Все резьбовые крепежные детали склонны к самотовертыванию под действием внешних сил, таких как вибрация, ветровые, динамические и ударные нагрузки. Если они надежно не застопорены, то это может привести к самым серьезным последствиям. Известны случаи, когда отвинтившаяся гайка или болт ставали причиной поломки механизма и вызывали тяжелые аварии.
Существует множество способов предотвращения ослабления резьбовых соединений, которые основаны либо на принципе жесткого стопорения (шплинты, отгибные шайбы, проволока) либо фрикционного, то есть за счет увеличения силы трения (контргайки, упругие шайбы, самостопорящиеся гайки).
Основные виды самоконтрящихся гаек
Как работают самоконтрящейся гайки?
Как следует из названия, самоконтрящаяся гайка не нуждается в дополнительных стопорных деталях и других способах защиты от самоотвинчивания. Она имеет определенный механизм фиксации, являющийся неотъемлемой частью ее конструкции, и это делает ее пригодной для использования в условиях высокой вибрации.
Таких самозажимных стопорных гаек разработано много видов и каждая из них получила широкое распространение. Как правило, их самоблокировка на ответной резьбе болта происходит за счет повышения силы трения в витках. Например, она может иметь нейлоновое кольцо или деформированный участок резьбы, то есть в ней есть некоторая часть, которая упруго деформируется, чтобы обеспечить фрикционное действие.
Что такое гайки с преобладающим крутящим моментом?
Именно так называют самоконтрящиеся контргайки многие зарубежные производители и разработчики этих изделий. По определению, «крепежные детали с преобладающим крутящим моментом имеют автономную функцию, которая создает фрикционное взаимодействие между резьбой сопрягаемых компонентов».
Самостопорящиеся гайки не могут свободно вращаться на ответных резьбовых стержнях, следовательно, как при сборке, так и при разборке вы столкнетесь со значительным сопротивлением вращению, для преодоления которого требуется дополнительное усилие. Это сопротивление и называется «преобладающим крутящим моментом». Чем больше степень деформации, тем выше требуемый момент для установки и снятия.
Например, для гайки с нейлоновой вставкой это крутящий момент, необходимый для преодоления сопротивления волочению нейлона по сопрягаемой резьбе. Его значение обычно не очень велико по сравнению с крутящим моментом окончательной установки.
Преимущество перед гайками свободного хода
Свободно вращающиеся стопорные гайки часто полагаются на дополнительный стопорящий элемент, такой как стопорная шайба или зубчатый фланец. Однако после первоначального ослабления они перестают сопротивляться отвинчиванию, что может привести в скорости к полной разборке соединения.
Крепеж с преобладающим крутящим моментом лишен этого недостатка, так как после небольшого ослабления затяжки он продолжает сопротивляться дальнейшему отвинчиванию из-за трения. Даже при сильных вибрациях сопрягаемые детали останутся свинченными вместе.
Гайка с нейлоновым кольцом или цельнометаллическая?
Существует множество видов самоконтрящихся гаек с преобладающим крутящим моментом, дизайн многих из них запатентован или отвечает требованиям определенных стандартов, но в целом их можно разделить на две категории:
- цельнометаллические
- с неметаллической вставкой
Стопорные гайки: цельнометаллическая и с нейлоновой вставкой
Гайки с полимерной вставкой имеют не выпадающее нейлоновое кольцо, завальцованное в верхней части резьбы и создающее необходимый натяг при затягивании на болте для стопорения резьбовой пары. Они многоразовые, поскольку после демонтажа упругая нейлоновая вставка возвращается к своей первоначальной форме. Их можно устанавливать в местах, где температура достигает 120 градусов по Цельсию. При критически высоких температурах рекомендуется использовать полностью металлические контргайки.
Все цельнометаллические самостопорящиеся гайки обеспечивают блокирующее действие за счет некоторого изменения формы - чаще всего за счет деформированного участка гаечной резьбы, который врезается в сопрягаемую деталь при затяжке. Это означает, что нужно приложить большее усилие как для сборки, так и для разборки соединения. Кроме того, они полностью металлические, поэтому их можно использовать в местах, где есть воздействие определенных химических веществ и повышенных температур, вплоть до 750 градусов по Цельсию.
Таким образом, у каждого вида контргаек есть свои преимущества и недостатки, а именно:
- Цельнометаллические стопорные гайки имеют меньше ограничений по температуре и химическим веществам, но они склонны к истиранию резьбы и их трудно навинтить на длинные болты.
- Изделия с неметаллическим вкладышем имеют ограничения по температуре и не устойчивы к некоторым химическим веществам, но могут быть свинчены с длинными болтами без повреждения резьбы. Кроме того, поскольку неметаллический элемент плотно прилегает к сопрягаемой резьбе, он обеспечивает эффективное уплотнение соединения.
Деформированные цельнометаллические гайки
Международные стандарты не предъявляют строгих требований к конструктивному исполнению и размерам контрящих элементов, допуская разные варианты их исполнения. Этим и объясняется то обстоятельство, что цельнометаллические самоконтрящиеся гайки, выполненные по одному и тому же стандарту, могут отличаться формой и конструкцией контрящих элементов. Рассмотрим наиболее известные варианты исполнения:
Искаженный участок резьбы. Это наиболее распространенная конструкция цельнометаллической гайки с преобладающим крутящим моментом, у которой резьба на некоторых участках намеренно сделана неправильной формы (перекошена). За счет этого обеспечивается устойчивая к вибрации фрикционная посадка крепежа, более надежная, чем у контргайки с нейлоновой вставкой.
