Конечно мы не откроем Америку заявив что значительным преимуществом болтовых соединений над другими типами, например, такими как сварные и заклепочные соединения, является их способность к демонтажу.

Однако данное свойство – это не только преимущество. Оно может приводить к проблемам, таким, например, как случайное самоослабление в ходе эксплуатации . Такое случайное самоотвинчивание, которое в литературе называется вибрационное ослабление , является важным явлением. Но самое неприятное в том, что оно часто недооценивается инженерами.

А между тем, проектировщику крайне важно быть осведомленным о причинах возможного ослабления болтов, и он просто обязан принимать такие причины во внимание при разработке надежных соединений.

Информация, которую мы приводим ниже, как раз рассказывает про ослабление болтов и резьбовых крепежных деталей от вибрации. И это ключевые факты для проектировщиков по теории ослабления резьбовых крепежных соединений , а также о методах предотвращения самоотвинчивания .

Во многих конструкторских изданиях описываются многочисленные специальные фиксаторы, подходящие для резьбовых крепежных деталей. Однако такая информация о самоослаблении резьбовых крепежных деталей приведет в замешательство проектировщика, не владеющего теоретическими знаниями.

Ниже изложены основные данные о причинах самоотвинчивания резьбовых крепежных деталей и методах предотвращения данного явления.

О причинах самоотвинчивания болтов, гаек и других крепежных деталей

Разумеется, основной причиной ослабления болтов является вибрация.

Однако, в значительной степени более частой причиной ослабления, является боковой сдвиг гайки или головки болта относительно соединения, что приводит к появлению относительного движения в резьбе.

При отсутствии такого явления болты не ослабляются, даже если соединение подвергается очень сильной вибрации. В процессе детального изучения можно также определить усилие зажима , необходимое для болтов во избежание скольжения в соединении.

Зачастую результатом самоотвинчивания болта является усталостное разрушение , которое уменьшает силу зажима, действующую на соединение. В результате возникает скольжение в соединении, которое приводит к воздействию изгибающей нагрузки на болт и впоследствии – к разрушению болта от усталости.

Затянутые болты (или гайки) вращаются свободно, поскольку возникает относительное движение между внешней и внутренней резьбой. Это движение нейтрализует фрикционный зажим и создает момент затяжки, который пропорционален шагу резьбы и предварительной нагрузке.

Существует три общеизвестные причины возникновения относительного движения в резьбе:

1. Изгиб деталей , который приводит к возникновению усилий на поверхности трения. При возникновении скольжения, головка и резьба проскальзывают, что приводит к ослаблению.
2. Дифференциальные тепловые эффекты , возникающие при разнице температур или разнице в материалах стягиваемых деталей.
3. Приложенные усилия на соединение , которые могут привести к смещению поверхностей соединения, что вызовет ослабление болта.

Борьба с самоотвинчиванием

В 60-ых гг. в Германии было изучено, что знакопеременное усилие, примененное перпендикулярно, предотвращает самоотвинчивание.

Изучение данного вопроса привело к созданию установки для испытаний , которая позволила получить обширную информацию о затягивающем действии самозатягивающихся крепежных деталей.

Такие установки, как машины Джанкерса (Junkers machines) (о данных установках можно просмотреть видео – см. внизу статьи) названные в литературе в честь изобретателя, используются последние двадцать лет большинством производителей аэрокосмической продукции и автомобилей для оценки рабочих характеристик специальных самофиксирующихся крепежных деталей.

В результате длительных испытаний и тщательного изучения, учеными были усовершенствованы разнообразные фиксаторы, используемые большинством крупных компаний.

Например, обычная пружинная шайба больше не используется , поскольку было доказано, что она фактически способствует ослаблению, а не предотвращает его.

Существует множество фиксаторов резьбовых соединений. Несмотря на работу Подкомитета Американских Национальных Стандартов B18:20 по фиксирующим крепежным деталям, выделяют три основные категории.

Такие как:

• категория свободного вращения
• категория фрикционного сцепления
• категория химического фиксирования.

К категории свободного вращения относят простые болты с круговым рядом зубчиков под головкой с буртиком. Зубчики наклонного типа, что позволяет болту вращаться в направлении зажима, но стопориться в опорной поверхности при вращении в сторону отвинчивания. К данной категории относится «Визлок» («Whizlock»).

Категорию фрикционного сцепления можно разделить на две подкатегории: металлические и неметаллические. Металлические крепежные детали фрикционного сцепления обычно имеют искривленную резьбу, которая обеспечивает создание крутящего момента; примером данной категории является гайка «Филидаз» («Philidas»).Неметаллические крепежные детали фрикционного сцепления имеют пластиковые вставки, выполняющие функцию зажима резьбы; пример – гайка «Нилок» («Nyloc»).

