Стопорение крепежа

Вместе с ними были аннулированы стандарты, а следовательно, исключены из применения еще ряд стопорящих элементов. Чем же сейчас стопорить болты, винты и гайки?

Вопрос не праздный. Несоблюдение правил стопорения приводит к самым серьезным последствиям: известны случаи, когда отвинтившиеся внутри механизма гайка или болт вызывали тяжелые аварии и выводили из строя дорогостоящие агрегаты.

Все нарезные крепежные детали машин должны быть надежно застопорены от самоотвинчивания. Это аксиома.

Устаревший крепеж: какие стандарты отменены

Многие традиционные методы стопорения ушли в прошлое. Стандарты, которые десятилетиями регулировали применение шплинтов, стопорных шайб и других элементов, пересмотрены.

Почему?

Появились более эффективные решения. Технологии не стоят на месте.

Что устарело

Но это не значит, что старые методы совсем не работают. Просто есть лучшие варианты.

Два типа стопорения: позитивное и фрикционное

Существует много способов решения проблемы самопроизвольного отвинчивания. Их можно разделить на две категории.

Позитивное (жесткое) стопорение

В первом случае стопоримая деталь соединяется со стопорящей деталью жесткой связью — стопором.

Отвинчивание невозможно без:

• ✖ Среза стопора
• ✖ Разрушения стопора
• ✖ Деформации стопора

Примеры: шплинты, стопорные шайбы с зубцами, клиновые шайбы.

Фрикционное стопорение

При фрикционном стопорении создается повышенное трение между деталями.

Разновидностью фрикционного стопорения является упругое стопорение. Введение в систему крепежа упругого элемента позволяет постоянно поддерживать натяжение.

Сила трения между контактирующими поверхностями будет поддерживаться при:

1. → Появлении некоторых остаточных деформаций
2. → Вибрациях
3. → Пульсациях нагрузки

Примеры: пружинные шайбы, анаэробные клеи.

Тест Юнкера: оценка вибрационной стойкости

Для оценки сопротивляемости крепежа самоотвинчиванию при действии вибрации разработан тест Юнкера, описываемый стандартом DIN 65151-2002 «Авиакосмическая серия. Динамические испытания стопорящих характеристик крепежных элементов в условиях поперечного нагружения (вибрационное испытание)».

В дальнейшем мы будем постоянно обращаться к результатам вибрационного теста для описываемых видов стопорящих элементов.

Как проводится тест

На установке для проведения теста резьбовое соединение со стопорящим элементом устанавливается на подвижное основание, которому придаются поперечные колебания заданной амплитуды и частоты.

После нагружения системы определенным числом циклов замеряют остаточное усилие затяжки и сравнивают с первоначальным.

Проще говоря:

• ✓ Закрутили болт с определенным усилием
• ✓ Потрясли с вибрацией
• ✓ Проверили, насколько ослабло
• ✓ Сравнили результаты разных методов

Объективно и наглядно.

Анаэробные фиксаторы: клей против самоотвинчивания

Для решения проблемы самоотвинчивания созданы однокомпонентные клеи. Клей заполняет микроскопические зазоры между витками резьбы, а затем, в контакте с металлом и при отсутствии воздуха полимеризуется в твердую и прочную термореактивную пластмассу.

Для стопорения крепежа используются анаэробные клеи.

Как наносить

При применении клея необходимо, чтобы вся длина резьбы была покрыта клеевым фиксатором. Кроме того, поверхностные пленки могут затруднять или даже исключать протекание анаэробных реакций.

Жидкие анаэробные фиксаторы наносятся на резьбовую часть:

1. → Вручную
2. → При помощи дозаторов

Если резьбовое отверстие глухое, клеем заполняют его полость.

Важные нюансы

При нормированной затяжке болтовых соединений необходимо откорректировать ее величину с учетом сниженного трения в резьбе.

Крепеж с предварительно нанесенным фиксатором

Иногда использование жидкого резьбового фиксатора невозможно или нежелательно. В таких случаях используется крепеж с предварительно нанесенным резьбовым фиксатором.

На резьбу наносится капсулированный резьбовой фиксатор. При затяжке микрокапсулы раздавливаются и из них выливается активатор, который запускает процесс анаэробной полимеризации.

Разборка соединения

Следующий аспект применения резьбовых фиксаторов — возможность разборки резьбового соединения без разрушения резьбы.

