Гайки. Типы гаек. Шлицевые гайки. Кольцевые гайки

Гайки

На рис. 143 показаны основные типы шестигранных гаек: с односторонней фаской диаметром D1 = S (рис. 143, I); с односторонней фаской диаметром D1 = 0,95·S (рис. 143, II); с двусторонней фаской (рис. 143, III); с кольцевой заточкой на опорном торце (рис. 143, IV); с буртиком на опорном торце (рис. 143, V).

На рис. 144 и 145 приведены гайки различных типов; прорезные (рис. 144, I); корончатые (рис. 144, II); прорезные с укороченным шестигранником (рис. 144, III); с конической коронкой (рис. 144, IV); с укороченными шестигранниками (рис. 145, I); с заходным конусом под торцовый ключ (рис. 145, II); с конической и сферической опорными поверхностями (рис. 145, III, IV).

Типы шестигранных гаек

В зависимости от назначения гайки могут иметь различную высоту от 0,3d до 1,25d (d — диаметр резьбы). Низкие гайки применяют в качестве контргаек и для слабонагруженных соединений, высокие гайки — для сильнонагруженных соединений, а также для часто разбираемых соединений. Для средних условий работы применяют гайки высотой (0,8—1)d. При этих соотношениях приблизительно соблюдается условие равнопрочности гайки и нарезного стержня.

На рис. 146—153 показаны гайки с разными формами завертных элементов; на рис. 154 — гайки с внутренними завертными элементами (шестигранником, шлицами), применяемые в случаях, когда требуется силовая затяжка при ограниченных радиальных габаритах; на рис. 155 — колпачковые гайки, применяемые в случаях, когда требуется обеспечить герметичность резьбового соединения; на рис. 156, 157 представлены гайки с наружной резьбой.

Гайки с торцовыми пазами под ключ

Гайки с продольными пазами под ключ

Гайки с радиальными отверстиями под ключ

Гайки с осевыми отверстиями под ключ

Гайки с лысками под ключ

Гайки с продольными выступами под ключ

Квадратные гайки

Специальные гайки

Гайки с внутренними шестигранниками и шлицами

Колпачковые гайки

Гайки с наружной резьбой глухие

Гайки с наружной резьбой полые

Шлицевые гайки. Конструкция цилиндрическом гайки с мелкими треугольными шлицами по образующим (рис. 158) является прогрессивной.

Такие гайки в будущем, возможно, вытеснят шестигранные. Их основное преимущество заключается в более благоприятном распределении сил при затягивании гайки. Из рис. 159 видно, что плечо сил, действующих при затяжке на шлиц треугольного профиля с углом при вершине 60°, примерно в 2 раза больше, чем в случае затяжки шестигранной гайки.

Число шлицев на окружности гайки может в 6—7 раз превышать число граней шестигранника. Следовательно, при одинаковом моменте затяжки сила, приходящаяся на каждый шлиц, будет в 12—15 раз меньше, чем сила, действующая на грань шестигранной гайки при затяжке трубчатым ключом, и в 36—45 раз меньше, чем при затяжке накидным ключом. Опасность смятия поверхностей затяжки, столь реальная у шестигранных гаек, в данном случае исключается. Благодаря форме завертных элементов исключается и опасность срывания ключа при затягивании.

Другое преимущество заключается в возможности проворачивания гайки при затяжке практически на любой угол, что облегчает завертывание в тесных местах, где размах ключа ограничен.

Gayki 16 17

Шлицевые гайки при одинаковом диаметре резьбы имеют меньшие радиальные габариты и меньшую массу, чем шестигранные гайки. Недостаток шлицевых гаек в том, что их можно завертывать только трубчатым ключом.

При проектировании крепежных узлов со шлицевыми гайками следует предусматривать над гайкой свободное пространство для надевания трубчатого ключа. Высоту этого пространства при завертывании открытым трубчатым ключом можно сократить уменьшением толщины ключа. Уменьшение высоты шлицев (рис. 160, I—III) облегчает манипулирование ключом: при снятии и повторном надевании ключ центрируется цилиндрической частью гайки. Возможно также применение специальных ключей с разводными губками, допускающими подход к гайке сбоку.

