Стопорные шайбы или как закрепить болтовое соединение

Время прочтения статьи: 20 минут

Автор статьи:

Болтовые соединения получили широкое применение в строительстве, машиностроении, приборостроении, многих других отраслях. Их распространение связано с возможностью крепления большинства деталей и конструктивных элементов, простотой сборки и разборки, широкой доступностью инструмента для монтажа, унификацией и взаимозаменяемостью крепежа, другими плюсами.

Резьбовые соединения позволяют выполнять надежное крепление, рассчитанное на значительные статические нагрузки. Однако они отличаются недостаточной стойкостью к вибрационному воздействию и к знакопеременным нагрузкам. Они вызывают постепенное уменьшение усилия затяжки. В результате наблюдается самоотвинчивание крепежных элементов. Это может приводить к серьезным последствиям, включая разрушение конструкций, выход из строя механизмов, аварии.

Для предотвращения самоотвинчивания в состав болтовых соединений включаются дополнительные специальные элементы — самоконтрящиеся гайки и стопорные шайбы. Детали второго типа используются чаще всего. Для монтажа надежных соединений необходимо знать, какие разновидности стопорных шайб бывают, и в каких случаях они применяются.

Разновидности стопорных шайб

Все стопорные шайбы подразделяются на несколько основных разновидностей:

• гроверная;
• зубчатая;
• тарельчатая;
• с выступами и лапками;
• с насечкой и рифлением.
• клиновая шайба (типа nord-lock).

Среди них наиболее широко распространены гроверные шайбы.

Они представляют собой кольца, имеющие надрезы, сделанные таким образом, чтобы их концы находи-лись в различных плоскостях.

Поскольку шайбы-гроверы изготавливаются из подпружиненной стали, то после установки они подвергаются упругой деформации, благодаря которой и предотвращают самопроизвольное развинчивание резьбовых соединений.

Все гроверные шайбы имеют квадратное поперечное сечение и могут изготавливаться как с антикоррозионным покрытием, так и без него.

Зубчатые стопорные шайбы могут иметь как плоскую, так коническую форму, а их зубцы, в зависимости от разновидности этого крепежа, бывают как внешними, так и внутренними.

Они подразделяются на три типа: A, J, V. Как нетрудно догадаться из самого названия, тарельчатые стопорные шайбы имеют форму тарелок, а на осталь-ных наличествуют насечки, рифления, лапки и выступы.

Как работает шайба гровер

Устанавливается гровер под гайку или под головку болта (винта). Принцип работы гровера основан на том, что при вращении гайки (по часовой стрелке) острые кромки разреза не препятствуют полному сжатию шайбы.

В результате в витках резьбы создается упругий натяг, который создает дополнительное гарантированное трение между витками, препятствующее самопроизвольному отвинчиванию крепежа.

Кроме того, самопроизвольному отвинчиванию (вращению против часовой стрелке) препятствуют врезающиеся в основной материал острые кромки разреза шайбы пружинной.

Стандарты стопорных шайб

В России все стопорные шайбы выпускаются в соответствии с ГОСТ 13463-77, со-гласно которому для их изготовления должна использоваться сталь, твердость кото-рой лежит в пределах от 41.5 до 49.5 HRB.

В тех случаях, когда для этой цели приме-няется бронза, этому показателю надлежит быть в два раза выше. Кромки срезов гро-веров должны быть заостренными, а на поверхностях стопорных шайб других типов не должно быть заусенец, трещин, признаков коррозии и окалины.

Проверка качества этих крепежных изделий проводится согласно ГОСТ 17769-83.

В ходе этого процесса из каждой изготовленной партии отбирается несколько изделий для того, чтобы проверить их внешний вид, размеры, качество покрытия (если таковое имеется), вязкость, твердость и пружинистость.

Рекомендации по выбору шайб-гровера

При выборе следует учесть, что:

• Проходной диаметр и направление навивки витка шайбы должны соответствовать диаметру и направлению резьбы болта. Обычно это правого исполнения (по часовой стрелке). На рынке можно встретить шайбы для крепежа левой резьбы;
• Тип шайбы (Н, Т, ОТ или Л) должен соответствовать предполагаемым нагрузкам на крепеж;
• Выбрав тип гровера выбрать тарированный ключ (отвертку) с тарированным моментом закручивания, соответствующим типу шайбы;
• Толщина и вид гальванического покрытия должны удовлетворять условиям эксплуатации механизма. Если таковых нет, заранее выбрать вид дополнительного покрытия (консистентная смазка, краска, клей).

Монтаж и демонтаж стопорных шайб

Для того чтобы установить стопорную шайбу, ее размещают между головкой резьбового крепежного элемента (болта, винта и т. п.) и той поверхностью, в которую он ввинчивается.