К категории химического зажима относятся связующие вещества, которые заполняют пространство между внутренней и внешней резьбой, тем самым связывая их; примером служит «Локтайт» («Loctite»). Такие связующие вещества доступны в микроинкапсулированной форме и могут быть предварительно нанесены на резьбу.

Для того чтобы определить, что является наиболее подходящим для применения в каждом конкретном случае, необходимо тщательно изучить сферу и условия будущего использования крепежного изделия.

Если обобщить в двух словах, то, к примеру, категория химического зажима обеспечивает наилучшую защиту от вибрационного ослабления, благодаря фиксатору свободного свинчивания.

В общих чертах, для того, чтобы предотвратить ослабление крепежных деталей, необходимо:

1. Убедиться, что на промежуточной поверхности соединения достаточная сила зажима для предотвращения относительного движения между головкой болта или гайки и соединением.

2. Проверить, чтобы соединение было сконструировано с возможностью сопротивления воздействиям от вдавливания и релаксации напряжений .

3. Проконтролировать, чтобы были указаны только проверенные фиксаторы резьбовых соединений. Особенно, это касается резьбового герметика – такого как «Локтайт» («Loctite»), фланцевых крепежных деталей таких как «Визлок» («Whizlock»). Или крепежные детали, преобладающие крутящий момент, например, «Нилок» («Nyloc»).

Самоотвинчивание крепежных деталей – только один из аспектов конструирования болтовых соединений, о которых должен помнить каждый конструктор в процессе проектирования.

Как видно на боковом фото, даже если резьба полностью зафиксирована герметиком, то это не устранит проблемы при недостаточной предварительной нагрузке болта для предотвращения сдвига соединения. На фото показан частично изношенный от сдвига болт М12.

Применение положения чертежного аналитического анализа для предотвращения вибрационного ослабления резьбовых крепежных деталей составляет сложную задачу.

Поэтому многие серьезные компании, такие, например, как Болт Саенс (Bolt Science) разработали компьютерные программы в помощь инженерам для преодоления проблем, связанных с использованием соединений с резьбовыми крепежными деталями и болтами.

Эти программы просты в использовании, и даже инженер с поверхностными знаниями в данной области сможет решить проблемы связанные с вышеуказанной задачей.

Приемы фиксации (стопорения) резьбового соединения. Защита от вибрации и самопроизвольного раскручивания гаек, болтов, шпилек, винтов, резьбы. Надежное вибростойкое крепление (10+)

Фиксация резьбового соединения

Резьбовое соединение обладает неоспоримыми преимуществами: простота монтажа, широкая применимость, возможность многократной сборки / разборки. Поэтому соединение на резьбе очень распространено. Но у него есть серьезный недостаток: оно не устойчиво к вибрациям. В вибрационной среде резьбовое соединение ослабевает и саморазбирается.

Рассмотрим приемы фиксации (стопорения) резьбового соединения.

Шайба пружинная стопорная (гровер, гроверная)

Принцип действия основан на том, что за счет упругости шайбы формируется усилие на резьбу, которое предотвращает самопроизвольное раскручивание при вибрациях.

Гроверные шайбы бывают нескольких конструкций. (1) Диск из упругого материала, имеющий один радиальный разрез. Края разреза разведены в плоскости разреза, перпендикулярной поверхности диска. При затягивании у такой шайбы края сводятся. (2) Две шайбы, соединенные между собой упругим элементом. В затянутом состоянии упругий элемент сжат. (3) Гофрированный упругий диск. Волнистая поверхность шайбы немного выпрямляется, создавая упругое усилие. (4) Упругий диск, у которого деформирована только внешняя или внутренняя поверхность. Она может быть волнистой, разрезной с развернутыми лопастями или другой формы.

Недостатки. (1) Основным недостатком гроверной шайбы является невозможность ее применения при соединении мягких материалов (дерево, алюминий, дюралюминий, бронза, латунь, медь и т. д.) Под действием вибрации такая шайба может деформировать или расколоть материал. Соединение получается ненадежным. (2) Нельзя применять на легкосплавных и пластиковых крепежных элементах (болтах, гайках)

Шплинт

Шплинт - гибкий стержень или гибкая конструкция более сложной формы, которая вставляется в отверстие в гайке и болте. Таким образом полностью исключается самопроизвольное проворачивание болта в гайке. После этого шплинт изгибается так, чтобы исключить его выпадение.