Конструктивные разновидности шлицевых гаек

Запас прочности на смятие у шлицевых гаек (рис. 161, I) настолько велик, что можно без большого ущерба для надежности сократить число шлицев (рис. 161, II—IV). Масса гайки при этом уменьшается; преимущества при завертывании гайки сохраняются в полной мере, если шлицы на ключе нарезаны по всему периметру.

Расположение шлицев и выступов на гайках

При конструировании шлицевых гаек рекомендуется соблюдать следующие соотношения (рис. 162):

Параметры шлицевых гаек

1) диаметр гайки по впадинам шлицев D1 = (1,35—1,50)d где d — номинальный диаметр резьбы; верхний предел (1,5) относится к малым гайкам, нижний — к средним и большим;

2) наружный диаметр гайки по выступам шлицев D = (1,10—1,15)D1; здесь верхний предел также относится к малым гайкам, нижний — к средним и большим;

3) высота гайки Н = (0,8—1,0)d.

Шлицевые гайки (рис. 160) стопорят чаще всего шплинтами.

Кольцевые гайки. Кольцевые гайки применяют для затяжки насадных деталей, подшипников качения и подобных деталей на валах большого диаметра.

К этому типу гаек относятся гайки, называемые по ГОСТ 11871—80 круглыми шлицевыми.

Особенность кольцевых гаек — относительно малая высота при большом диаметре. Вследствие большого диаметра резьбы гайка обычной высоты получается избыточно прочной и очень тяжелой.

Нетрудно определить высоту гайки, необходимую по условию равнопрочности гайки и вала (для случая полого вала).

Условие равнопрочности полого вала, работающего на растяжение от действия силы затяжки, и резьбового пояса, работающего на срез от действия той же силы, имеет следующий вид:

Gayki 20

где [τ] — допустимое напряжение среза в резьбе; [σр] — допустимое напряжение растяжения вала; Н — длина работающего пояса резьбы (высота гайки); Dcр и D0 — соответственно средний диаметр резьбы и диаметр отверстая в вале.

Отсюда

Gayki 21

Для средних условий, учитывая концентрацию напряжения в витках резьбы, можно принять, что допустимое напряжение среза в резьбе в 2 раза меньше допустимого напряжения растяжения для вала. Тогда

Gayki 22

Из этого выражения видно, что высота гайки уменьшается с увеличением диаметра отверстия вала (рис. 163).

Высота кольцевых гаек

При стандартизации кольцевых гаек трудно учитывать фактор D0/Dcp; обычно высоту гаек устанавливают только в зависимости от диаметра D резьбы. При этом высота Н гаек (рис. 164) составляет примерно (0,15—0,25)D (меньшие значения относятся к гайкам большого диаметра, а большие — меньшего диаметра).

Параметры кольцевых гаек

Из-за малой высоты кольцевых гаек в них используют только резьбы с мелким шагом. Применение крупных резьб (рис. 165, I) привело бы к уменьшению общего числа ниток на гайке с понижением прочности (вследствие относительного уменьшения числа ниток с полным профилем), ухудшило бы осевое направление гайки по валу и, кроме того, ослабило бы вал из-за уменьшения внутреннего диаметра резьбы.

Шаг резьбы кольцевых гаек

Шаг s резьбы у кольцевых гаек обычно принимают примерно равным (0,015—0,050)D, где D — диаметр резьбы; верхний предел относится к резьбам малого диаметра (20—50 мм), нижний — к резьбам большого диаметра (100—120 мм). При проектировании кольцевых гаек рекомендуется шаг резьбы (и высоту гайки) выбирать с таким расчетом, чтобы общее число ниток на гайке было не менее 5—6 (рис. 165, II).

Как и во всех резьбовых соединениях, следует предусматривать запасы резьбы по обе стороны от номинального положения гайки. Рекомендуемые величины запасов приведены на рис. 166.

Запасы на длину резьб в соединениях кольцевыми гайками

Размер гайки по впадинам шлицев, определяющий минимальную толщину рабочего кольца гайки, выполняют равным S = (1,2—1,3)D. Наружный диаметр гайки D2 колеблется в пределах ~(1,4—1,5)D (рис. 164).

Участки гайки, на которых расположены пазы, не должны выходить на опорную поверхность торца гайки, так как при сминании боковых граней пазов при затяжке или отвертывании гайка не будет плотно прилегать к затягиваемой детали. Для этого делают выточки или фаски, односторонние или (лучше) двусторонние (рис. 167). Наружный диаметр D1 опорной поверхности должен быть меньше размера S между впадинами пазов по крайней мере на 0,5—1 мм.