Как правило, прямой зависимости между усилием отвинчивания и сопротивляемостью самоотвинчиванию нет.

В ассортименте резьбовых фиксаторов есть препараты:

• ☑ Со слабой степенью фиксации — гарантируют разборку при помощи обычных инструментов
• ☑ С сильной степенью фиксации — разборка затруднена

Дополнительные преимущества

Благодаря отсутствию контакта с кислородом и влагой, резьбовые элементы не подвержены коррозии. Поэтому отвинчивание происходит легче, они могут быть использованы повторно после удаления старого и нанесения нового фиксатора резьбы.

Дополнительный положительный эффект — герметизация резьбового соединения.

Большинство фиксаторов химически стойки ко многим веществам, что позволяет использовать их в контакте с различными газами и жидкостями. В ряде случаев допустимо заменять глухие отверстия сквозными, что упрощает технологию производства.

Выбор марки фиксатора

Для выбора конкретной марки резьбового фиксатора необходимо знать следующие параметры:

1. Температура эксплуатации
2. Диаметр резьбы
3. Необходимую степень фиксации
4. Материал резьбовых элементов
5. Требования к химической стойкости и экологичности фиксатора

Связавшись с поставщиком всегда можно получить рекомендации по марке и технологии применения фиксатора.

Шайбы Nord-Lock: клиновая технология стопорения

Система стопорения Nord-Lock состоит из двух одинаковых шайб, каждая из которых имеет на одной стороне клиновые выступы, а на другой — радиальную зубчатую насечку.

Как это работает

При сборке болтового соединения шайбы устанавливаются клиновыми сторонами друг к другу. Угол клина α больше угла подъема резьбы β.

В процессе затяжки:

• ✓ Клиновые выступы становятся в упор
• ✓ Шайбы не могут провернуться по клиновым поверхностям в направлении затягивания
• ✓ Радиальные зубцы вдавливаются в сопрягаемые поверхности
• ✓ Между ними образуется жесткая связь

При отвинчивании, в том числе и самопроизвольном, клиновые поверхности шайб создают дополнительное осевое усилие, увеличивающее необходимый для откручивания крутящий момент.

Требования к твердости

Блокирующее действие шайб Nord-Lock возможно только в случае, когда твердость сопрягаемых поверхностей ниже, чем твердость шайб.

Поэтому шайбы закаливаются до твердости не менее 425HV или 465 HV (зависит от вида покрытия).

Согласно ГОСТу 1759.4 твердость болтов и винтов класса прочности 12.9 находится в пределах 385HV…435HV.

Таким образом, качественные шайбы Nord-Lock могут применяться совместно с крепежом класса прочности до 12.9.

Правила установки

Стопорение шайбами Nord-Lock относится к жесткому виду стопорения. Поэтому необходимо обеспечить врезание элементов шайбы во все контактируемые с крепежом поверхности, имеющиеся в соединении.

Два исполнения

Шайбы Nord-Lock производятся в двух исполнениях:

1. С обычным наружным диаметром — стандартное применение
2. С увеличенным наружным диаметром — для:

• → Окрашенных поверхностей
• → Деталей из мягких материалов
• → Увеличенных отверстий под крепеж
• → Продольных пазов

Геометрические размеры

Шайбы Nord-Lock выпускаются для крепежа с диаметром резьбы М3…М48. Имеются шайбы под резьбу до 130 мм.

Шайбы Nord-Lock поставляются с защитным цинковым покрытием. Также производятся шайбы из нержавеющей стали. Комплект поставки состоит из двух шайб, склеенных друг с другом.

Фирма Nord-Lock производит шайбы одноименного названия с 1982 года. Шайбы разработаны в соответствие с нормами стандарта DIN 25201 «Руководство по проектированию железнодорожного подвижного состава и его компонентов».

RIPP-LOCK: альтернатива Nord-Lock от Böllhoff

Фирма Böllhoff предлагает собственную разработку стопорных шайб под маркой RIPP-LOCK. Эти шайбы имеют геометрические размеры подкладных шайб по стандарту DIN 125.

Принцип работы

Принцип работы шайб RIPP-LOCK основан на жестком стопорении. На контактных поверхностях шайб выполнены радиальные зубцы.

Угол подъема резьбы β меньше угла касательной к поверхности зубца α.

При затяжке зубцы врезаются в контактирующую с ними поверхность, образуя жесткую связь.

