Самостопорящиеся гайки – надежная фиксация резьбовых соединений

Все резьбовые крепежные детали склонны к самотовертыванию под действием внешних сил, таких как вибрация, ветровые, динамические и ударные нагрузки. Если они надежно не застопорены, то это может привести к самым серьезным последствиям. Известны случаи, когда отвинтившаяся гайка или болт ставали причиной поломки механизма и вызывали тяжелые аварии.

Существует множество способов предотвращения ослабления резьбовых соединений, которые основаны либо на принципе жесткого стопорения (шплинты, отгибные шайбы, проволока) либо фрикционного, то есть за счет увеличения силы трения (контргайки, упругие шайбы, самостопорящиеся гайки).

Основные виды самоконтрящихся гаек

Как работают самоконтрящейся гайки?

Как следует из названия, самоконтрящаяся гайка не нуждается в дополнительных стопорных деталях и других способах защиты от самоотвинчивания. Она имеет определенный механизм фиксации, являющийся неотъемлемой частью ее конструкции, и это делает ее пригодной для использования в условиях высокой вибрации.

Таких самозажимных стопорных гаек разработано много видов и каждая из них получила широкое распространение. Как правило, их самоблокировка на ответной резьбе болта происходит за счет повышения силы трения в витках. Например, она может иметь нейлоновое кольцо или деформированный участок резьбы, то есть в ней есть некоторая часть, которая упруго деформируется, чтобы обеспечить фрикционное действие.

Что такое гайки с преобладающим крутящим моментом?

Именно так называют самоконтрящиеся контргайки многие зарубежные производители и разработчики этих изделий. По определению, «крепежные детали с преобладающим крутящим моментом имеют автономную функцию, которая создает фрикционное взаимодействие между резьбой сопрягаемых компонентов».

Самостопорящиеся гайки не могут свободно вращаться на ответных резьбовых стержнях, следовательно, как при сборке, так и при разборке вы столкнетесь со значительным сопротивлением вращению, для преодоления которого требуется дополнительное усилие. Это сопротивление и называется «преобладающим крутящим моментом». Чем больше степень деформации, тем выше требуемый момент для установки и снятия.

Например, для гайки с нейлоновой вставкой это крутящий момент, необходимый для преодоления сопротивления волочению нейлона по сопрягаемой резьбе. Его значение обычно не очень велико по сравнению с крутящим моментом окончательной установки.

Преимущество перед гайками свободного хода

Свободно вращающиеся стопорные гайки часто полагаются на дополнительный стопорящий элемент, такой как стопорная шайба или зубчатый фланец. Однако после первоначального ослабления они перестают сопротивляться отвинчиванию, что может привести в скорости к полной разборке соединения.

Крепеж с преобладающим крутящим моментом лишен этого недостатка, так как после небольшого ослабления затяжки он продолжает сопротивляться дальнейшему отвинчиванию из-за трения. Даже при сильных вибрациях сопрягаемые детали останутся свинченными вместе.

Гайка с нейлоновым кольцом или цельнометаллическая?

Существует множество видов самоконтрящихся гаек с преобладающим крутящим моментом, дизайн многих из них запатентован или отвечает требованиям определенных стандартов, но в целом их можно разделить на две категории:

• цельнометаллические
• с неметаллической вставкой

Стопорные гайки: цельнометаллическая и с нейлоновой вставкой
Гайки с полимерной вставкой имеют не выпадающее нейлоновое кольцо, завальцованное в верхней части резьбы и создающее необходимый натяг при затягивании на болте для стопорения резьбовой пары. Они многоразовые, поскольку после демонтажа упругая нейлоновая вставка возвращается к своей первоначальной форме. Их можно устанавливать в местах, где температура достигает 120 градусов по Цельсию. При критически высоких температурах рекомендуется использовать полностью металлические контргайки.

