Стопорение резьбовых соединений

Стопорение резьбовых соединений
Крепёжные резьбы (для неподвижных резьбовых соединений чаще всего используют метрическую резьбу с мелким шагом) обладают свойством «самоторможения», т. е. осевая нагрузка
не вызывает поворота одной резьбовой детали относительно другой (гайки относительно болта
или шпильки, ввертного болта относительно корпуса и т.д.). В случае действия только осевой
статической силы этого средства вполне достаточно, поскольку затяжка болтов создаёт моменты
трения в резьбе и на торце гайки в несколько раз больше величины отвинчивающего момента,
что надежно предохраняет соединение от ослабления.
Однако систематические или случайные вибрации, перекосы опорных поверхностей (при
монтаже или в эксплуатации вследствие изгиба) приводят к взаимному смещению деталей, к неравномерности упругих и остаточных деформаций, к существенному уменьшению коэффициентов трения в резьбе и на торце гайки (соответственно на 70…85 % и 75…80 %), и, как следствие,
к развинчиванию соединения.
Таким образом, при вибрациях могут быть кратковременные периоды, когда гайка оказывается почти свободной от осевых сил, и даже незначительные боковые силы могут вызвать ее
поворот.
Практика показала, что резьбовые соединения могут надежно работать при переменных
нагрузках только в застопоренном состоянии.
Различают два основных способа стопорения. Позитивное (или жесткое) стопорение –
отворачиванию препятствуют специальные детали (шплинты, многолапчатые шайбы и др.) и
фрикционное – стопорящие элементы создают дополнительное трение между витками резьбы
и/или между гайкой и корпусом (контргайки, пружинные шайбы, самоконтрящиеся гайки и др.).
Фрикционное стопорение менее надёжно, поэтому во всех ответственных соединениях (а
в авиации других не бывает) и в соединениях, расположенных внутри машины, применяют только позитивное стопорение. Если ослабление соединения не вызовет аварии машины, то может
быть использовано фрикционное стопорение с периодической подтяжкой ослабевших соединений.
Гайки при стопорении могут удерживаться за резьбу болта или шпильки (фрикционное
стопорение), за тело болта или шпильки (позитивное), за корпус (фрикционное и позитивное)
или специальный элемент (позитивное). Винты и ввертные болты закрепляют на корпусе, между
собой или за специальные детали.
Во многих случаях для стопорения используют стандартизованные элементы, с них и
начнём.
1
1. Шайбы стопорные многолапчатые по ГОСТ 11872–80 (рис. 1) для гаек по
ГОСТ 11871-80 (рис. 1). Применяют для закрепления вращающихся деталей (зубчатые колёса,
подшипники, полумуфты и т.п.) на валах.
Лапка наружная
Лапка внутренняя
Шайба
шлицы
Гайка
паз
Рис. 1
Работает соединение так: на валу делают паз, в который входит внутренняя лапка многолапчатой шайбы, затем по резьбе накручивают шлицевую гайку, затягивают до момента, указанного в технических требованиях на сборочном чертеже, и загибают одну из наружных лапок в
ближайший шлиц на гайке.
Все элементы – резьба, паз, гайка и шайба – стандартизованы и согласованы между собой
(их размеры в зависимости от посадочного диаметра зажимаемой детали d см. [Курмаз, стр. 434435]). В библиотеке КОМПАСа они тоже есть.
2
2. Обвязочная проволока по ГОСТ 3282–74. Применяют, как правило, для стопорения
болтов, винтов и гаек (рис. 2), у которых предусмотрены соответствующие отверстия. Проволоку
пропускают через эти отверстия, а затем концы проволоки скручивают плоскогубцами. Иногда
используют отверстие в какой-нибудь близлежащей детали или в специально установленном
элементе (винт, штифт и т.п.).
Рис. 2
Для перевязки применяют стальную проволоку с диаметром d = 0,5…4 мм (рис. 3). Наиболее употребительные диаметры проволоки 0,8; 1,2 и 1,6 мм.
При стопорении следует соблюдать правильное направление перевязки: чтобы натяжение,
возникающее при скручивании концов проволоки, создавало момент, препятствующий отворачиванию стопоримого элемента (см. рис. 3).
Рис. 3
3
3. Шайбы стопорные с лапкой по ГОСТ 13463-77 (рис. 4) обычно применяют для фиксации ввертных болтов и гаек на шпильках с диаметром d = 3…48 мм, расположенных на фланцах
и рядом с ребром одной из соединяемых деталей (например, крышки – рис. 5). При стопорении
гаек, навертываемых на болты, необходима фиксация головки болта от поворота.
Рис. 4
Рис. 5
4
4. Шплинты по ГОСТ 397–79 с d = 0,6…20 и l = 4…280 (рис. 6) применяют для одиночных болтов в сочетании с корончатыми гайками различных ГОСТов. Шплинт пропускают сквозь
отверстие в болте и пазы на гайке, затем концы шплинта отгибают либо на грань гайки и торец
болта, либо оба конца – на грань гайки.
Рис. 6
5
Из нестандартных (в том смысле, что элементы не стандартизованы), но широко распространённых упомянем метод, используемый для фиксации гаек в корпусе (рис. 7).
Рис. 7
Суть в следующем: на внешней цилиндрической поверхности гайки, в которой
расположены подшипник и уплотнение, выполнены резьба и центрующий поясок.
На торцевой поверхности прорезаны шлицы, используемые для завинчивания и
6
стопорения гайки. Её фиксируют изогнутой кольцом проволокой, которая отогнутым концом входит в шлиц и специальное отверстие в корпусе. Кольцевую часть
проволоки укладывают в проточку на гайке (при внутреннем расположении проволоки) или на корпусе (при наружном расположении).
При сборке гайку с помощью шлицов закручивают в корпус и регулируют зазор в подшипнике. Затем совмещают ближайший шлиц с отверстием на корпусе и
пропускают через них проволоку.
И ещё отметим широко распространённый для стационарных агрегатов способ: пружинные шайбы по ГОСТ 6402-70 (рис. 8). Их ещё называют шайбой Гровера или просто «гровером». Стопорящий эффект состоит в упругом поджатии
гайки (создании таким образом дополнительной силы трения между витками винта
и гайки) и проникновении острых кромок в тела гайки и корпуса.
Последнее свойство несколько ограничивает сферу применения этих шайб
диапазоном твёрдости поверхностей 100…300 НВ, поскольку в более твёрдый металл не вонзишься, а менее твёрдом острые кромки делают глубокие канавки. Таким образом, эти шайбы нежелательно использовать на деталях из алюминиевых и
магниевых сплавов, из которых в основном изготавливают корпуса самолётных агрегатов малой и средней мощности.
Кроме того, гровер нагружает болт дополнительным изгибающим моментом,
что тоже нежелательно.
Рис. 8
Обзор, конечно, кратчайший, а способов гораздо больше. Тем, кому надо или
хочется больше, рекомендую книгу: Орлов П.И. Основы конструирования. М.:
Машиностроение. 1988 (в 2-х томах). Есть в библиотеке и в электронном виде.
7