Как зафиксировать гайку от раскручивания

Как зафиксировать гайку от откручивания на резьбе от вибраций

В этой статье о насущном и банальном, о том, как же можно зафиксировать, закрепить, удержать гайку на резьбе, не важно будь то резьба шпильки, болта или винта.
Так как система резьбы гайка — шпилька механическая, то и ее удержания будет относится к механическим способам фиксации. На самом деле кажется, что здесь всего-то может быть ну один — два способа. Однако в моем случае легко получилось пять способов удержания гайки от откручивания. В целом, они более интересны как справочные варианты, так как о них уже давно все известно. Пожалуй есть вопросы разве что к клеевым вариантам фиксации, когда для удержания используются анаэробные фиксаторы резьбы, по факту клей застывающий без доступа кислорода. Однако об этом более подробно в другой раз, а здесь лишь о самих принципах фиксации резьбы в целом и в общем и не более.

Гровер [1]. Это нечто иное как пружинная разрезная шайба, используемая в качестве контрящего элемента. Гроверы нельзя применять на деформируемых материалах вроде алюминия и его сплавов, а также на меди или бронзе. В целом эффективность достигается за счет постоянного напряжения гровера, он является как бы маленькой пружиной.

Полимерная вставка [2]. В канавку гайки вставлена втулка из полимера, деформируется при навертывании гайки на резьбу. После затягивания полимерная вставка увеличивает трение, препятствуя возможному ослаблению соединения от тряски. Недостатком подобного крепежа является ограниченное количество операций сборки/разборки. Каждый раз при откручивании закручивании, как правило даже уже после одного раза, эффективность очень серьезно падает. Дальнейшее использование такой гайки не дает результата по ее дополнительной фиксации.

Отгибная шайба [3]. Подобные шайбы обычно изготавливают из мягкой стали и снабжают лапками — лепестками. Одну из лапок отгибают по грани, которую фиксируем от отвертывания, а другую фиксируют по возможности на стягиваемой детали. Понятно, что такие детали относятся к одноразовым.

Клей или косметический лак [4]. Из подручных средств для стопорения резьбы часто применяют лак для ногтей или клей. Основное достоинство таких приемов — простота и уверенность в том, что хуже не будет. Но указанные препараты работают не по прямому назначению, поэтому не стóит ждать от них серьезной защиты.

В качестве альтернативы лакам имеются фиксаторы резьбы. Такие фиксаторы являются ничем иным как анаэробным клеем. Зеленые обычно весьма слабенькие, синие обещают момент на откручивания порядка 5 Н*м, а красные неразборные начиная 30-45 Н*м и вплоть до фиксации, когда гайку невозможно открутить. Все зависит от производителя и технологии нанесения такого фиксатора.

Шплинт [5]. Металлический стержень вставляют в сквозное отверстие и загибают его концы. Пока шплинт на месте, гайка не открутится. Понятно, что применять шплинты можно только со специальными гайками и болтами, имеющими отверстие. Такие гайки можно часто встретить на рулевых тягах.

Гайка с контровочным буртиком. Те, кто имел дело с передними ступицами Жигулей, наверняка помнят крупную гайку, у которой тонкий буртик следовало в двух местах загнуть в пазы цапфы. Недостаток такого решения — потребность в специальной детали типа болт и довольно редкой гайке.

Контргайка. Самое примитивное решение в борьбе с самооткручиванием — контргайки. Дополнительная гайка прижимается к основной и стопорит ее. Такое решение не везде можно использовать — требуется достаточное место на резьбовой части шпильки или болта. Решение похоже на гровер (смотрите выше), когда между двумя гайками и резьбой образуется напряжение, именно оно и удерживает всю эту сборку на своем месте.

