Типы болтов и гаек, предотвращающие ослабление, и принцип предотвращения ослабления самоконтрящихся гаек

Ослаблениеболт и гайка соединения — распространенная проблема отказов в машиностроении, которая всегда была горячей темой исследований в индустрии крепежа. На основе практического опыта сборки и реальных условий работы в этом документе перечислены основные конструкции, предотвращающие ослабление болтов и гаек, подробно описаны принцип работы, применимые сценарии и присущие дефекты каждого метода предотвращения ослабления. Между тем, в нем объясняется основной механизм долговременной защиты от ослабления самоконтрящихся гаек, предоставляя надежные рекомендации для выбора крепежа на месте и формулирования процесса сборки.

1. Общие типы и принципы борьбы с ослаблениемБолты и гайки

1.1 Двойная гайка, предотвращающая ослабление (предохраняющая от ослабления стыковая гайка)

Также известна как противоотвинчивающаяся контргайка. После того, как две гайки затянуты друг против друга в обратном направлении, между ними будет создаваться непрерывная осевая сила сжатия, которая будет действовать на контактные поверхности резьбы в зацеплении. Чем сильнее затянуты две гайки, тем больше нормальное давление на контактные поверхности резьбы, а также момент трения между парами резьбы. Любое вращательное ослабление гаек должно преодолевать большую силу трения между зацепленными резьбами. Даже если внешняя нагрузка колеблется во время работы оборудования, давление подъема между двумя гайками остается постоянным, обеспечивая устойчивый эффект предотвращения ослабления.

Применимые сценарии: Подходит для болтовых соединений с требованиями к предварительному натягу или без них, применимо только для условий работы с небольшой вибрацией и стабильной нагрузкой.

Недостатки: Занимает большое пространство для установки в осевом направлении, имеет ограниченную устойчивость к ослаблению и легко выходит из строя в условиях сильной вибрации.

1.2 Жесткая фиксирующая вогнуто-выпуклая гайка, предотвращающая ослабление

Гайка с защитой от ослабления Hard Lock состоит из нижней выпуклой гайки и верхней вогнутой гайки для комбинированного использования. Нижняя выпуклая гайка подвергается эксцентриковой обработке с небольшим смещением центра и играет роль клинового блока; верхняя вогнутая гайка обработана в стандартный концентрический круг без отклонения центра. Все соединительные поверхности верхней и нижней гаек представляют собой конические вогнуто-выпуклые поверхности, образующие после затяжки механическую самоблокирующуюся структуру, подобную молотковому клину.

Небольшая осевая предварительная нагрузка может создать огромное радиальное запирающее давление на конических поверхностях соединения. Давление передается на зацепленную резьбу синхронно, что значительно увеличивает момент трения как на контактных поверхностях резьбы, так и на вогнуто-выпуклых конических поверхностях. Он механически блокирует тенденцию вращения резьбы и обеспечивает превосходную защиту от ослабления резьбы.

Применимые сценарии: Применяется для болтовых соединений с требованиями к предварительному натягу или без них и может использоваться для длительной эксплуатации в тяжелых условиях работы с высокочастотной сильной вибрацией и переменными нагрузками.

Недостатки: Требует чрезвычайно высокой точности обработки для эксцентриковой конструкции, сложного производственного процесса и высоких затрат на закупку.

1.3 Гайка, предотвращающая ослабление Spiralock

Основной конструктивной особенностью гаек Spiralock является клиновидный наклон под углом 30 градусов, обработанный у основания внутренней резьбы. Когда болты и гайки затягиваются и зацепляются, кончики резьб болтов плотно прижимаются к клиновидному наклону внутренней резьбы, образуя высокопрочную жесткую фиксирующую силу.

Для стандартной обычной резьбы угол между нормальным контактным усилием на поверхностях резьбы и осью болта составляет 30 градусов. Резьба Spiralock меняет угол профиля резьбы, благодаря чему внутренний угол достигает 60 градусов. Нормальное давление пар резьбы намного превышает осевое давление крепления, что значительно повышает сопротивление трению и полностью ограничивает ослабление резьбы при вращении.

Применимые сценарии: Применимо только к соединительным конструкциям, требующим стабильной предварительной нагрузки, при этом соединяемые детали не должны быть изготовлены из слишком мягких материалов.

Недостатки: Эффект предотвращения ослабления полностью исчезнет, ​​как только предварительная нагрузка болта уменьшится; больший момент затяжки необходим для преодоления сопротивления трения между зубьями резьбы и достижения требуемого предварительного натяга болта.

