегда.
На рис. 289 показаны различные способы глухого стопорения: полной (I) или частичной (II) сваркой (пайкой) гайки и болта, раскерновкой (III), расклепкой (IV) или развальцовкой (V, VI), обжатием удлиненного «воротника» гайки (VII), расклиниванием конца болта коническим штифтом (VIII), прошпиливанием гайки и болта штифтом (IX).
Наиболее простым способом из указанных является сварка, особенно частичная (достаточно одной капли расплавленного металла).
Источник
Способы стопорения резьбовых деталей
Все крепежные резьбы удовлетворяют условию самоторможения, 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 взаимных микросмещений поверхностей трения.
Стопорение резьбовых деталей осуществляют различными способами, при которых используют:
1. Дополнительное трение в резьбе,создаваемое с помощью контргаек, пружинных шайб (рис. 6.26, а), фрикционных вставок в винты или гайки (рис. 6.26, б, в) и т. п. В настоящее время контргайки приме-
S) в)
Рис. 6.26. Стопорение дополнительным трением в резьбе
мяют редко из-за необходимости увеличения длины винта, двойного расхода гаек и недостаточной надежности стопорения.
Пружинные шайбы 1 (рис. 6.26, а) представляют собой один виток цилиндрической винтовой пружины с квадратным сечением и заостренными краями. Вследствие большой упругости они обеспечивают сохранение сил трения в резьбе. Острые края шайбы, врезаясь в горцы гайки и детали, дополнительно препятствуют самоотвинчиванию гайки. Пружинные шайбы изготовляют разными для правой и левой резьбы.
Самоконтрящимися являются гайки с завальцованным пластмассовым стопорным кольцом (рис. 6.26, в). Резьба в кольце образуется при навинчивании на винт.
2. Фиксирующие детали,т. е. шплинты (рис. 6.27, а), проволоку (рис. 6.27, б), стопорные шайбы с лапками, которые отгибают после завинчивания гаек или винтов (рис. 6.27, в). Подобные устройства широко применяют вследствие их высокой надежности, простоты конструкции, удобства сборки и разборки.
3. Приварку (рис. 6.28, о) или пластическое деформирование: расклепывание (рис. 6.28,5), кернение (рис. 6.28, в). Такие способы применяют, когда соединение не требует разборки.
4. Пласты, лаки, краски и клеи, которые наносят на резьбу перед завинчиванием.
 |
| Рис. 6.27. Стопорение фиксирующими деталями |
Рис. 6.28. Стопорение приваркой и пластическим деформированием
Классы прочности и материалы резьбовых деталей
В зависимости от механических характеристик материала стальные винты, болты и шпильки изготовляют 11 классов прочности, которые обозначают двумя числами, разделенными точкой: 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 6.8, 8.8, 9.8, 10.9, 12.9.
Первое число, умноженное на 100, указывает минимальное значение временного сопротивления σB в Н/мм 2 материала резьбовой детали; произведение чисел, умноженное на 10, определяет предел текучести σТ в Н/мм 2 (для класса прочности 3.6 значения приблизительные).
При выборе класса прочности (табл. 6.3) для резьбовых деталей учитывают величину и характер нагрузки: например, класс прочности 4.6 рекомендуют для неответственных деталей; 5.6 —для деталей общего назначения; 6.6 —для деталей средней нагруженности, 12.9 — для деталей высокой нагруженности.
Таблица 6.3. Классы прочности и марки сталей для болтов, винтов, шпилек и гаек (выборка)
| Класс прочности | Временное сопротивление σв, Н/мм 2 | Предел текучести σг, Н/мм 2 | Марка стали | |
| болта | гайки | |||
| 4.6 5.6 6.8 10.9 | 400 500 600 1000 | 240 300 480 900 | 30, 35 45, 40г 30ХГСА | Ст3 10, Юкп 20, 20кп, 35 16ХСН |
Для стандартных стальных гаек высотой > 0,8d установлено 7 классов прочности: 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12. Это число указывает наибольший класс прочности болта, с которым гайка может быть сопряжена в соединении. Например, гайка класса прочности 4 может быть в соединении только с болтами класса прочности не выше 4.8.
Материалы резьбовых деталей.Стандартные крепежные резьбовые детали общего назначения изготовляют из низко- и среднеуглероди-стых сталей марок СтЗкпЗ, 10, 20, 35 и др. Эти стали в условиях массового производства позволяют изготовлять резьбовые детали методом холодной штамповки с последующей накаткой резьбы. Они хорошо обрабатываются резанием. Легированные стали марок 40Х, ЗОХГСА применяют для весьма ответственных винтов, болтов, шпилек и гаек.
Для повышения коррозионной стойкости резьбовые изделия, под-перженные действию воды или других окислительных сред, оксидируют, омедняют или оцинковывают. В некоторых случаях резьбовые детали изготовляют из неметаллических материалов (нейлон, полиамид и др.).
Источник
