Типи болтів і гайок, що запобігають ослабленню, і принцип самозакручування гайок, що запобігають ослабленню

Розпушуванняболт і гайка з’єднання є поширеною проблемою несправності в машинобудуванні, яка завжди була гарячою темою досліджень у галузі кріпильних виробів. Ґрунтуючись на практичному досвіді монтажу та фактичних робочих умовах, у цьому документі описано основні конструкції проти ослаблення болтів і гайок, детально описано принцип роботи, застосовні сценарії та властиві дефекти кожного методу запобігання ослабленню. Водночас він пояснює основний механізм тривалої дії самоконтряться гайок проти розкручування, надаючи надійні посилання для вибору кріплення на місці та формулювання процесу складання.

1. Загальні типи та принципи захисту від розпушуванняБолти і гайки

1.1 Подвійна гайка проти розкручування (запобіжна гайка)

Також відомий як антирозкручування стикової гайки. Після того, як дві гайки затягнуті один проти одного в протилежному порядку, між ними виникне безперервна осьова сила стиснення, яка буде діяти на контактні поверхні різьблення з сіткою. Чим тугіше затягнуті дві гайки, тим більший нормальний тиск на контактні поверхні різьби, а також момент тертя між парами різьби. Будь-яке обертальне ослаблення гайок повинно подолати велику силу тертя між сітчастими нитками. Навіть якщо зовнішнє навантаження коливається під час роботи обладнання, тиск підйому між двома гайками залишається постійним, реалізуючи стійкий ефект проти розкручування.

Застосовні сценарії: Підходить для болтових з’єднань із вимогами до попереднього натягу або без нього, застосовно лише до умов роботи з невеликою вібрацією та стабільним навантаженням.

Недоліки: займає великий осьовий простір для встановлення, обмежена здатність запобігати ослабленню та легко виходить з ладу в умовах сильної вібрації.

1.2 Увігнуто-опукла жорстка гайка, що запобігає ослабленню

Гайка проти розкручування Hard Lock складається з нижньої опуклої гайки та верхньої увігнутої гайки для відповідного використання. Нижня опукла гайка має ексцентричну обробку з невеликим зміщенням центру, щоб грати роль клинового блоку; верхня увігнута гайка оброблена в стандартне концентричне коло без відхилення центру. Поверхні з’єднання верхньої та нижньої гайки є конічними увігнуто-опуклими поверхнями, які утворюють механічну самофіксуючу структуру, схожу на розклинювання молотка після затягування.

Невелике осьове попереднє натяг може створити величезний радіальний блокуючий тиск на конічних поверхнях з’єднання. Тиск передається на сітчасті нитки синхронно, значно збільшуючи момент тертя як на контактних поверхнях нитки, так і на увігнуто-опуклих конічних поверхнях. Він механічно фіксує тенденцію до обертання нитки та забезпечує чудову ефективність проти ослаблення.

Застосовні сценарії: Застосовується до болтових з’єднань із вимогами до попереднього натягу або без нього, і може використовуватися для тривалої роботи в важких умовах роботи з високочастотною сильною вібрацією та змінними навантаженнями.

Недоліки: Вимагає надзвичайно високої точності обробки для ексцентричної конструкції, складного виробничого процесу та високої вартості закупівлі.

1.3 Затискна гайка Spiralock

Основною конструктивною особливістю гайок Spiralock є клиноподібний нахил під кутом 30 градусів, оброблений у корені внутрішньої різьби. Коли болти та гайки затягуються і зачіпаються, кінчик різьби болта щільно притискається до клиноподібного схилу внутрішньої різьби, утворюючи високоміцну жорстку силу фіксації.

Для стандартної звичайної різьби кут між нормальною контактною силою на поверхнях різьби та віссю болта становить 30 градусів. Нитки Spiralock змінюють кут профілю різьби, завдяки чому включений кут досягає 60 градусів. Нормальний тиск пар ниток набагато більший, ніж тиск осьового кріплення, що значно покращує опір тертю та повністю стримує обертальне ослаблення нитки.

Застосовні сценарії: Застосовується лише до з’єднувальних конструкцій, які вимагають стабільного попереднього натягу, і з’єднані частини не повинні виготовлятися з надто м’яких матеріалів.

Недоліки: Ефект проти ослаблення повністю зникне, коли попереднє натяг болта зменшиться; для досягнення необхідного попереднього натягу болта потрібен більший момент затягування, щоб подолати опір тертя між зубами різьби.