При затяжке соединения она сжимается, чему препятствует ее упругость.

В итоге создается сила трения, препятствующая самораскручиванию соединения.

Поскольку прочность соединения с использованием стопорных шайб достаточно высока, то их демонтаж является более сложной задачей, чем установка.

Следует заметить, что в некоторых случаях для этого приходится использовать такие инструменты, как молоток и зубило.

Основная же задача состоит в том, чтобы немного сдвинуть этот крепежный элемент с места, в результате чего соединение ослабится, и резьбовой элемент можно будет просто выкрутить.

Еще один способ состоит в использовании съемников, предназначенных специально для «устранения» из соединений стопорных шайб и колец.

Следует, однако, иметь в виду, что их применение практически всегда ведет к повреждению этих деталей.

Что же должна стопорить такая шайба?

Что мы можем делать, имея подобное стопорящее соединение? К основным конструктивным элементам этих шайб можно отнести наличие зубьев, лапок, насечек, а также разнообразие форм (гроверные, выгнутые, тарельчатые и волнистые). Материалом для изготовления служит специальная пружинная сталь. В отличие от плоских шайб стопорные обеспечивают достаточную площадь соприкосновения с резьбовыми поверхностями, что предотвращает развинчивание. По сути, любую шайбу, не являющуюся плоской, можно смело отнести к стопорным. Использование их предусматривается практически во всех соединениях.

Когда непосредственно стоит использовать стопорные шайбы? Это ситуации, при которых во время эксплуатации соединения есть вероятность воздействия больших внешних нагрузок, особенно вибрационных. Эти условия могут способствовать ослаблению или раскручиванию резьбового соединения, чего не допустит эта шайба. Также сюда можно отнести и ситуацию, когда они используются просто в качестве страховки для придания дополнительной прочности и большей надежности. Из этого выводится следующий итог: стопорные типы шайб можно и нужно использовать в любом соединении с резьбой, при условии, что такую возможность дают конструктивные условия изделия или прибора.

Перспектива использования шайб-гровера

Лет 20 назад немецкие, а за ними американские и британские исследователи пришли к выводу, что во многих современных механизмах и строениях с повышенными вибрационными и динамическими воздействиями традиционные шайбы гровера не обеспечивают достаточной защиты крепежа от самопроизвольного отвинчивания.

Объясняется это тем, что:

• После окончательного заворачивания гаек и болтов гровер превращается в простую шайбу, которая дает лишь незначительный натяг в витках резьбы, только чуть-чуть увеличивающий силу трения;
• Эффект от «вгрызания» торцев разреза в основной материал, особенно если он не твердый, при раскручивании незначителен;
• Значительная остаточная деформация шайбы гровера после разборки соединения не позволяет ее повторное использование.

В результате применение шайб гровера в ответственных механизмах и сооружениях запрещено.

Убедиться в выполнении этих рекомендаций можно, посмотрев современные образцы европейской техники — там гровера нет.

Вместо них рекомендовано использовать другие пружинные шайбы, специальные гайки, другие способы контровки.

Шайбы NORD-LOCK

Шайбы NORD-LOCK — прогрессивный крепеж в резьбовых соединениях. Его применение предотвращает самораскручивание соединения. Особая конструкция такого крепежа не только предотвращает самопроизвольное отвинчивание, но также и сохраняет предварительное натяжение в соединении.

В крепежном изделии NORD-LOCK применен стопорно-клиновой эффект для сохранения прочности соединения. В основе фиксации соединения с помощью таких метизов лежит в первую очередь предварительное натяжение (в обычных трение). Конструктивно шайба NORD-LOCK состоит из 2 шайб нижняя и верхняя сторона которых имеет форму зубцов (клиньев), препятствующих спонтанному отвинчиванию.Благодаря конусообразной форме, в соединении долго сохраняется предварительное натяжение даже если болт и гайка из “релаксирующего”, мягкого материала.

Интернет-магазин Крепком предлагает купить шайбы, болты, гайки, шпильки и другой крепеж по привлекательным ценам. У нас большой выбор способов оплаты, отправка товара транспортными компаниями в любой город.

Статьи о продукции Обновлено: 03.12.2020 16:42:45

Разновидности и критерии выбора

Гроверы выпускают в двух вариантах: простой и сложный. Первый отличается разными диаметрами и высотой пружины, но отклонения витков всегда под одинаковым углом к центральной линии. Сложные детали используют для нагруженных соединений, отличаются конструкцией.

Выпускают четыре версии гроверных шайб с поперечным сечением в форме квадрата:

• нормальная — обозначение Н;
• тяжелая — Т
• особо тяжелые — ОТ.

Есть еще легкая версия, у нее поперечное сечение выполнено в виде прямоугольника, она обозначается буквой Л. Отличаются модели несущей способностью и силой деформации, при которой прокладка деформируется.