Способы устранения выхода пазов на опорные поверхности кольцевых гаек

На рис. 168 представлены кольцевые гайки с внутренней резьбой и с различным расположением завертных пазов; на рис. 169—177 — гайки с завертными элементами других типов.

Кольцевые гайки с внутренней резьбой

Кольцевые гайки с выступами между пазами

Кольцевые гайки с радиальными зубцами под ключ

Кольцевые гайки с внутренними пазами под ключ

Кольцевые гайки с треугольными шлицами и выступами

Кольцевые гайки с торцовыми пазами

Кольцевые гайки с радиальными сквозными отверстиями под ключ

Кольцевые гайки с радиальными глухими отверстиями под ключ

Кольцевые гайки с осевыми отверстиями под ключ

Кольцевые гайки с шестигранниками

Чаще всего применяют гайки с наружными пазами, число которых колеблется в пределах 4—12. Такие гайки завертывают накидными «рожковыми» ключами (рис. 178, I) или ключами с торцовыми (рис. 178, II) или внутренними радиальными (рис. 178, III) зубьями.

Ключи для завертывания кольцевых гаек с наружными пазами

Число и форма пазов и выступов гайки заметно влияют на ее массу. В машинах, где требование уменьшения массы стоит на первом плане и где применяется большое число кольцевых гаек, конструкции пазов уделяют значительное внимание.

На рис. 179 приведены относительные массы гаек с пазами различной конструкции. За единицу принята масса гайки с четырьмя пазами. Как видно из рис. 179, I—IV, простое увеличение числа пазов позволяет значительно уменьшить массу. Масса гайки с двенадцатью пазами (рис. 179, IV) составляет 86% массы гайки с четырьмя пазами (рис. 179, I). Дальнейшее уменьшение массы достигается выборкой нерабочих участков выступов между пазами (рис. 179, V), уменьшением высоты и ширины выступов (рис. 179, VI) и уменьшением их числа (рис. 179, VIII).

Относительная масса кольцевых гаек с завертными элементами различной формы

Наиболее выгодна конструкция (рис. 179, IX) с небольшим числом выступов треугольного профиля; масса гайки составляет 53% массы исходной гайки. Профили пазов, изображенные на рис 179, V—IX, могут быть получены высокопроизводительным способом обката с применением червячной профильной фрезы.

Гайки, конструкция которых изображена на рис. 179, VI—IX, завертывают только трубчатыми ключами.

При затяжке кольцевыми гайками насадных деталей нужно, чтобы торец гайки опирался в деталь не менее чем на 3/4 своей высоты (размер S на рис. 180, I). Если высота ступеньки на валу не позволяет осуществить это условие, между гайкой и деталью устанавливают массивную подкладную шайбу (рис. 180, II).

Установка кольцевой гайки без шайбы и с шайбой

Важно, чтобы подкладная шайба была центрирована. На рис. 181, I показана неправильная установка: шайба может сместиться в выточку за резьбой. На рис. 181, II—IV показаны способы центрирования шайбы, из которых самым простым является способ центрирования по наружному диаметру резьбы (рис. 181, II).

Центрирование подкладных шайб

В случаях, когда необходим равномерный нажим на затягиваемую деталь, применяют сферические подкладные шайбы (рис. 182). Другие способы решения этой задачи — соблюдение строгой перпендикулярности между торцом гайки и средним диаметром резьбы или применение резьбы с осевыми и радиальными зазорами н витках, позволяющими гайке несколько самоустанавливаться на валу.

Сферические подкладные шайбы

На рис. 183—188 приведены конструкции круглых гаек с наружной резьбой, различной формы и с различными элементами для завинчивания.

Кольцевые гайки с наружной резьбой и внутренними пазами

Кольцевые гайки с наружной резьбой и наружными пазами

Кольцевые гайки с наружной резьбой и торцовыми пазами

Кольцевые гайки с наружной резьбой, треугольными пазами и выступами

Кольцевые гайки с наружной резьбой и осевыми отверстиями под ключ

Кольцевые гайки с наружной резьбой и внутренним шестигранником