1.4 Роздільна пружинна шайба проти ослаблення

Після затягування гайки, щоб сплющити розрізну пружинну шайбу, шайба створює постійну пружну силу відскоку, щоб утримувати внутрішню та зовнішню різьби щільно підігнаними. Момент тертя, утворений постійною силою контакту, перешкоджає обертанню гайки. Тим часом гострі ріжучі кромки в розрізному отворі врізаються в нижню поверхню гайки та поверхню з’єднаних частин відповідно, додатково запобігаючи відносному обертанню гайки через фізичну фіксацію.

Обмеження застосування: Не підходить для з'єднань з надтвердими поверхнями з'єднань; ріжучі кромки не можуть вставлятися в тверді підкладки і повністю втрачають функцію запобігання ослабленню. Він також не застосовується до з'єднань, що вимагають високого попереднього натягу, оскільки це прискорить ослаблення попереднього натягу болтів.

1.5 Конічна пружинна шайба проти ослаблення

Він має той самий принцип запобігання ослабленню, що й звичайні розрізні пружинні шайби, покладаючись на силу пружного відскоку після стиснення, щоб стиснути пари ниток і реалізувати захист від тертя. Порівняно зі звичайними розрізними пружинними шайбами, конічні пружинні шайби мають вищу конструкційну жорсткість і можуть забезпечувати більший осьовий тиск при тому самому ході стиснення, забезпечуючи кращу стабільність і продуктивність проти ослаблення.

Обмеження застосування: Все ще не підходить для високоточних з’єднувальних деталей із суворими вимогами до попереднього натягу.

1.6 Двошарова самофіксуюча шайба Nord-Lock

Цей вид шайби використовується в парі, з великим кутом нахилених зубів з одного боку і радіальними протиковзкими зубцями з іншого боку. При складанні дві шайби встановлюються навпаки похилими зубчастими поверхнями один до одного. Після затягування зовнішні радіальні зубці щільно затискають торцеву поверхню гайки та поверхню з’єднаної частини, щоб повністю зафіксувати зовнішні контактні поверхні, залишаючи лише відносне ковзання між внутрішніми похилими поверхнями зубів двох шайб.

Коли болти мають тенденцію до ослаблення та обертання, ефект клинового затискання між внутрішніми похилими поверхнями зубів створить осьову підйомну силу. Відстань підйому, створювана шайбами, більша, ніж відстань осьового підйому, спричинена ослабленням різьблення, що зворотно блокує тенденцію до ослаблення різьби та досягає постійного ефекту проти ослаблення.

Обмеження застосування: Не можна використовувати для надтвердих або надм’яких поверхонь швів. Шайба має певний напрямок встановлення, і втрачає функцію запобігання ослабленню, якщо встановити її навпаки. Він також недійсний для слабких з'єднань без попереднього навантаження.

2. Основний принцип самоконтрючих гайок, що не розкручуються

Довгострокова ефективність проти розпушуваннясамоконтрящиеся гайкипоходить від спеціально оптимізованої нестандартної структури потоку.

В корені внутрішніх різьб самоконтрящихся гайок оброблений клиноподібний скат 30 градусів. Після зачеплення і затягування наконечники різьби болтів жорстко притискаються до клиноподібних схилів, утворюючи високоміцне механічне зусилля фіксації. Для стандартних 60-градусних V-подібних звичайних різьб загальний кут між нормальною контактною силою та віссю болта становить 30 градусів, тоді як включений кут змінюється на 60 градусів для самоблокуючих різьб, що призводить до фундаментальної зміни напруженого стану.

Порівняння механічної сили: при тому самому натягу осьового болта P0 нормальна контактна сила стандартних звичайних ниток становить лише 1,15P0, тоді як сила самозамикання досягає 2P0. Співвідношення сил між ними становить приблизно 7:12, що значно покращує силу тертя, що запобігає ослабленню пар ниток.

Крім того, самоблокуючі різьби усувають властивий звичайним різьбам дефект нерівномірного напруження. Для звичайних 60-градусних V-подібних різьб перша та друга зачеплені різьби несуть 70%~80% загального навантаження, тоді як решта різьби майже не несуть навантаження. Під дією тривалої вібрації та змінних навантажень передня різьба схильна до руйнування через перевантаження, що призводить до швидкого ослаблення фіксуючої сили, послаблення обертання різьби, навіть заїдання та здирання нитки.

Самофіксуючі різьблення рівномірно розподіляють навантаження на всі зачеплені витки різьби за допомогою клиноподібних схилів, реалізуючи синхронне напруження всіх різьб. Це дозволяє уникнути пошкодження локальної різьби через перевантаження, повністю усуває ослаблення болтів, викликане вібрацією, і забезпечує довготривалий ефект запобігання ослабленню, що не потребує обслуговування.