Закрутить и забыть

Резьбовые соединения используются и в конструкции пластиковых детских игрушек и при возведении мостов. Единственное сходство такого крепежа заключается в том, что его можно монтировать и демонтировать при необходимости. Для удержания резьбового крепежа бывает достаточно силы приложенной в момент затяжки, но гораздо правильнее, с точки зрения безопасности, заблокировать резьбовое соединение в ответственных частях конструкции. Например, клапанная крышка двигателя автомобиля должна быть надежно закреплена во время движения, в то же время обязана быть съемной, так как компоненты двигателя необходимо обслуживать. При постоянной вибрации, или механическом воздействии резьбовому соединению нужна защита от самораскручивания. Рассмотрим методы надежной фиксации резьбовых соединений.

Виды резьбовых соединений

Болты с гайками — самый распространенный вид резьбового крепежа. Используется практические везде, от автомобилей, до радио антенн на крышах высоток. Встречаются так часто, что сложно найти конструкции без них.

Винты и отверстия с резьбой. В этом соединении винт устанавливается в предварительно высверленное отверстие с нарезанной резьбой.

Винты по конструкции похожи на болты, но различие кроется в применении: болты используют чтобы соединить детали насквозь, для фиксации на болт накручивается гайка, а винты вкручивают в соединяемые детали, в заранее подготовленную резьбу.

На фото винты с головкой под внутренний шестигранник, которые соединяют алюминиевые компоненты. Такие винты используются вместо болтов для облегчения веса конструкции и для упрощенного монтажа — чтобы зафиксировать детали достаточно доступа с одной стороны.

Бывают и отдельные детали с резьбой для соединения между собой — например, валы или корпуса, как правило, цилиндрической формы. Самый простой пример, встречающийся в быту — лампочка с резьбой, которая вкручивается в патрон. На приведенном ниже рисунке схема двух цилиндрических корпусов, соединенных вместе.

Как надежно зафиксировать резьбовое соединение

Методы делятся на: механические приспособления и специальные составы, предотвращающие ослабление соединения. Ниже приведены самые распространенные механические приспособления, которые используют для предотвращения ослабления резьбового крепежа.

Стопорная пружинная шайба или гровер — представляет собой один виток пружины, который подкладывается под гайку при закручивании. Создает распорное усилие на гайку, благодаря этому противостоит её ослаблению и раскручиванию в условиях вибрации.

Стопорная шайба с внутренними зубцами. Зубцы придают стопорной шайбе эффект пружины и предотвращают ослабление крепежа если конструкция подвергается деформации или вибрации. Используется при болтовом соединении, так же сочетается с винтами, шпильками и штифтами. Задействуют соединения с подобным стопорным механизмом при сборке мебели и постройке деревянных сооружений, домов.

Стопорная шайба с наружными зубцами — применяются для фиксации электрических проводов. При использовании болтов или винтов в электрических цепях используется контактная шайба с наружными зубцами. Благодаря своей форме, шайба с наружными зубцами увеличивает площадь контакта в месте соединения, а эффект пружины добавляет надежности фиксации. Такие шайбы изготавливают из нержавеющей стали или подвергают дополнительной оцинковке.

Стопорная шайба Nord-Lock — состоит из двух одинаковых стопорных шайб, с радиальными ребрами на одной стороне и клиновыми поверхностями на другой. Радиальные ребра оказывают силовое воздействие на поверхность соединения прикрепляемой детали. Клиновые поверхности увеличивают усилие затяжки. Применяются в условиях сильной вибрации и при значительных динамических нагрузках.

Гайка с зубчатым фланцем, по сути это гайка со встроенной зубчатой шайбой, имеет такие же свойства, что и зубчатая гайка — создает пружинящий эффект и увеличивает площадь контакта, предотвращая самораскручивание, но сокращает количество элементов конструкции.

Гайка самоконтрящаяся с нейлоновым кольцом. За счет нейлоновой вставки происходит торможение хода завинчивания и гасятся механические колебания, защищая резьбовое соединение от ослабления.

Стопорение проволокой — используется в аэрокосмической отрасли, оборонной промышленности и автоспорте, там, где открутившийся элемент попав в другие движимые части конструкции, нанесет непоправимый вред. Метод фиксации трудоемкий и весьма сложный в освоении — установка стальной проволоки в отверстие в винте или гайке и жесткая фиксация этой проволоки к другой детали. Используется и для совместной фиксации двух деталей, как на фото. Самое сложное при установке стопорящей проволоки правильно сориентироваться в направлении движения резьбы, и выбрать верное направление вязки, иначе установка подобного фиксатора бесполезна.