Все цельнометаллические самостопорящиеся гайки обеспечивают блокирующее действие за счет некоторого изменения формы — чаще всего за счет деформированного участка гаечной резьбы, который врезается в сопрягаемую деталь при затяжке. Это означает, что нужно приложить большее усилие как для сборки, так и для разборки соединения. Кроме того, они полностью металлические, поэтому их можно использовать в местах, где есть воздействие определенных химических веществ и повышенных температур, вплоть до 750 градусов по Цельсию.

Таким образом, у каждого вида контргаек есть свои преимущества и недостатки, а именно:

• Цельнометаллические стопорные гайки имеют меньше ограничений по температуре и химическим веществам, но они склонны к истиранию резьбы и их трудно навинтить на длинные болты.
• Изделия с неметаллическим вкладышем имеют ограничения по температуре и не устойчивы к некоторым химическим веществам, но могут быть свинчены с длинными болтами без повреждения резьбы. Кроме того, поскольку неметаллический элемент плотно прилегает к сопрягаемой резьбе, он обеспечивает эффективное уплотнение соединения.

Деформированные цельнометаллические гайки

Международные стандарты не предъявляют строгих требований к конструктивному исполнению и размерам контрящих элементов, допуская разные варианты их исполнения. Этим и объясняется то обстоятельство, что цельнометаллические самоконтрящиеся гайки, выполненные по одному и тому же стандарту, могут отличаться формой и конструкцией контрящих элементов. Рассмотрим наиболее известные варианты исполнения:

Искаженный участок резьбы.

Это наиболее распространенная конструкция цельнометаллической гайки с преобладающим крутящим моментом, у которой резьба на некоторых участках намеренно сделана неправильной формы (перекошена). За счет этого обеспечивается устойчивая к вибрации фрикционная посадка крепежа, более надежная, чем у контргайки с нейлоновой вставкой.

Деформация на эллипс.

Это шестигранная гайка с коническим или цилиндрическим выступом, который пластически обжат, так что резьбовое отверстие в этой части имеет овальную форму сечения. Она вращается свободно до тех пор, пока ее деформированная верхняя резьба не войдет в зацепление с резьбой ответной части, затем она расширяется почти до круглой формы, создавая фиксирующее сжатие. Это односторонние стопорные гайки, то есть их можно установить только в одном направлении – обжатой стороной наружу.

Обжатие по торцу в трех точках.

Блокировка гайки с таким контрящим элементом происходит в верхней части, как и у эллиптически деформированной модели, за исключением того, что деформирована не вся секция верхней резьбы, а только два или три небольших участка. Этого вполне достаточно для надежной фрикционной посадки на болт.

Центральный замок.

Также известные как двусторонние контргайки, которые могут накручиваться на шпильку любой стороной. Они обжаты в радиальном направлении по граням или по ребрам в центральной части крепежа, в результате в этих местах диаметр резьбы уменьшается. Деформированный участок отлично препятствует свободному отвинчиванию крепежа. Одним из видов является гайка Biloc.

DIN 980 form M

Большим спросом в промышленности также пользуются цельнометаллические самоконтрящиеся гайки с металлической вставкой из пружинной стали (например, DIN 980 форма M). Дополнительный металлический упругий элемент в форме кольца, обжатого на эллипс или многогранник, обеспечивает надежную блокировку на резьбовом стержне за счет упругой деформации.

Фиксатор резьбы — чтобы не раскрутилось

Нередко требуется закрутить болтик или шуруп, чтобы он не раскручивался, по крайней мере — самостоятельно, под действием окружающей среды. Эту задачу и призван решить предмет обзора. Под катом обзор и тест-драйв анаэробного геля для фиксации. Когда я писал про анаэробный герметик, в комментариях было много вопросов, о его возможностях по фиксации резьбы. Я ответил, что для этого существуют другие продукты, вот один из них и будем рассматривать. В условиях стабильно нестабильного курса, продукция российского производства, зачастую, оказывается более интересна, чем зарубежные аналоги. Когда я заказывал герметики для труб, то закинул в корзину и данный фиксатор. Доставка у производителя платная до определенной суммы (500 руб — 6.5$), поэтому есть смысл добрать товаров до этой суммы. Теперь дошли руки разобраться с этим продуктом. Посылка пришла, примерно, за полторы недели, позвонил менеджер транспортной компании и договорился о доставке. Основным товаром там был, конечно, Сантехмастер гель, который вызвал большой отклик среди читателей. Фиксатор резьбы я заказал скорее в довесок.

