Детали машин

4. Стопорение шайбами. 
 

4.1 Отгибные шайбы. 
 

Распространенным  способом позитивного стопорения является стопорение отгибными шайбами. Шайбы изготовляют из мягкой листовой стали и снабжают лапками. При установке шайбы под гайку одну из лапок фиксируют на стягиваемой детали (чаще всего отгибом на близлежащий уступ крепежного фланца), другую отгибают на грань гайки. Получается жесткая связь между гайкой и стягиваемой деталью (стопорение на корпус).

Помимо  отгибки на фланец, практикуют и другие способы фиксации шайбы на стягиваемой детали, пользуясь для этого любыми подходящими элементами детали, находящимися поблизости от гайки. Иногда фиксирующие элементы приходится создавать искусственно: лапку заправляют в специально проделанное поблизости от гайки отверстие,

 или  надевают ее на специально  установленный для этой цели  штифт, или фиксируют соседним болтом.

Фиксация стопорными шайбами применима  для ввертных болтов и для гаек, навертываемых на шпильки. При стопорении гаек, навертываемых на болты (рис. 5), необходима одновременная фиксация головки болта от поворота. При стопорении одной гайки (рис. 5,I) болт может вывернуться из застопоренной гайки. Правильная конструкция с фиксацией гайки и болта показана на (рис. 5,II). Фиксация стопорной шайбы на корпусе должна быть надежной и жесткой.

На рис. 6  показана стопорная шайба  с треугольным вырезом на лапке, позволяющим отгибать лапку не только на грань гайки (рис. 6,I), но и на угол шестигранника гайки (рис. 6,II), благодаря чему гайка может быть застопорена не через 60°, а через каждые 30° поворота. Шайбы часто выполняют без лапок, в виде круглых, овальных или прямоугольных пластинок. Фиксация шайбы на корпусе и гайки в данном случае достигается отгибом краев пластинок; иногда с вырубкой отгибаемых частей, что позволяет стопорить бесступенчато. Отгибные шайбы — стопоры разового применения. При каждой перетяжке соединения отгибные шайбы заменяют новыми.

   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.2 Упругие шайбы. 

Стопорение  упругими шайбами основано на создании постоянных сил трения в резьбе и  на торце гайки. Таким образом, в  данном случае сочетается принцип стопорения гайки «на болт» и «на корпус».

Силы  трения препятствуют отвертыванию гайки  при вибрациях, пульсации сил, действующих на соединение, а также при появлении остаточных деформаций в системе (например, при смятии опорных поверхностей). Чем больше упругость шайбы, тем надежнее стопорение. За  исключением  особых   случаев,   упругие шайбы устанавливают так, чтобы при окончательной затяжке обеспечивался жесткий упор гайки в опорную поверхность стягиваемой детали.

Простейшая и наиболее часто применяемая (хотя далеко не самая совершенная) форма упругого стопорения — разрезная  пружинная шайба — шайба Гровера (иногда называемая просто «гровером»). Шайба (рис. 7) представляет собой изготовленное из закаленной стали кольцо с косым разрезом под углом ~ 15° к оси кольца. Наклон разреза делается левым для правой резьбы и правым для левой резьбы.

Концы шайбы слегка разведены и снабжены острыми кромками. При затяжке кольцо сжимается, кромки врезаются в тело гайки и в опорную поверхность, обеспечивая стопорение гайки «на корпус». Врезание заметно выражено в том случае, когда опорные поверхности имеют не слишком высокую твердость (НВ < 300). В случае твердых металлов (закаленная, азотированная сталь и т. д.) действует только чисто упругое стопорение, отчего надежность контровки снижается.

Недопустима установка шайб Гровера на поверхностях мягких металлов (например, литые алюминиевые и магниевые сплавы): зубчики шайб портят такие поверхности.

Применение  стальных подкладных шайб сводит на нет  стопорящий эффект врезания зубчиков в тело корпуса. Нижняя граница применения шайб Гровера — металлы с твердостью НВ>150.

Для работы соединения как упругой системы безразлично, где установлена шайба: под гайкой  или под головкой болта, или одновременно под гайкой и болтом в последнем случае упругость системы увеличивается вдвое. Основной недостаток шайбы Гровера заключается в том, что от увеличения сечения кольца в ширину и в высоту возрастает развиваемая кольцом упругая сила, но не повышается упругая деформация. Другой существенный недостаток — неизбежность внецентренного приложения силы затяжки, вызванная тем, что сила затяжки передается гайке (и опорной поверхности) в большей степени на участке расположения храповых зубчиков, чем на остальной части окружности. Лучше в этом отношении пружинные шайбы  прямоугольные, выгнутые по цилиндру (рис. 8). Шайбы затягивают до расплющивания, что обеспечивает жесткий упор гайки в опорную поверхность и возможность затяжки болта большой силой.

Для увеличения упругости шайбы снабжают радиальными  прорезями или делают разрезными. Применяют установку шайб одновременно под гайку и под головку болта. Для удобства монтажа упругие шайбы иногда заделывают в гайку соединением, обеспечивающим возможность проворачивания гайки относительно шайбы. 

4.3 Храповые шайбы.

 При этом способе под гайку подкладывают шайбы, выполненные из закаленной стали и снабженные зубчиками. Форма зубчиков такова, что они, не мешая завертыванию гайки, препятствуют ее отвертыванию, впиваясь своими острыми гранями в торец гайки и в опорную поверхность корпуса и действуя наподобие храповых собачек (откуда и возникло название шайб).

Вместе  с тем зубчикам, а иногда и шайбе  в целом придают известную  упругость, благодаря которой описанный эффект сохраняется и при небольшом ослаблении затяжки, а также при вибрациях и пульсации сил, действующих на соединение. Таким образом, стопорение осуществляется отчасти по принципу упругого стопорения, отчасти по принципу жесткой связи между гайкой и корпусом; гайка стопорится и «на болт» и «на корпус».