Корончатая гайка выглядит как обыкновенная шестигранная гайка с одной стороны, но с другой стороны у нее по контуру расположен ряд зубьев в форме короны, отсюда и название. Количество прорезей от 6 до 8, в зависимости от диаметра. Металлический шплинт продевается через резьбу и фиксируется между зубьями корончатой гайки, тем самым надежно блокирует резьбовое соединение от самопроизвольного раскручивания.

Такой метод используется для фиксации ступицы колеса автомобиля.

Часто для фиксации резьбы используется специальный состав или клей. Сам фиксирующий состав не в состоянии удерживать детали, но запросто может предотвратить раскручивание гайки либо болта.
К примеру, в нефтедобывающей промышленности, где на механизмы и конструкции действует постоянная вибрация используют сочетания пружинных шайб и фиксирующих составов.

Чтобы фиксирующий состав выполнял свое прямое назначение, он должен полимеризоваться — перейти из жидкого состояния в твердое. Компоненты состава вступают в реакцию с кислородом и отвердевают, но сложность в том, что рабочая поверхность внутри витков резьбы герметична, к ней нет доступа кислорода. Чтобы обойти эту проблему в химических фиксаторах резьбы состав вступает в реакцию с металлом и отвердевает при отсутствии кислорода. В итоге, между внутренней и внешней резьбой образуется пластиковый полимер, который обладает высокой адгезией. Для демонтажа крепежных элементов, зафиксированных подобным образом, придется приложить существенное усилие.

Составы бывают жидкие и пастообразные. Выбор зависит от типа соединения: для крепежа малого диаметра применяется жидкий фиксатор, он равномерно распределяется по поверхности; для крепежа больших диаметров используют пастообразные средства, так как они хорошо удерживаются на большой площади нанесения.

Что выбрать

Пружинные и зубчатые шайбы — используют в условиях небольшой вибрации и не интенсивных динамических нагрузках на конструкцию, имеют минимальную стоимость.

Шайбы типа Nord-Lock — применяются там где к резьбовому соединению предъявляются повышенные требования по безопасности: в тяжелой промышленности и машиностроении. Они противостоят высокой вибрации и способны удерживать крепеж при высоких нагрузках. Значительно технологичнее остальных видов шайб, и как следствие, дороже.

Гайки с фланцами и контрящим кольцом — способны выдержать воздействие вибрации чуть выше чем пружинные и зубчатые шайбы, но сокращают количество деталей конструкции. Стоимость их, также не велика.

Стопорение проволокой — дорогостоящий и очень трудоемкий способ фиксации резьбы. Если вы не строите гоночный болид или летательный аппарат, использование такого способа будет неоправданным.

Корончатая гайка — применяется там, где ослабление и самораскручивание крепежа может вызвать критическую ситуацию, отлично противостоит высоким нагрузками и вибрации, стоит дороже пружинных гаек или шайб, так как конструкция сложнее и в ней взаимодействуют несколько элементов.

Фиксирующие составы — в зависимости от типа могут противостоять низким и высоким вибрационным нагрузкам, стоимость их так же может существенно варьироваться.

Ослабление болтов и резьбовых крепежных деталей от вибрации. Фиксатор резьбы — чтобы не раскрутилось Как зафиксировать гайку от раскручивания

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.

Примерная цена 70 руб.
Заявленная масса 2 г
от 4 до 12 мм

Жидкий, как водичка, герметик сдался на первом же испытании. Впрочем, его инструкция ничего конкретного и не обещала.

Примерная цена 190 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы 6–20 мм

Удаляемый американский фиксатор самоудалился на первом же шаге испытаний — при минимальном приложенном усилии 5 Н·м.

Примерная цена 190 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы 9,5–25 мм

Довольно жиденький состав успешно выдержал приложенный момент 5 Н·м, однако сдался на следующем рубеже — 10 Н·м. Результат слабый, но подавляющее большинство препаратов не смогло и этого.