Вот, что пишет производитель про этот фиксатор (я немного обобщил информацию с разных мест сайта производителя): — заменяет стопорные шайбы, надежно фиксирует болты свыше М20; — может применяться в стыках от -0,2 до +0,6 мм, заполнять микродефекты сварных швов, литья, проката, прессованных материалов; — герметизация сразу же после нанесения (окончательная полимеризация наступает через 15-30 мин. — продукт блокирует деталь); — не требуется сильная затяжка при сборке; — стойкость к стиранию, высоким механическим нагрузкам, воздействию температурных перепадов; — защита от коррозии благодаря высокой адгезии к металлу; — устойчив к воздействию органических растворителей; — не ползет, не дает усадки, повышают конструкционную прочность; — диапазон рабочих температур от -60 до +150 °C; — демонтируются с подогревом до +150 ºC; — защищает от резьбу от коррозии.

Ну что же, проверим его свойства. Вообще, очень важно зафиксировать резьбу, особенно, в подвижных узлах. Мне фиксатор резьбы очень помог обеспечить стабильность соединений в конструкции автоматизированной теплицы, которую я описал здесь.

Фиксатор резьбы упакован в блистер:

Следует заметить, что они выпускаются 4-х видов: с легкоразборной фиксацией, прочная, для крупных резьб и высокопрочная. В наших руках лайт-версия: с легкоразборной фиксацией. С обратной стороны инструкция по применению:

Вес с упаковкой 27 г:

Вынимается тюбик очень легко, вес тюбика 14г:

Длина тюбика порядка 12 см:

Колпачек на тюбике фиксируется резьбой, внутри содержится синеватый гель:

Кончик тюбика тонкий, что в сочетании с нажатием на тюбик, позволяет легко дозировать выдаваемый гель.

Сразу напишу особенности этих гелей, чтобы избежать лишних вопросов. Гели являются анаэробными — то есть застывают без воздуха. В узких местах, в частности, в месте соприкосновения гайки и болта, или самореза и скручиваемой поверхности количество воздуха минимально — вот именно там, этот гель и полимеризуется. Остатки геля снаружи не застывают, их следует убрать тряпкой.

Для тестов возьмем несколько болтиков с гайками. Продавец заявляет работу даже на болтах резьбы м20, но максимальное из того, что было у меня: м10:

Выстроенные в ряд кандидаты:

Смазываем 3-4 витка на каждом болтике:

С большого болтика часть геля стекла на бумажку, он достаточно жидкий, поэтому, наверно, лучше горизонтально не класть после смазки. Собираем соединения и ожидаем полимеризации 30 минут:

Слева на бумажке лужица, оставленная большим болтиком.

Пока идет процесс полимеризации, я решил собрать еще одну конструкцию. После прошлого обзора анаэробного герметика для труб, в комментариях писали про тест вибрацией. В этот раз мы не можем провести тест давлением, но вибрацию добыть думаю сможем. Что может лучше подходить для подобных тестов чем детский металлический конструктор? Я не нашел ничего лучшего и позаимствовал у ребенка следующее:

Внутри, как и следовало ожидать, элементы конструкций и винты с гайками:

Мы не будем собирать самолет или трактор, соберем вот такую простую рогатину, используя нехитрый инструмент из конструктора (отвертка входит в шлиц винта с большим усилием, нехарактерным для детей обозначенного на конструкторе возраста — оставим это на совести class=»aligncenter» width=»800″ height=»600″[/img] При этом, правую часть, помеченную синим маркером, скручивал с использованием нашего фиксатора резьбы. Замечу, что скручивал винтики я с одинаковым усилием, без фанатизма, но чтобы держалось. Оставим нехитрую конструкцию сохнуть.