Деформация на эллипс. Это шестигранная гайка с коническим или цилиндрическим выступом, который пластически обжат, так что резьбовое отверстие в этой части имеет овальную форму сечения. Она вращается свободно до тех пор, пока ее деформированная верхняя резьба не войдет в зацепление с резьбой ответной части, затем она расширяется почти до круглой формы, создавая фиксирующее сжатие. Это односторонние стопорные гайки, то есть их можно установить только в одном направлении – обжатой стороной наружу.
Обжатие по торцу в трех точках. Блокировка гайки с таким контрящим элементом происходит в верхней части, как и у эллиптически деформированной модели, за исключением того, что деформирована не вся секция верхней резьбы, а только два или три небольших участка. Этого вполне достаточно для надежной фрикционной посадки на болт.
Центральный замок. Также известные как двусторонние контргайки, которые могут накручиваться на шпильку любой стороной. Они обжаты в радиальном направлении по граням или по ребрам в центральной части крепежа, в результате в этих местах диаметр резьбы уменьшается. Деформированный участок отлично препятствует свободному отвинчиванию крепежа. Одним из видов является гайка Biloc.
DIN 980 form M
Большим спросом в промышленности также пользуются цельнометаллические самоконтрящиеся гайки с металлической вставкой из пружинной стали (например, DIN 980 форма M). Дополнительный металлический упругий элемент в форме кольца, обжатого на эллипс или многогранник, обеспечивает надежную блокировку на резьбовом стержне за счет упругой деформации.
Распространенные стандарты
- DIN 980, 982, 985, 986, 6924, 6925, 6926, 6927
- ISO 7040, 7042—7044, 7719-7720, 10511—10513
- EN 1663, 1664, 1666, 1667
- ГОСТ Р 50271-92, ГОСТ Р 50272-92, ГОСТ Р 50273-92
На рынке существуют и другие запатентованные формы конструктивного исполнения металлических стопорных гаек с преобладающим крутящим моментом, поэтому предоставленная информация не является исчерпывающей.
Окончательный контроль качества гаек с функцией самофиксации основан на измерении моментов завинчивания и отвинчивания, значения которых должны соответствовать установленным нормам. В отечественной промышленности установлены следующие нормы на максимальный момент первого завинчивания (М1зав) и минимальный момент пятнадцатого отвинчивания (М15отв).
Нормативы контрящих свойств самостопорящихся гаек:
| Резьба | М1зав (максимальный), Н*м | М15отв (минимальный), Н*м |
| М3 | 0,7 | 0,03 |
| М4 | 0,9 | 0,1 |
| М5 | 1,3 | 0,15 |
| М6 | 2,7 | 0,2 |
| М8 | 4,9 | 0,4 |
| М10 | 6,9 | 0,6 |
| М12 | 9,8 | 1,0 |
| М14 | 12,7 | 1,5 |
| М16 | 15,7 | 2,0 |
Какой стороной устанавливают самоконтрящиеся гайки?
- Контргайки с неметаллическим вкладышем накручивается на шпильку стороной без резинки.
- Цельнометаллические гайки, обжатые по торцу и деформированные на эллипс, устанавливаются контрящим элементом наружу.
- Модели, обжатые по граням и ребрам, являются двусторонними.
Можно ли повторно использовать самостопорящиеся гайки?
Существуют некоторые разногласия по поводу того, можно ли использовать гайки с нейлоновым кольцом повторно. Упругий и прочный полимерный вкладыш принимает свою исходную форму после отвинчивания, поэтому их можно использовать многократно с полной безопасностью и без ущерба для эффективности блокировки. Но каждый раз перед следующим применением важно определить степень износа полимерного кольца. При первых признаках потери упругости или разрушения, лучше отказаться от использования крепежа. Для некоторых особо ответственных креплений, например в авиастроении, повторное использование вообще не допускается.
Большинство видов цельнометаллических контргаек сохраняют работоспособность после нескольких сборок/разборок резьбового соединения. Но есть и один недостаток – каждое последующее снятие снижает «преобладающий крутящий момент», что снижает эффективность стопорного крепежа.
Всегда следуйте рекомендациям производителя относительно повторного использования самоконтрящихся гаек, смазочных материалов для резьбы и значений крутящего момента. Не применяйте стандартные значения моментов затяжки к крепежу с преобладающим крутящим моментом из-за дополнительного трения фиксирующего элемента.
Предупреждение: Стопорные гайки с перекосом резьбы считаются необратимыми, то есть не подлежат повторному использованию, так как после первого применения в них нарезается новая резьба, и они теряют свою блокирующую способность.
Настоятельно рекомендуется устанавливать стопорящиеся металлические контргайки ближе к концу стержня сопрягаемой детали, поскольку, чем длиннее ее ход по ответной резьбе, тем выше вероятность снижения ее фиксирующей функции и повреждения резьбы болта.
Кроме того, не используйте высокопрочные цельнометаллические контргайки с преобладанием крутящего момента с сопрягаемыми деталями низкой прочности, потому что твердая гайка может повредить резьбу сопрягаемого стержня.
Где применяются?
Самостопорящиеся гайки можно отнести к наукоемким крепежным деталям, потребность в которых растет в самых разных отраслях промышленности. Благодаря хорошим стопорящим свойствам, их стали широко применять в автомобилях, самолетах, вертолетах, велотехнике, мотоциклах, сельхозмашинах и другой технике, где они испытывают колоссальные вибрационные нагрузки. Без них не могли бы нормально эксплуатироваться вибротрамбовки и зерносушилки. На них полагаются производители детских колясок и игрушек.
Использование самоконтрящихся гаек в любом болтовом соединении позволяет не только исключить самоотвинчивание крепежа, но и значительно повысить надежность крепежного узла без применения дополнительных стопорных крепежных изделий.
Владимир
Применимо для центровки промподшипников в веловтулках.