Примерная цена 150 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы не указан

Довольно густое средство обещало продержаться до момента 35 Н·м. Трудно сказать, что имели в виду производители, но для отвертывания наших болтов и гаек не потребовалось более 5 Н·м. Незачет.

Примерная цена 150 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы не указан

Густой герметик обещал выстоять до момента 35 Н·м, но на практике сдался при 10 Н·м. Лучше, чем многие, но по сути — неважно.

Примерная цена 150 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы не указан

Средство обещало продержаться до момента 17 Н·м, причем независимо от диаметра резьбы. А рекомендуемый диапазон применения по диаметру резьбы не указан. Результат негативный: соединение легко раскрутилось уже при скромных 5 Н·м. Незачет.

Примерная цена 290 руб.
Заявленный объем 3 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 5 до 25 мм

Средство средней консистенции выдержало момент 5 Н·м, но на втором шаге сдалось. Что ж, большинство и этого не смогло.

Примерная цена 390 руб.
Заявленный объем 10 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 2 до 27 мм

Довольно текучее средство ничем себя не проявило, позволив гайке открутиться при первой же попытке. Но и конкретных обещаний не было.

Примерная цена 310 руб.
Заявленный объем 3 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы 8–25 мм

Дорогущее американское средство скромного объема ничего, кроме гонора, не продемонстрировало. Фиксатор средней текучести сдался при первом же контакте с динамометрическим ключом. А как же определение «высокопрочный»? Незачет!

Примерная цена 105 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 20 мм

Российское средство — субстанция средней вязкости. Испытания закончились очень быстро: приложенный момент 5 Н·м мгновенно стронул гайку с места. Впрочем, производитель никаких конкретных обещаний не давал.

Примерная цена 105 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 25 мм

Довольно густой состав на практике повел себя так же плохо, как и его коллега под номером 10: при первой же попытке гайка легко отвернулась. И это называется «неразъемный»? Незачет.

Примерная цена 190 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 9 до 25 мм

Не самое густое средство, склонное к каплепадению, выиграло соревнования с большим отрывом от соперников! Стронуть с места зафиксированную им гайку удалось, только приложив момент 30 Н·м. Отлично!

Примерная цена 190 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 6 до 20 мм

Жиденький состав отказался выполнять свои обязанности, сдавшись на первом же этапе проверки. Будем считать, что это и означает «среднепрочность».

Примерная цена 160 руб.
Заявленный объем 9 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 20 мм и более

Как понимать противоречивую формулировку «до 20 мм и более»? Для любой резьбы? Звучит оптимистично, да и момент обещан не менее 35 Н·м. Но результат оказался никакой — средство неоднородной консистенции сдалось на первом шаге, при одном только виде ключа. Незачет.

Примерная цена 160 руб.
Заявленный объем 9 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 20 мм

Средство обещало фиксировать крепеж до момента 35 Н·м, но дело не заладилось с самого начала. Пузырек с винтовой пробкой сразу протек — запаянные средства лучше! Жидкость средней консистенции после требуемой выдержки сдалась при первом же касании ключа. Незачет.

Примерная цена 160 руб.
Заявленный объем 9 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 20 мм

Жиденькое средство заявляло о готовности продержаться до 17 Н·м. Не получилось: соединение раскрутилось при моменте меньше 10 Н·м. Наша оценка: удовлетворительно.

Примерная цена 300 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 6 мм

Это средство не рассчитано на диаметр резьбы 10 мм, но нам захотелось попробовать — а вдруг? Однако никакого «вдруг» не случилось: гайка отвернулась с первой попытки. Но придираться не будем: средство и заявлено как слабенькое.

Примерная цена 285 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 10 до 38 мм

Густое средство ослабило хватку только при моменте 25 Н·м. Это второй результат в нашей выборке. Очень хорошо!

Примерная цена 225 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы 6–20 мм

Довольно густое американское средство при испытаниях сдалось практически мгновенно — уже при моменте 5 Н·м. Но ничего особенного препарат и не обещал.