Тем временем, наступил момент истины для наших болтиков, пробуем открутить (прошло 30 минут). Руками провернуть гайки у меня не вышло, но с помощью разводного ключа прикрученные гайки со средним усилием пришли в движение. Если требуется собрать не разборное соединение, то следует прибегнуть к версиям с прочной и высокопрочной фиксацией. Полимеризовавшийся герметик выглядит таким образом:

Теперь перейдем к нашему конструктору. Для создания вибрации я решил прибегнуть к помощи компрессора, который переживает зиму на балконе:

Фиксируем нашу конструкцию прищепками, прочность нам не нужна, скорее наоборот — чем больше оно будет болтаться тем лучше:

Включаем и видим, как вибрирует конструкция. Через 5 минут работы конструкция изменила свой первоначальный облик:

Можно сделать вывод, что фиксатор резьбы помогает справится с самораскручиванием болтиков и шурупов.

В целом, можно сказать, что фиксатор резьбы со своей задачей справляется, никаких проблем при его использовании не возникло. Зафиксированные этим гелем резьбовые соединения в моей теплице не вызывали никаких проблем. Так что — могу рекомендовать.

На десерт видео вибрации, к сожалению, не дождался краха половинки без герметика:
Спасибо всем, кто дочитал до конца, надеюсь кому-то данная информация окажется полезной.

Распространенные стандарты самоконтрящихся гаек:

• DIN 980, 982, 985, 986, 6924, 6925, 6926, 6927
• ISO 7040, 7042—7044, 7719-7720, 10511—10513
• EN 1663, 1664, 1666, 1667
• ГОСТ Р 50271-92, ГОСТ Р 50272-92, ГОСТ Р 50273-92

На рынке существуют и другие запатентованные формы конструктивного исполнения металлических стопорных гаек с преобладающим крутящим моментом, поэтому предоставленная информация не является исчерпывающей.

Окончательный контроль качества гаек с функцией самофиксации основан на измерении моментов завинчивания и отвинчивания, значения которых должны соответствовать установленным нормам. В отечественной промышленности установлены следующие нормы на максимальный момент первого завинчивания (М1зав) и минималь­ный момент пятнадцатого отвинчивания (М15отв).

Нормативы контрящих свойств самостопорящихся гаек:

Как наносить

Во-первых, надо быть уверенным в том, что на данный болт просто требуется нанесение фиксатора резьбы. Чтобы это узнать, надо найти руководство по ремонту вашего авто, и прочитать. Обычно данная информация пишется в том же разделе, что и моменты затяжки.

Если уверенность есть, то открываете тюбик с фиксатором, и наносите на резьбу, в том месте болта, где будет находиться гайка, полоску примерно в 5 мм (обычно это одна капелька). Когда будете закручивать болт, фиксатор сам распределится по соприкасаемой поверхности.

Можно ли повторно использовать самостопорящиеся гайки?

Существуют некоторые разногласия по поводу того, можно ли использовать гайки с нейлоновым кольцом повторно. Упругий и прочный полимерный вкладыш принимает свою исходную форму после отвинчивания, поэтому их можно использовать многократно с полной безопасностью и без ущерба для эффективности блокировки. Но каждый раз перед следующим применением важно определить степень износа полимерного кольца. При первых признаках потери упругости или разрушения, лучше отказаться от использования крепежа. Для некоторых особо ответственных креплений, например в авиастроении, повторное использование вообще не допускается.

Большинство видов цельнометаллических контргаек сохраняют работоспособность после нескольких сборок/разборок резьбового соединения. Но есть и один недостаток – каждое последующее снятие снижает «преобладающий крутящий момент», что снижает эффективность стопорного крепежа.

Всегда следуйте рекомендациям производителя относительно повторного использования самоконтрящихся гаек, смазочных материалов для резьбы и значений крутящего момента. Не применяйте стандартные значения моментов затяжки к крепежу с преобладающим крутящим моментом из-за дополнительного трения фиксирующего элемента.

Предупреждение:

Стопорные гайки с перекосом резьбы считаются необратимыми, то есть не подлежат повторному использованию, так как после первого применения в них нарезается новая резьба, и они теряют свою блокирующую способность.