1.4 Разъемная пружинная шайба, предотвращающая расшатывание

После того, как гайка затягивается, чтобы сплющить разрезную пружинную шайбу, шайба создает постоянную упругую силу отскока, чтобы обеспечить плотное прилегание внутренней и внешней резьбы. Момент трения, создаваемый постоянной контактной силой, предотвращает вращение гайки. Между тем, острые режущие кромки в разрезном отверстии впиваются в нижнюю поверхность гайки и поверхность соединяемых деталей соответственно, дополнительно предотвращая относительное вращение гаек за счет физической блокировки.

Ограничения приложения: Не подходит для соединений со сверхтвердыми поверхностями; режущие кромки не могут внедриться в твердую основу и полностью теряют функцию защиты от расшатывания. Он также не применим к соединениям, требующим высокого предварительного натяга, поскольку ускоряет ослабление предварительного натяга болтов.

1.5 Коническая пружинная шайба, предотвращающая расшатывание

Она использует тот же принцип предотвращения ослабления, что и обычные разъемные пружинные шайбы, полагаясь на силу упругого отскока после сжатия для сжатия пар резьбы и реализации предотвращения ослабления трения. По сравнению с обычными разрезными пружинными шайбами ​​конические пружинные шайбы имеют более высокую структурную жесткость и могут обеспечивать большее осевое давление при том же ходе сжатия, обеспечивая лучшую устойчивость и производительность против ослабления.

Ограничения приложения: По-прежнему не подходит для высокоточных соединительных деталей со строгими требованиями к предварительному натягу.

1.6 Двухслойная самоконтрящаяся шайба Nord-Lock

Шайбы такого типа используются парами, с наклоненными под большим углом зубьями с одной стороны и радиальными противоскользящими зубцами с другой стороны. При сборке две шайбы устанавливаются наоборот наклонными поверхностями зубьев друг к другу. После затяжки наружные радиальные зубцы плотно впиваются в торец гайки и поверхность соединяемой детали, полностью фиксируя наружные контактные поверхности, оставляя лишь относительное скольжение между внутренними наклонными поверхностями зубьев двух шайб.

Когда болты имеют тенденцию ослабляться и вращаться, эффект клинового домкрата между внутренними наклонными поверхностями зубьев будет создавать осевую подъемную силу. Расстояние подъема, создаваемое шайбами, больше, чем расстояние осевого подъема, вызванное ослаблением резьбы, что обратно блокирует тенденцию к ослаблению резьбы и обеспечивает постоянный эффект предотвращения ослабления.

Ограничения приложения: Не может использоваться для сверхтвёрдых и сверхмягких поверхностей суставов. Шайба имеет определенное направление установки и теряет функцию защиты от ослабления при установке в обратном направлении. Это также недействительно для свободных соединений без предварительного натяга.

2. Основной принцип неослабления самоконтрящихся гаек

Долгосрочная защита от ослаблениясамоконтрящиеся гайкипроисходит из специально оптимизированной нестандартной структуры резьбы.

У основания внутренней резьбы самоконтрящихся гаек обработан клиновидный уклон в 30 градусов. После зацепления и затяжки кончики резьбы болтов жестко прижимаются к клиновидным скосам, образуя высокопрочную механическую блокирующую силу. Для стандартной обычной V-образной резьбы с углом 60 градусов угол между нормальной контактной силой и осью болта составляет 30 градусов, тогда как для самоконтрящейся резьбы угол изменяется до 60 градусов, что приводит к фундаментальному изменению напряженного состояния.

Сравнение механических сил: При том же осевом натяжении болта P0 нормальная контактная сила стандартной обычной резьбы составляет всего 1,15P0, тогда как у самотормозящейся резьбы достигает 2P0. Соотношение сил между ними составляет около 7:12, что значительно улучшает силу трения пар резьб, предотвращающую ослабление.

Кроме того, самоконтрящаяся резьба устраняет присущий обычной резьбе дефект неравномерного напряжения. Для обычной V-образной резьбы с углом 60 градусов первая и вторая резьбы несут 70–80% общей нагрузки, в то время как остальные резьбы практически не несут нагрузки. При длительной вибрации и знакопеременных нагрузках передняя резьба склонна к выходу из строя из-за перегрузки, что приводит к быстрому ослаблению запирающего усилия, ослаблению вращения резьбы, даже заеданию и срыву резьбы.

Самотормозящаяся резьба равномерно распределяет нагрузку на все задействованные витки резьбы посредством клиновидных уклонов, реализуя синхронное напряжение всех резьб. Это позволяет избежать локального отказа резьбы из-за перегрузки, принципиально исключает ослабление болтов, вызванное вибрацией, и обеспечивает долгосрочный эффект предотвращения ослабления, не требующий обслуживания.