Недостатки. Применять шплинт можно только со специальными гайками и болтами (с отверстием). Зафиксировать болт, например, в отверстии с резьбой, выполненном в монолитном блоке, невозможно.

Расклепывание

После закручивания соединение повергается механической деформации. Может быть деформирована гайка или повреждена резьба вокруг гайки.

Недостатки. (1) Таким образом можно зафиксировать далеко не любое соединение. (2) Деформированные гайки или болт теряют прочность. (3) Этот вариант неразборный. (4) Довольно часто от вибрации он все же раскручивается, так как постепенно в деформированное место соединения возвращается подвижность. (5) Нельзя применять на легкосплавных и пластиковых крепежных элементах.

Контргайка

На резьбу шпильки или болта наворачивается дополнительная гайка. Эта гайка прижимается к основной - крепежной гайке или к поверхности предмета, в котором нарезана резьба и закручен болт. Контргайка может устанавливаться с любой стороны крепежной гайки, там, где удобно. Если Вы используете болт или шпильку с неполной резьбой, и хотите установить контргайку с той стороны, где шляпка или где резьба идет не до конца стержня, то сначала наверните контргайку, потом установите и закрутите полученную конструкцию, потом затяните контргайку.

Никому не верьте. Контргайка имеет такую же резьбу, как и гайка, а не обратную. Контргайку с левой резьбой накрутить на шпильку с правой (на которую только что накрутили гайку с правой) невозможно.

Недостатки. (1) Соединение с контргайкой не очень надежное. Я встречался со случаями, когда такое соединение в очень неблагоприятной среде разворачивалось. (2) Для установки контргайки нужно свободное место на резьбе. (3) Такое соединение не применяется, если хотя бы один из элементов соединения (шпилька / болт, гайка / нарезанная резьба) выполнены из мягких материалов (легких сплавов, пластика).

С помощью гайки и контргайки можно закрутить шпильку в отверстие, не повредив резьбу. Главной проблемой является то, что не за что цепляться, чтобы прикладывать вворачивающее усилие. Накручиваем две гайки, притягиваем одну к другой. Гайки фиксируются. Одеваем ключ на полученную конструкцию и вворачиваем шпильку. Теперь раскручиваем и снимаем гайки.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Вязание. Горизонтальная штриховка. Кудряшки. Звездное небо. Рисунки. С...
Как вывязать следующие узоры: Горизонтальная штриховка. Кудряшки. Звездное небо....

Вязание. Цветочная гармония. Рисунки. Схемы узоров...
Как вывязать следующие узоры: Цветочная гармония. Подробная инструкция с пояснен...

Вязание. Нежные ростки. Рисунки. Схемы узоров...
Как вывязать следующие узоры: Нежные ростки. Подробная инструкция с пояснениями...

Вязание. Ананасы. Рисунки. Схемы узоров...
Как вывязать следующие узоры: Ананасы. Подробная инструкция с пояснениями...

Вязание. Детский ажур, Купеческий ажур, Ажурная сеточка. Рисунки. Схем...
Как вывязать следующие узоры: Детский ажур, Купеческий ажур, Ажурная сеточка. По...

Вязание. Витражи. Рисунки. Схемы узоров...
Как вывязать следующие узоры: Витражи. Подробная инструкция с пояснениями...

Вязание. Отделочные зигзаги вдоль планок. Рисунки. Схемы узоров...
Как вывязать следующие узоры: Отделочные зигзаги вдоль планок. Подробная инструк...

Вязание. Викторика. Косички - сестрички. Вертикальные цепочки. Рисунки...
Как вывязать следующие узоры: Викторика. Косички - сестрички. Вертикальные цепоч...

Термин «анаэробные» пришел в технику из биологии. Так называются микробы, которые предпочитают существовать и развиваться в отсутствие кислорода. Кстати, именно поэтому все приобретенные нами тюбики с анаэробными составами продаются полупустыми: для хранения им нужен воздух! А при попадании в ограниченный объем без притока воздуха (например, в резьбовой зазор) состав быстро полимеризуется, то есть затвердевает. Подобные средства используются не только для стопорения резьбовых соединений, но и для герметизации сварных швов, уплотнения фланцев, .

Зачем понадобилась замена гроверам и прочим древним средствам? Повысился класс точности резьбы, в производстве применяются оптимальные моменты затяжки, используются болты с увеличенной опорной поверхностью. Поэтому дедовские способы практически вымерли: на современной машине гровер уже почти не сыскать. А вот составы-фиксаторы применяют всё чаще - при креплении тормозных суппортов, шкивов распределительных валов, в коробках передач, рулевых механизмах.

