Стопорение упругими шайбами

Стопорение упругими шайбами

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. 315) 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.

Разрезная пружинная шайба — шайба Гровера

Концы шайбы слегка разведены и снабжены острыми кромками. При затяжке кольцо сжимается, кромки врезаются в тело гайки и в опорную поверхность (рис. 316), 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.

Эффект шайбы Гровера

Недопустима установка шайб Гровера на поверхностях мягких металлов (например, литые алюминиевые и магниевые сплавы): зубчики шайб портят такие поверхности. Применение стальных подкладных шайб (рис. 317, I) сводит на нет стопорящий эффект врезания зубчиков в тело корпуса. Нижняя граница применения шайб Гровера — металлы с твердостью НВ≥150 (рис. 317, II).

Установка шайб Гровера с учетом твердости поверхности

Для работы соединения как упругой системы безразлично, где установлена шайба: под гайкой (рис. 318, I) или под головкой болта (рис. 318, II), или одновременно под гайкой и болтом (рис. 318, III); в последнем случае упругость системы увеличивается вдвое.

Способы установки шайб Гровера

Основной недостаток шайбы Гровера заключается в том, что от увеличения сечения кольца в ширину и в высоту (рис. 319) возрастает развиваемая кольцом упругая сила, но не повышается упругая деформация.

Разрезная пружинная шайба повышенной жесткости

Другой существенный недостаток — неизбежность внецентренного приложения силы затяжки, вызнанная тем, что сила затяжки передастся гайке (и опорной поверхности) в большей степени на участке расположения храповых зубчиков, чем на остальной части окружности.

Сферическая, коническая пружинная шайба

Лучше в этом отношении пружинные шайбы сферические (рис. 320), конические (рис. 321) прямоугольные, выгнутые по цилиндру (рис. 322) и перекрученные плоские (рис. 323).

Цилиндрическая пружинная шайба прямоугольной формы

Шайбы затягивают до расплющивания, что обеспечивает жесткий упор гайки в опорную поверхность и возможность затяжки болта большой силой.

Перекрученная пружинная шайба

В пружинной тарельчатой шайбе, изображенной на рис. 324, жесткий упор достигается после устранения зазора.

Тарельчатая пружинная шайба

Коническая пружинная шайба с радиальными прорезями

Для увеличения упругости шайбы снабжают радиальными прорезями (рис. 325) или делают разрезными (рис. 326).

Коническая разрезная пружинная шайба

Применяют установку шайб одновременно под гайку и под головку болта (рис. 327).

Установка пружинных шайб одновременно под гайку и под головку болта

Для удобства монтажа упругие шайбы иногда заделывают в гайку соединением, обеспечивающим возможность проворачивания гайки относительно шайбы (рис. 328, 329).

Пружинная коническая шайба, вделанная в гайку

Пружинная шайба, вделанная в гайку

При необходимости увеличивать упругость применяют пружинные шайбы фасонного профиля (рис. 330, I—IV; 331).

Фасонные пружинные шайбы

Конструкции по рис. 330, II, III, IV и 331 рассчитаны на применение «висячих» гаек, обладающих свойством более равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы.

Обратноконическая пружинная шайба

Стопорение набором конических шайб

В узлах, требующих еще большей податливости, применяют набор тарельчатых пружин (рис. 332), цилиндрические (рис. 333) или конические (рис. 334) витые пружины или пружины сильфонного типа (рис. 335).

Стопорение цилиндрической витой пружиной

Стопорение конической витой пружиной

Стопорение сильфонной пружиной

Применяют также конические кольцевые пружины (рис. 336) с одним кольцом (рис. 336, I) или с двумя, а иногда и с большим числом колец (рис. 336, II, III).

Стопорение коническими кольцевыми пружинами

Конструкции на рис. 336, I и III приспособлены к применению «висячих гаек». Однако висящая часть гайки в данном случае подвергается сжатию действием сопрягающегося с ней конуса, что может свести на нет положительные свойства висячих гаек.

Для устранения сжатия резьбу на участке, соответствующем конической части гайки, удаляют, как показано на рис. 336, IV. При групповой установке болтов (например, на цилиндрических фланцах) возможно упругое стопорение всей группы болтов введением между стягиваемыми фланцами цилиндрических витых пружин (рис. 337, I), упругих прокладок (рис. 337, II), кольцевых пружинных шайб разного профиля (рис. 337, III, IV).

Групповое упругое стопорение болтов на цилиндрическом фланце

Для стопорения гаек применяют упругие прокладки из синтетических материалов (нейлона, капрона, акрилона и т. д.). Примеры таких конструкций показаны на рис. 338, 339.

Стопорение пластмассовой прокладкой

В конструкции на рис. 338 под гайку устанавливают пластмассовую шайбу, первоначальная форма которой показана на рис. 338, I.

Стопорение пластмассовыми втулками, заключенными в корпуса

После затяжки шайба деформируется (рис. 338, II). При этом материал шайбы затекает в витки резьбы, обеспечивая стопорение гайки и вместе с тем герметичность соединения, что бывает необходимым при определенных случаях установки. Аналогичным образом работает стопорно-герметизирующая прокладка, показанная на рис. 338, III.

В конструкциях на рис. 339, I, II, III применены втулки из пластмасс, заключенные в металлические корпуса. В свободном состоянии торцы втулок слегка выступают из корпусов. При затяжке втулки деформируются, создавая натяг и вместе с тем герметизируя соединение.

В некоторых случаях гайки затягивают до упора в упругий элемент, который в данном случае (в противоположность описанным выше конструкциям) нагружен полной силой затяжки и должен быть достаточно жестким и прочным. На рис. 340, I—IV показаны примеры подобных конструкций (в порядке возрастающей податливости).

Установка гаек с упором на полужесткие втулки

На рис. 341 изображена установка болта с передачей полной силы затяжки на втулку из упругого материала, заведенную пол головку болта. Возможность вытекания материала втулки из-под головки предупреждается плотной посадкой в корпус головки и прилегающего к ней цилиндрического пояска на теле болта.

Установка болта на упругой втулке