Примерная цена 220 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы от 10 до 25 мм

Герметик средней густоты сдался при минимальном моменте. И зачем было объявлять о высокой стойкости? Незачет.

Примерная цена 260 руб.
Заявленный объем 6 мл
Заявленный диапазон диаметра резьбы до 15 мм

По текучести это средство идентично воде. И по эффекту — та же вода. При первой же попытке гайка сразу стронулась с места. Но ничего особенного производитель и не заявлял.

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.

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:

Изгиб деталей , который приводит к возникновению усилий на поверхности трения. При возникновении скольжения, головка и резьба проскальзывают, что приводит к ослаблению.
Дифференциальные тепловые эффекты , возникающие при разнице температур или разнице в материалах стягиваемых деталей.
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.

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.

KBV_NSK 08-09-2009 11:14

Доброе время суток, all
Началось с того, что на Ди48 стал люфтить ластохвост. Поддаваться разборке он не захотел, поэтому имеем то, что имеем. А именно: штатные винты высверлены, вместо них нарезена резьба следующего и изготовлены винты подходящей формы. Все красиво, ласта встает и держится отлично.
Но имеется проблема:
Винты были посажены на локтайт, но он «не держит». Все обезжиривал, флакон встряхивал, мазал аккуратно, а отвинчиваются буквально двумя пальцами, усилия страгивания почти не ощущается. Повторная разборка узла показала, что локтайт как и положено застыл, но из него свободно выкручивается сам винт.

На что еще можно надежно зафиксировать винт в резьбе? отвинчивать естественно больше не потребуется.

bes_demon 08-09-2009 11:20

залудить, и на горячую вкрутить.
или старый дедовский «локтайт» — канифоль на спирту.

KBV_NSK 08-09-2009 11:39

Есть мысль на счет 2х компонентной эпоксидки, никто не пробовал?

tramblёr 08-09-2009 12:10

Сделай как было — расклепай изнутри.

KBV_NSK 08-09-2009 13:09

Тоже об этом подумал. Но уже после того как резьба нарезана, винты выточил, все красиво получилось. Теперь как то обломно все портить и клепать. Если оторвется- то второй раз конечно заморачиваться не буду.

Strelok-mod79 08-09-2009 14:03

Приклеивал шкалу на ВОМЗе эпоксидкой — держит намертво.

KBV_NSK 08-09-2009 15:08

мне тут еще знакомые ее посоветовали, пожалуй попробую на «холодную сварку». Та же 2х компоненткная эпоксидка с какими то модными наполнителями. Если интересно — отпишусь что получилось.

kuznets 13-09-2009 22:59

я где-то читал, что винты, которыми крепится ластохвост на ДИАНАх расклёпываются на заводе изготовителе, — сразу неразъемное соединение, поэтому и не выкручиваются.

Turhon 14-09-2009 12:00

Ты вероятно сильно прослабил резьбу когда нарезал.
Сам клеил планку в похожем случае на ЭДП

6aJIpoK 16-09-2009 12:54

Идешь в автомагазин. покупаешь там фиксатор резьбы «высокопрочный» ! и все! или бакситку + медная стружка ваще намертво)

Storag 16-09-2009 12:55

А какой локтайт применял? Фиксатор резьбы, клей или герметик?

dianarws 19-09-2009 01:01

именно так, поэтому нужно расклепывать изнутри и шлифовать.
при такой вибрации ниодин локтайт/клей не удержит.

KBV_NSK 21-09-2009 08:47

в оПсЧем приклеил, поставил метки (чтобы видеть если начнет откручиваться).Пока все хорошо, настрел 800-1000, держится.
Пишу — может кому пригодится
По порядку:
-Локтайт был именно локтайт (из автомагазина), который «анаэробный фиксатор резьбовых соединений», максимальной фиксации, неразборный.

Холодная сварка — типа пластилина на основе эпоксидки — еще хуже чем локтайт, эффекта совсем нет

В результате приклеил на обычную 2х компонентную эпоксидку «Контакт» (ессно все обезжирив и очистив от остатков других клеев). Примерно через

500выстрелов проверил метки — на месте, пробовал открутить — сорвал шлицы, винт на месте. Вроде хорошо получилось.