Для испытания анаэробных фиксаторов мы подготовили крепежные элементы с резьбой М10×1,25 - болты и гайки. Для каждого проверяемого средства брали вместе с навернутой на него гайкой, предварительно очистив и обезжирив их, обрабатывали резьбовую часть болта фиксатором, после чего накручивали на нее вторую гайку с небольшим фиксированным моментом затяжки (0,1 Н·м). Малая величина момента затяжки выбрана для того, чтобы она не оказывала влияния на итоговый замер, целью которого является определение момента отвертывания на незатянутом резьбовом соединении. Иными словами, мы проверяли исключительно действие фиксаторов, а не собственные мускулы. Каждое из резьбовых соединений было пронумеровано согласно условному номеру фиксатора, которым она обрабатывалась.

Производители по-разному декларируют способности препаратов, но в основном используется цветовая градация. Красный цвет говорит о том, что перед нами средство с максимально возможными способностями - термостойкое и даже «неразъемное». Синий цвет свидетельствует о более скромных фиксирующих возможностях - соединение останется разъемным. Встречаются и совсем слабые препараты - зеленые .

Не советуем ориентироваться только на цвет: точную информацию о назначении изделия ищите либо на упаковке, либо в описании. Однако и тут не всё прозрачно. Например, с какого момента соединение объявляется «неразъемным», из описаний не понять. Некоторые производители указывают момент сопротивления, который обеспечивает их средство, но при этом не говорят про соответствующий размер резьбового соединения. А это важно, ведь крошечный винтик от очков требует куда меньшего момента для отвертывания, чем огромная ступичная гайка. В народе бытует мнение, что «на сильный фиксатор соберешь - и всё». Но это не так. Сильные фиксаторы действительно могут умертвить мелкий крепеж, но никакой герметик не превратит в монолит даже среднеразмерные соединения, например в с резьбами М10…М14.

Именно поэтому мы решили испытывать все приобретенные препараты по единой методике. После 24‑часовой выдержки при комнатной температуре каждое соединение поочередно зажималось на неподвижной станине так, чтобы головка поверенного динамометрического ключа захватывала только верхнюю гайку, которую и предстояло открутить. Начальный момент, установленный на ключе, равен 5 Н·м, что менее 10% от максимального момента затяжки такого крепежа (на соединениях М10 в автомобилях момент доходит до 80 Н·м). Если соединение выдерживало заданное усилие, момент последовательно увеличивали с шагом 5 Н·м. Чем выше момент, при котором резьбовое соединение начинало раскручиваться, тем выше качество проверяемого фиксатора.

Итоговую оценку корректировали с оглядкой на обещания производителя: те средства, чьи описания ничего не сулили, получали щадящую оценку, в то время как мощные «красные», откровенно недотягивающие до заявленных показателей, подвергались более жесткой критике. Заодно оценивали вязкость препаратов. Они заметно разнятся по этому параметру, но прямой взаимосвязи между вязкостью и профпригодностью средства мы не обнаружили.

Между прочим, фиксаторы защищают от окисления и герметизируют соединение. А то порой самым лучшим фиксатором является ржавчина. Заодно с анаэробными фиксаторами решили испытать иные способы стопорения соединений - просто для сравнения. О них - чуть ниже.

Кто кого зафиксировал?

Ну что сказать? Общее впечатление довольно жалкое. Из двадцати одного испытанного препарата только шесть смогли выдержать скромненький начальный момент 5 Н·м и только два из оставшихся продвинулись дальше 10 Н·м.

Впрочем, тефлоновая гайка и гроверная шайба также сошли с дистанции на первом же этапе. И лак для ногтей оказался профнепригодным в серьезных делах. Чуть дольше продержался внезачетный клей, оставшийся после предыдущих экспертиз, - он сдался при нагрузке 10 Н·м. А самое любопытное, что при моменте 30 Н·м… срезало шплинт! Казалось бы, металлическая деталька прослужит подольше, но она лишь повторила результаты лучшего из проверенных нами препаратов.