Настоятельно рекомендуется устанавливать стопорящиеся металлические контргайки ближе к концу стержня сопрягаемой детали, поскольку, чем длиннее ее ход по ответной резьбе, тем выше вероятность снижения ее фиксирующей функции и повреждения резьбы болта.

Кроме того, не используйте высокопрочные цельнометаллические контргайки с преобладанием крутящего момента с сопрягаемыми деталями низкой прочности, потому что твердая гайка может повредить резьбу сопрягаемого стержня.

Виды фиксаторов

Фиксаторов для резьбовых соединений на рынке достаточно много. Подразумевается разнообразие производителей. Локомотивами в области считаются компании Permatex, Abro, TM Loctite и другие.

Каждый производитель привлекает клиентов чем-то своим. Это может быть как уникальный рецепт состава, так и уникальные его свойства. Например, повышенная износоустойчивость, моментальное схватывание, текучесть, реакция на температуры и вибрацию и т.д. Вариантов здесь масса. Не будем забывать и про ценовую мотивацию.

Отдельно внимание хочется обратить на продукцию компании Permatex. Эти ребята производят качественные фиксаторы со средними характеристиками, однако подкупают сравнительно низкой ценой большим разнообразием моделей.

Преимущественно клей Permatex применяют в автомобильной промышленности, хотя и для бытовых нужд Permatex отлично подойдет. Если же говорить о лидерах, то тут марку держит немецкий производитель TM Loctite.

Еще один важный момент – деление фиксаторов по цвету. Чаще всего встречаются фиксаторы:

• Красные;
• Синие.

Синий фиксатор резьбы средней прочности
Это два основных образца. Цветовая маркировка производителями выбрана с чисто практических целей. Так их гораздо проще перепутать.

Красный фиксатор – вещество высшего порядка. Оно способно выдерживать колоссальные нагрузки, и даже более того. Обработанный красным гелем болт не всегда вообще реально открутить вручную. Скорее вы сорвете ему голову.

Решить ситуацию поможет только нагрев газовой горелкой или чем-то подобным. При сильном нагревании фиксатор на короткое время ослабевает. За те несколько десятков секунд или минут (в зависимости от состава) резьбу можно ослабить. Но лучше не мешкать, ведь при остывании гель схватится снова.

Синий фиксатор предназначается для простых соединений, на которые приходятся средние нагрузки, то есть шанс их ослабления уменьшается.

Такой фиксатор нагревать необходимости нет. Просто приложите большее усилие при откручивании болта, и он вам поддастся.

Стоит понимать, что цветовая маркировка тоже зависит от производителя. Это не унифицированный стандарт, а скорее общепринятое негласное правило.

Например, те же фиксаторы от Permatex продаются также в зеленом и пурпурном цвете. Первый предназначается для фиксации слабых соединений, а второй отлично взаимодействует с нестандартной средой.

По мощности или силе схватывания фиксаторы делят на:

1. Слабые (выдерживают нагрузки до 10 Нм);
2. Средние (выдерживают нагрузки до 20-25 Нм);
3. Сильные (выдерживают нагрузки до 50 Нм, иногда и больше).

Применение анаэробных фиксаторов (видео)

Где применяются самоконтрящиеся гайки?

Самостопорящиеся гайки можно отнести к наукоемким крепежным деталям, потребность в которых растет в самых разных отраслях промышленности. Благодаря хорошим стопорящим свойствам, их стали широко применять в автомобилях, самолетах, вертолетах, велотехнике, мотоциклах, сельхозмашинах и другой технике, где они испытывают колоссальные вибрационные нагрузки. Без них не могли бы нормально эксплуатироваться вибротрамбовки и зерносушилки. На них полагаются производители детских колясок и игрушек.

Использование самоконтрящихся гаек в любом болтовом соединении позволяет не только исключить самоотвинчивание крепежа, но и значительно повысить надежность крепежного узла без применения дополнительных стопорных крепежных изделий.

Статьи о продукции Обновлено: 13.07.2021 12:55:21