Что такое болт, гайка и шайба, знают практически все. (Исключения составляют неандертальцы или младенцы!)

Специально для неандертальцев, младенцев и просто тех, кто хочет вспомнить заумные слова.

Болт — крепёжная резьбовая деталь в виде цилиндрического стержня с головкой, часть которого снабжена резьбой, предназначенной для навинчивания гайки

Условное графическое изображение болта. На рисунке представлен болт в исполнении 1 по ГОСТ 7805-70 и ГОСТ 7798-70:

Фото болта с гайкой в профиль:

Гайка — вид крепёжного изделия с отверстием, в котором нарезана резьба

Обычно, гайки изготавливаются шестигранной формы под гаечный ключ, но могут быть и квадратными, круглыми с насечкой, с выступами под пальцы («барашки») или другой формы. Основное назначение гаек, вместе с болтом — соединение деталей.

Шайба (от нем. Scheibe) — деталь, подкладываемая под гайку или головку болта (винта) с целью создания большей опорной площади, уменьшения повреждений поверхности детали, а также предотвращения самоотвинчивания крепёжной детали

Шайбы бывают: круглые, косые, корончатые, пружинные (гровер), стопорные, быстросъёмные, уплотнительные, концевые, сферические и т. д.

Сейчас, больше всего, интересуют шайбы предотвращающие самоотвинчивание.

Пружинная шайба (гровер (нем. Grower), шайба Гровера) — металлическая деталь машин и механизмов, в виде разрезанного кольца. Одна из самых распространённых деталей для предотвращения самоотвинчивания резьбовых соединений. Подкладывается между гайкой и крепёжной поверхностью.

Ну, вот и познакомились с «главными героями», или кто-то, как я, например, просто вспомнил умные слова

В принципе, всех выше перечисленных изделий должно хватать для предотвращения самоотвинчивания и надежной фиксации изделия. Многим хватает, а многим катастрофически мало.

Был у моего дяди, «двигатель на колесиках», так вот от него постоянно отваливались болты и гайки. (От двигателя, а не от дяди)

И как он только не затягивал их, и что он только не придумывал (за исключением сварки), ничего не помогало. Вибрация делала свое «черное» дело, развинчивая даже самые сильно затянутые соединения, собранные с любыми видами шайб (гровер, коронная шайба, шайба с насечками и тд.).

Тогда мне было не интересно, почему все так происходит, а сейчас, в связи с профессиональной деятельностью, стало интересно. И вот что я узнал.

Резьбовое соединение — разъёмное соединение деталей машин при помощи винтовой или спиральной поверхности (резьбы)

Это соединение наиболее распространено из-за его многочисленных достоинств. В простейшем случае для соединения необходимо закрутить две детали, имеющие резьбы с подходящими друг к другу параметрами. Для рассоединения (разьёма) необходимо произвести действия в обратном порядке.

Практически в любом, новом, резьбовом соединении есть люфт. Попробуйте сами и все поймете. Гайка не сидит плотно на болте! Исключения составляют гайки с пластиковым кольцом, или какие то аналогичные способы фиксации.

Так вот, именно из-за этого люфта и происходит отвинчивание болта/гайки. Гроверы и другие аналогичные шайбы могут помочь не всегда. Да и хранить в гараже или на складе целую кучу гроверов не всегда удобно. Одних только размеров может быть великое множество, а универсальных нет! Точнее есть, но этот материал из другого разряда.

Анаэробный фиксатор — это однокомпонентный материал, который отверждается при комнатной температуре при условии отсутствия контакта с кислородом

Жидкий компонент отверждения остается неактивным до тех пор, пока он находится в контакте с атмосферным кислородом.

Если фиксатор лишен доступа атмосферного кислорода, например, при соединении деталей, происходит быстрое отверждение — особенно при одновременном контакте с металлом.