Как зафиксировать резьбовое соединение, застопорить гайку, чтобы она не открутилась от вибрации? Как фиксировать, стопорить винт, болт? Вибростойкость крепления на резьбе. Устойчивость к вибрации (10+)

Фиксация резьбового соединения - Продолжение

Клей

На внутреннюю и наружную резьбу в том месте, где они будут совмещены, наносится клей или специальный фиксирующий состав. После высыхания соединение стопорится. Применять для такой фиксации можно клей, удовлетворяющий следующим требованиям: (1) Он клеит тот материал, их которого сделаны болт и гайка (это могут быть: сталь, бронза, фторопласт, т. п.) (2) Он в засохшем состоянии достаточно эластичен и вибростоек. (3) Он устойчив к среде, в которой планируется эксплуатация. Например, водостоек, если соединение будет в воде. (4) Он быстро сохнет. Следует помнить, что в условиях резьбы однокомпонентный клей встает по крайней мере в четыре раза медленней, чем в стандартных условиях, так что указания инструкции по времени сушки нужно умножить на четыре, а лучше для запаса на шесть. Если клей сохнет медленно, то работа рискует затянуться. Например, ПВА в резьбе сохнет неделю. Двухкомпонентный клей (с отвердителем) встает номинальное время.

Я применяю следующие клеи и лаки:

• Клей Момент или каучуковый клей , если соединение не будет повергаться воздействию масел, растворителей или их паров, солнечного света.
• Любой универсальный эластичный клей "Жидкие гвозди".
• Поксипол.
• Клей сантехнический.
• Универсальный суперклей.
• Грунт ГФ-021 или Otex , если соединение не будет подвергаться слишком большим нагрузкам.

При выборе клея учитывайте размеры соединяемых деталей. Для мелких деталей нужны жидкие клеи, например, суперклей или Момент. Для очень быстрой фиксации можно применять термоклей, нанося его с помощью термопистолета.

Недостатки. Такое соединение довольно трудно разобрать. Иногда клей схватывается так, что для отворачивания требуется очень большое усилие. Но достаточно достаточно обеспечить небольшое начальное смещение. Дальше процесс идет легко.

Мне нравится этот способ, так как позволяет собирать резьбовые соединения практически руками, без инструмента. Пока клей не высох, он служит отличной смазкой, позволяет закручивать без усилий.

Тефлоновая гайка или вставка

Внутри гайки на резьбу или ее часть наносится пленка из тефлона, либо применяется подмотка - внешняя резьба (болт) обматывается тонкой тефлоновой ниткой. После затягивания тефлон создает повышенное трение и препятствует ослаблению соединения от вибрации. С помощью подмотки можно зафиксировать практически любое соединение.

Недостатки. Тефлоновая гайка - одноразовая. После откручивания она подлежит замене. Подмотка тоже одноразовая. После разборки остатки подмотки нужно удалить, перед сборкой намотать новую.

Распространенные комбинации

Ни один из вариантов не дает 100% гарантии. Даже самый надежный способ - шплинт может дать сбой. Шплинт может срезаться (сломаться и выпасть). Поэтому в особо ответственных местах описанные способы можно комбинировать. Можно положить гровер между гайкой и контргайкой, проклеить тефлоновую подмотку или гайку, нанести клей на гайку и контргайку и т. д.

Для резьбового соединения, находящегося в маслянистых жидкостях (масло, бензин, керосин, солярка...) и подверженного вибрации, подойдет только шплинт. Все другие варианты ненадежны. В промышленных условиях еще может быть обеспечена надежность других видов соединения, но не при кустарном исполнении.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Дуговая сварка своими руками. Электросварка. Самоучитель. Сварной шов....
Как научиться сварочным работам самостоятельно....

Парша. Просвечивающие пятна, буроватый, зеленый налет. Плод трескается...
Парша на стволах, листьях, плодах. Как диагностировать болезнь и вылечить дерево...

Вязание. Снятые петли, раппорт в раппорте, слабое вязание. Закрепление...
Как снимать петли. Вяжем слабо. Закрепим снятие петель...

Желтуха растений. Желтые, светло-зеленые, белые листья. Заражение, при...
Как проявляется желтуха растений. Листья желтеют, белеют, бледнеют, теряют хлоро...

Монилиоз / плодовая гниль. Увядание цветов, засыхание, отмирание молод...
Почему портятся яблоки, груши, вишня, абрикос, черешня, яблоня, слива, персик. П...

Вязание. Обхватывающая двойная петля. Рисунки. Схемы узоров, образцы...
Как вязать комбинацию петель: Обхватывающая двойная петля. Примеры рисунков с та...

Вязание. Две петли, закрепленные снятой петлей. Плетенные полосы. Изна...
Как вязать комбинацию петель: Две петли, закрепленные снятой петлей. Примеры рис...

Вязание. Воодушевление. Зимние мотивы. Рисунки. Схемы узоров...
Как вывязать следующие узоры: Воодушевление. Зимние мотивы. Подробная инструкция...