При выборе учитывают толщину вставки, размер промежутка между разрезанными торцами. Подбирают прокладку по диаметру шпильки, винта, болта по внешней резьбе. Важно и качество покрытия, точность обработки. Не допускаются трещины, участки коррозии, окалины. Такие эффекты разрешаются только на местах разреза.

Конструкция

Пружинная шайба внешне схожа с неполным витком спирали. Принципиальное значение имеет расположение ее торцов, находящихся в разных плоскостях.

В рабочем положении зазор ориентирован в направлении вращательного движения, осуществляемому при закручивании крепежа. Такое конструктивное решение сводит возможность ослабления соединения к минимуму, поскольку шайба выполняет функцию стопора.

Чем можно заменить

Гайка самостопорящаяся
Гроверную шайбу можно успешно заменить другими конструкциями:

• самостопорящиеся гайки — в крепеже стоит круговая пластина из пластика, которая при нагрузке сминается, и не дает раскручиваться гайке;
• шайба тарельчатого типа также подходит для замены, стоит недорого;
• коронную гайку используют, когда нужно отверстие для шплинта;
• зубчатый фланец имеет насечки для плотного стыкования с гайками.

Тарельчатая шайба

Коронная гайка Зубчатый фланец

Вариантов стопора много, поэтому всегда есть выбор по техническим свойствам, прочности и условиям применения.

Для чего нужна шайба в крепежных соединениях?

Установку шайбы при создании крепежа можно опустить. Однако в таком случае существуют риски эксплуатации всей конструкции. Шайба увеличивает предельно допустимые нагрузки на конструкции. Даже при постоянном воздействии вибрации, ударов, тряски, шайба фиксирует положение детали и предотвращает раскручивание. Диапазон применения шайб достаточно большой – от элементов мебели с незначительными нагрузками до крыльев самолетов, где надежность крепежа ставится превыше всего.

При использовании шайб вы сможете увеличить эксплуатационный срок изделия, замедлить износ, снизить риски повреждений и другие деформации. Исходя из этого, нужно понимать важность использования шайб.

Преимущества и недостатки

1. Возможность получения крепкого резьбового соединения, устойчивого к вибрациям;

2. Высокая прочность и износоустойчивость шайб;

3. Небольшие масса и размер;

4. Очень низкая цена даже по сравнению с другими крепёжными элементами;

5. Простота использования;

6. Устойчивость к воздействию влаги благодаря наличию антикоррозионного (как правило, оцинкованного) покрытия;

7. Универсальность применения.

Недостатков у этого изделия немного. Основные из них следующие:

1. Если на граверную шайбу имеются очень высокие нагрузки, со временем она становится плоской и натяжная сила существенно уменьшается;

2. Вторичное применение практически невозможно из-за наличия остаточной деформации;

3. Если применять болты или винты из мягких металлов, края шайбы могут повредить резьбу.

Технические требования

В ГОСТе 6402-70 также прописаны правила, которыми должен руководствоваться производитель пружинных шайб. Ниже приведена лишь часть из них.

• В качестве сырья для изготовления данной продукции должна использоваться проволока, соответствующая требованиям ГОСТ 11850, принятого в 1970году. Также допускается применение заготовок из сплавов следующих марок: жаропрочная коррозионностойкая высоколегированная конструкционная сталь 3X13; рессорно-пружинная конструкционная сталь 65Г; нелегированная рессорно-пружинная конструкционная углеродистая сталь 70; бронза марки БрKMц3-1 либо иные цветные сплавы.
• Показатель твердости, определяемый по методике Роквелла: стальных пружинных шайб, должен находиться в пределах 40,0…41,5≤НRС≤48,0…49,5; бронзовых гроверов должен быть не меньше 90НRВ

Твердость гроверов, произведенных из стали марки 70, может быть увеличена до 50,0≤НRС≤51,5.

• На поверхности изделий не должны присутствовать следы коррозии, признаки растрескивания, остатки облоя – заусенцы, а также частицы чешуйчатого вида – окалина. При этом остатки неотделимой окалины не выводят продукцию в категорию брака.
• Срез на концах витков шайб должен быть плоским. Сколы металла, не выводящие значение параметра «m» (см. чертеж исполнения №1) за пределы допустимых отклонений, в число браковочных признаков не входят.
• Кромка, сформированная опорной поверхностью изделия и плоскостью среза должна быть, по возможности, максимально острой.
• К дефектам не причисляется трапециевидная конфигурация поперечного сечения пружинной шайбы, не выходящая за пределы параметра «s» — на чертеже это высота витка.
• Гровер не должен давать трещин и переламываться, если концы подвергаются изгибу на угол, составляющий 45°.