Это отверждение может быть представлено следующим образом: при прекращении поступления атмосферного кислорода формируются свободные радикалы под действием ионов металла (Cu, Fe), эти свободные радикалы способствуют началу процесса полимеризации:

Полимеризация фиксатора при анаэробной реакции: при постоянном воздействии кислорода фиксатор остается в жидком состоянии (1)

При попадании фиксатора в зазор прекращается поступление кислорода (2), пероксиды преобразуются в свободные радикалы, вступая в реакцию с ионами металла.

Свободные радикалы стимулируют формирование полимерных цепочек (3)

Отвержденное состояние (4) представляет собой твердую структуру со сшитыми полимерными цепочками.

Как это выглядит в жизни и как это работает? Попробую сейчас продемонстрировать и прокомментировать

А вот и наши болт с гайкой, в компании с :

Очиститель необходим для более прочного соединения, так как удаляет жир и прочие загрязнения, не оставляя следов.

Эти очистители оставляют после себя пленку, которая ухудшает адгезию фиксатора.

Пока обезжиренные поверхности сохнут, попробую показать, как выглядит анаэробный фиксатор в жизни.

Для наглядности, я взял универсальный , средней степени фиксации. Почему я выбрал именно Permabond A130? Да просто он был ближе всех J.

Но на самом деле, все фиксаторы делятся на следующие группы:

Фиксатор низкой прочности – . Собранное с помощью данного фиксатора соединение, можно разобрать обычным инструментов, без особых усилий
Фиксаторы средней прочности – , Permabond A113 ; Permabond A 130. Собранное, с помощью данных фиксаторов соединение, можно разобрать обычным инструментов, с усилием
Фиксатор высокой прочности – Permabond HM129 , . Собранное, с помощью данных фиксаторов соединение, можно разобрать спец. инструментом («болгарка» или газосварочный аппарат J) или нагревом соединения выше +30 °С

Процесс полимеризации (отверждения) резьбового фиксатора, от 5 до 40 минут. Это время зависит от самого фиксатора, от металла, с которым будет контактировать фиксатор и от условий окружающей среды

Время фиксации, на разных металлах, разное. Самым активным металлом считается медь и ее сплавы (время фиксации от 5 минут), а самым не активным металлом, нержавейка и гальваническое покрытие (время фиксации от 30 минут). Для не активных металлов, рекомендую использовать .

Также, при выборе фиксатора, следует руководствоваться и другими параметрами:

Вязкость фиксатора (густой или более жидкий)
Условия работы соединения (рабочая температура, рабочая среда, разборное/не разборное соединение)
Желаемое время фиксации (требуется/не требуется регулировка соединения)
Чистота поверхности (обезжиренная или маслянистая поверхность)

Но вернемся к нашему фиксатору.

Вот так выглядит фиксатор Permabond A130 в жидком виде, на плоской поверхности:

А так, фиксатор Permabond A130 в жидком виде, на наклонной поверхности:

Помните, я писал, что для анаэробного фиксатора требуется металл и отсутствие воздуха. А есть еще один способ, активатор Permabond A905. Он имитирует присутствие очень активного металла и по этому, отверждение происходит даже на воздухе:

И вот во что превращается анаэробный фиксатор после отверждения:

Пока я тут «ля-ля», очиститель испарился и можно приступать к дальнейшей работе.

Берем наш болт, берем, например, фиксатор Permabond A130 и наносим на одну из поверхностей.

Для глухих отверстий, наносите клей прямо на его дно, а не на крепежную деталь. Если есть зазор, тогда вместо этого нанесите клей на внутреннюю резьбу отверстия:

Я наносил фиксатор на болт, так как это более правильно, и вот что получилось:

Потом, спокойно накручиваем гайку:

И вот что получается в конечном итоге:

Видите, небольшой синий наплыв? Правильно – это излишки фиксатора. Уже не раз слышал возмущение от механиков, фиксатор плохой, так как он не затвердел.

Конечно! А как он затвердеет на воздухе и минимальном контакте с металлом?

Существует 3 варианта борьбы с излишками фиксатора:

Наносить фиксатор в нужном количестве
После сборки, удалять излишки ветошью
Воспользоваться активатором, и после отверждения удалить, например, металлической щеткой

С излишками определились, а теперь вернемся к тому, что происходит между болтом и гайкой.