      Для упрощения монтажа храповые шайбы иногда встраивают в гайку, обеспечивая в соединении возможность вращения гайки относительно шайбы.

      Храповые шайбы не применяют,  если притягиваемая деталь изготовлена из мягкого (алюминиевые и магниевые сплавы) или из очень твердого металла (закаленная сталь). В первом случае шайбы портят поверхность детали, во втором — эффективность стопорения значительно снижается: остается только пружинный эффект, а храповой исчезает. Целесообразная область применения храповых шайб — детали с твердостью в пределах НВ 250 — 300. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Вязка проволокой. 

Во многих случаях применяют стопорение гаек при помощи проволоки. Проволоку  пропускают через отверстие в гранях стопоримой гайки и через отверстие в смежной гайке или в каком-нибудь близлежащем элементе детали, или в специально устанавливаемом элементе (винт, штифт и т. д.). Концы проволоки скручивают плоскогубцами (рис. 9).

Операцию сверления отверстий  в гайках выполняют в специальных приспособлениях. Обычно сверлят три отверстия (рис. 9,I), реже шесть (рис. 9,II). При таком способе сто-порения увеличение числа отверстий не имеет смысла, так как правильная вязка может быть осуществлена при большом угле поворота гайки; в отличие от большинства других позитивных способов стопорения вязка позволяет осуществить практически бесступенчатую угловую фиксацию гайки.

На рис. (9, III) показан способ вязки через пазы корончатой гайки и отверстие в болте. Этот способ обеспечивает, с одной стороны, фиксацию гайки на болту, с другой - фиксацию болта относительно корпуса.

Отверстия под вязку в головках болтов обычно сверлят перпендикулярно граням (рис. 9,IV). .

При вязке  надо соблюдать следующее правило: натяжение, возникающее при скручивании концов проволоки, должно создавать момент, способствующий завертыванию стопоримой гайки . При противоположном направлении вязки проволока не предотвращает самоотвертывания гайки; напротив, появляется момент, способствующий отвертыванию гайки. Стопорение получается ненадежным и в случае «безразличного» направления натяжения. 
 
 
 

6.Самоконтрящиеся гайки. 

Правильно сконструированные  самоконтрящиеся гайки должны отвечать следующим условиям:

стопорение  гайки должно быть надежным;

конструкция должна обеспечивать легкое завертывание гайки вплоть до последней стадии затяжки;

- конструкция не должна мешать полной затяжке соединения;

- конструкция должна допускать многократное применение гайки;

- конструкция должна допускать применение стандартных ключей;

- конструкция должна допускать применение механизированных способов завертывания (при помощи гайковертов и т. д.).

Как правило, действие самоконтрящихся гаек основано на принципе фрикционного стопорения, т. е. создания повышенного трения в витках резьбы. Наиболее совершенны гайки, у которых повышенное трение создается только в конце затяжки. В конструкциях подобного рода в большей или меньшей степени используют упругие свойства материала гайки, поэтому почти все самоконтрящиеся гайки нуждаются в термообработке.

Наиболее  простой способ увеличения трения — это применение посадок с натягом для резьбовых деталей или резьб с разным шагом в гайке и на болте. В первом случае завинчивание деталей затруднительно, и поэтому этот способ применяют преимущественно в глухих соединениях (например, при установке шпилек в корпуса) или в тех случаях, когда необходимо фиксировать гайку в любом осевом положении на стержне.

Самоконтрящиеся гайки с коническими опорными поверхностями, основанные на принципе сжатия резьбы (а также создания повышенного трения на опорных поверхностях в конце затяжки), применяют в настоящее время редко в силу следующих присущих им недостатков:

- необходимости специальной обработки посадочных поверхностей в корпусах;

- создания дополнительных напряжений растяжения в корпусах; опасности смятия конических опорных поверхностей в корпусах (особенно при малых углах конуса);

- невозможности в ряде случаев (особенно при разрезных конусах) полной затяжки соединения вследствие защемления резьбы на участке расположения конуса. 

             рис. 10                                                                рис. 11 

На рис.10 показан простейший способ увеличения трения в резьбе к концу затяжки путем деформации последних (по ходу завертывания гайки) витков резьбы (например, кернов-кой). Недостаток этого способа — отсутствие упругости, необходимой для поддержания

натяга в резьбе при всех условиях работы.

На рис.11  изображены самоконтрящиеся гайки с удлиненной коронкой, целой или разрезной, которая при изготовлении обжимается. При завертывании гайки в момент, когда нарезная часть болта входит в обжатый участок, в резьбе возникает повышенное трение. Гайки с разрезными коронками (рис. 11,II) обеспечивают более надежное стопорение благодаря упругости лепестков коронки.

На рис. 12 показаны самоконтрящиеся гайки, действие которых основано на известном явлении самозатягивания упругого витка при вращении его по валу (этот принцип используют в некоторых конструкциях колес свободного хода). В верхней части гайки при помощи прорези образован виток, скрепленный с телом гайки короткой перемычкой; конец витка смещен к центру гайки для создания первоначального натяга. При завертывании гайки виток не препятствует вращению; при отвертывании возникает повышенное трение, тормозя 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7. Стопорение покрытиями. 

В некоторых  случаях для машин, работающих в закрытых помещениях без тряски и толчков, наружные крепежные детали специально не стопорят, а фиксируют лакокрасочными покрытиями, наносимыми на поверхность машины (рис. 1 — III;). Способ этот, разумеется, не может гарантировать надежного стопорения; все же он предохраняет крепежные детали от самоотвертывания.