Твердость и применение

Твердость шайб — 350…500 HV (36,3…48,2 HRC), поэтому их нельзя применять с более твердыми материалами.

Могут быть использованы с крепежом классов прочности 8.8, 10.9 и 12.9.

Шайбы RIPP-LOCK и Nord-Lock используют схожий принцип стопорения. Поэтому и правила установки шайб RIPP-LOCK аналогичны.

Размеры шайб RIPP-LOCK

Крепеж с зубчатым фланцем: без шайб

Современные крепежные элементы позволяют вообще избавиться от шайб в резьбовом соединении. Для этого конструкторы разработали гайки и болты с зубчатым фланцем.

Как работает

Такой крепеж предохраняет от самоотвинчивания по принципу жесткого стопорения.

Зубчатая насечка на фланцевой части гайки или болта врезается в сопрягаемую поверхность закрепляемой детали и создает жесткую связь.

Естественно, твердость насечки крепежного элемента должна быть выше твердости детали.

Преимущества

• ★ Не нужны отдельные шайбы
• ★ Меньше деталей в соединении
• ★ Проще сборка
• ★ Меньше риск забыть шайбу

Пружинные шайбы: DIN 6796, контактные и Schnorr

Одним из популярных способов стопорения является применение в качестве подкладных шайб тарельчатых пружин разнообразных конструкций.

Три типа пружинных шайб

Гладкие шайбы (load washer) DIN 6796

Гладкие шайбы по стандарту DIN 6796 для фиксации крепежа используют исключительно фрикционное стопорение.

Шайбы предназначены для работы с болтами класса прочности 8.8…10.9.

Сила упругости шайб в плоском состоянии составляет 70…90% от силы затяжки болтов.

Шайбы имеют наружный диаметр несколько больший, чем подкладные шайбы по ГОСТ 11371-78 и выполняют, помимо стопорения, их функцию в крепежном соединении.

Контактные шайбы (contact washer) NF E 25-511

Шайбы с радиальными зубьями по французскому стандарту NF E 25-511 имеют насечку на наружной конической поверхности, сопрягаемой с крепежной деталью.

После сжатия шайбы до плоского состояния насечка врезается в тело гайки, болта или винта.

Таким образом, создается жесткая связь между крепежным элементом и шайбой, а по поверхности контакта шайбы с прикрепляемой деталью стопорение осуществляется исключительно силой трения.

Размеры контактных шайб

Шайбы этих серий (Z — узкие, M — средние, L — увеличенные) различаются наружным диаметром и толщиной.

Шайбы Schnorr

Шайбы с пилообразными зубьями часто называются шайбами Schnorr — по названию фирмы, имеющей патент на них.

Эти стопорящие шайбы имеют насечку не только с наружной, но и с внутренней стороны тарельчатой пружины.

При затяжке зубья врезаются как в поверхность крепежного элемента, так и в поверхность корпуса.

Такое стопорение называется смешанным, так как используется и фрикционный и позитивный способы стопорения.

Размеры шайб Schnorr

Выбор метода стопорения: практические рекомендации

Какой метод выбрать? Зависит от задачи.

Критерии выбора

Рекомендации по применению

Для ответственных соединений

Авиация, космос, транспорт:

• ✓ Nord-Lock или RIPP-LOCK
• ✓ Анаэробный фиксатор сильной фиксации
• ✓ Комбинация методов

Для массового производства

Автомобилестроение, бытовая техника:

• ✓ Крепеж с предустановленным фиксатором
• ✓ Болты/гайки с зубчатым фланцем
• ✓ Пружинные шайбы Schnorr

Для ремонта и обслуживания

Где нужна частая разборка:

• ★ Пружинные шайбы DIN 6796
• ★ Анаэробный фиксатор слабой фиксации
• ★ Контактные шайбы

Чего избегать

Не используйте:

1. ✖ Плоские шайбы под Nord-Lock/RIPP-LOCK (теряется эффект)
2. ✖ Анаэробный клей на грязных/замасленных поверхностях
3. ✖ Пружинные шайбы при сильных вибрациях (неэффективно)
4. ✖ Крепеж с зубчатым фланцем на мягких материалах (не врезается)

Тестирование

Если сомневаетесь — проведите тест Юнкера для вашего конкретного случая.

Лучше проверить заранее, чем столкнуться с проблемой в эксплуатации.

Современные методы стопорения надежны. Но только при правильном применении.

Выбирайте с умом. Стопорите надежно.