Есть несколько понятий, связанных с процессом полимеризации анаэробных фиксаторов:

Начальная прочность – прочность, при которой изделие фиксируется. Обычно это несколько минут
Рабочая прочность – время, через которое только что склеенное соединение можно запускать в эксплуатацию. К этому времени соединение достигнет

И через час, когда появилась рабочая прочность, взял я в руки чудо-инструмент и…

Раскрутил соединение. С усилием, но раскрутил. Фиксатор то был средней прочности.

Кстати, очень важно учитывать диаметр и задействованную длину крепежных деталей, если в будущем их потребуется демонтировать

Удвоение диаметра увеличит прочность в шесть раз!

Как видите, фиксатор заполнил все пустоты между витками резьбы. То же самое произошло и с резьбой на гайке:

Заполнив все пустоты, прилипнув и склеив обе поверхности, фиксатор Permabond A130 позволил надежно зафиксировать резьбовое соединение

По сравнению с шайбами, фиксация происходит по всей поверхности резьбы, а не только под шляпкой болта или гайкой. И поверьте, вибрация, делающая свое черное дело, не сможет раскрутить это соединение. А на случай очень активной вибрации, у нас есть высокопрочные фиксаторы!

Заменить Permabond A130 и Permabond A1046 можно фиксатором .

Благодаря комплексу уникальных свойств EFELE 133 одновременно склеивает между собой поверхности, обеспечивает надежную фиксацию резьбы и 100 % герметизацию соединения

EFELE 133 защищает резьбовые соединения от влаги, коррозии и негативного воздействия нефтехимических продуктов, щелочей, газов и кислот, коррозии, предотвращает самопроизвольное отвинчивание

Анаэробный фиксатор-герметик EFELE 133 обеспечивает моментальное прочное соединение и может использоваться практически в любых условиях эксплуатации.

Резьбовые соединения достаточно надежны и эффективны. Они считаются одними из самых распространенных и экономически выгодных. Однако при воздействии вибрации существует вероятность их ослабления. Это часто можно видеть на примере гаек, произвольно раскручивающихся во время работы всевозможных устройств. Поэтому были разработаны методы, способные снизить данный эффект или полностью устранить его.

Способы избежать раскручивания гайки

2. Шайба и гровер. Более надежный способ, практикуемый, а транспортной промышленности. Предохраняет резьбовое соединение от произвольного раскручивания даже при наличии небольшой вибрации. Сначала на резьбу надевают обычную шайбу, а затем гровер. После этого закручивают гайку. Гровер тут служит своеобразной пружиной, создавая напряжение, препятствующее раскручиванию.

3. Специальная гайка с фиксатором. Метод с использованием специальной гайки нельзя назвать самым эффективным. Однако он имеет место в мировой практике, и используется на некоторых видах производства.

4. Использование фиксатора резьбы. Состав наносят на место, где будет находиться гайка, после чего ее надевают на резьбу. Это достаточно эффективный способ предотвратить произвольное откручивание, но на его эффективность влияет изменение температуры, повышенная влажность и воздействие активных веществ. Поэтому его область применения ограниченна.

5. Применение двух или более гаек. Один из самых надежных методов. На резьбу накручивают сразу две гайки. После зажима первой производят отдельное затягивание второй, удерживая первую в исходном положении и даже пытаясь ее немного открутить.

6. Фиксация с помощью шплинта. Это самый надежный метод, способный выдержать практически любое внешнее воздействие и сильную вибрацию. Его используют на особо ответственных участках. Гайку полностью закручивают. Затем с помощью дрели и тонкого сверла проделывают отверстие, пронизывающее ее вместе с болтом. В полученное отверстие вставляют шпильку, усики которой разгибают, предотвращая выпадение. Такую гайку можно сорвать только при очень сильном вращательном воздействии по направлению резьбы.

Главная » Бизнес » Ослабление болтов и резьбовых крепежных деталей от вибрации. Фиксатор резьбы — чтобы не раскрутилось Как зафиксировать гайку от раскручивания