Самостопорящаяся гайка: Виды самостопорящихся гаек — принцип действия, преимущества и применение

Виды самостопорящихся гаек — принцип действия, преимущества и применение

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.

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:

Какой стороной устанавливают самоконтрящиеся гайки?

• 
  Контргайки с неметаллическим вкладышем накручивается на шпильку стороной без резинки.
• 
  Цельнометаллические гайки, обжатые по торцу и деформированные на эллипс, устанавливаются контрящим элементом наружу.
• 
  Модели, обжатые по граням и ребрам, являются двусторонними.

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.

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: 04.05.2023 16:50:54

Поставить оценку

Успешно отправлено, Спасибо за оценку!

Нажмите, чтобы поставить оценку

Самостопорящиеся гайки: особенности конструкции и применение

Самостопорящиеся гайки являются крепежными деталями, используемыми в различных конструкциях. За счет метиза обеспечивается надежная фиксация резьбовых соединений, при этом не нужны вспомогательные элементы в виде шайб, шплинтов.

Самостопорящиеся гайки представляют собой конструкцию, которая стопорит соединение благодаря силам трения, появляющимися между деформированными участками резьбового соединения. Отсутствует самопроизвольное раскручивание гайки. Это называется “преобладающий крутящий момент”, возникающий в процессе монтажа гайки на болт до появления затяжки. Показатель крутящего момента фиксируется при вращении гайки.

Для производства метизов применяется метод холодной высадки на многопозиционных автоматах. Показатели прочности не отличаются от гаек в стандартном исполнении. Конструкции с классом прочности 5 и 6 не проходят термическую обработку. Подобная процедура распространена для показателей в 8, 9, при этом термообработка обязательна для элементов с классом прочности в 10 и 12. В некоторых случаях дополнительно предусмотрено защитное покрытие.

На отечественных производствах применяется ГОСТ Р 50271-92, соответствующий европейскому стандарту ISO 2320-83. Изготовление цельнометаллических самостопорящихся метизов регулируется стандартом ГОСТ Р 50272-92 (ISO 7042-83). При использовании неметаллической вставки применяется ГОСТ Р 50273-92 (ISO 2320-2007).

Разновидности гаек

Существует множество вариантов самостопорящихся гаек, среди которых есть несколько наиболее распространенных вариантов.

Цельнометаллические

Трение в резьбе появляется при помощи местной деформации резьбовой части. Данная операция называется “обжатие” и производится на специализированном оборудовании после нарезания резьбы. Процедура выполняется в радиальном направлении, а также в осевом или под небольшим углом по отношению к оси.

С полимерным кольцом

В процессе сборки кольца и корпусной части обязательна фиксация вставки во избежание прокручивания. Показатель внутреннего диаметра элемента равен резьбовой части. Закручивание приводит к появлению резьбы. Стопорение происходит за счет упругости используемого материала. После демонтажа резьбовая часть сохраняется не полностью, некоторые участки заплывают, поэтому возможно многократное использование элемента.

С резьбовой пружинной вставкой

Данный вариант метизов имеет обжатый виток. Используемая вставка гарантирует высокую надежность во время зажима гайки. Показатели крутящего момента определяются европейским стандартом ISO 2320. Стоит заметить, что гайки с резьбовой пружинной вставкой отличаются высокой точностью, долго сохраняют прочность, устойчивы к воздействию коррозии и перепадам температур.

Некоторые варианты гаек производятся с фланцем. Этот элемент значительно увеличивает надежность и подходит для создания ответственных соединений. Фланец увеличивает крутящий момент страгивания в процессе откручивания.

Технические свойства гаек

Необходимые технические характеристики самостопорящихся гаек обеспечены за счет установленной общепринятыми стандартами величины крутящего момента при 1 и 5 откручивании. Данный показатель не должен быть меньше установленных нормативов. Для стандартного метиза М8×1,25 c классом прочности 8 нормальное усилие затяжки должно быть равным 15,9 кН. При первом закручивании показатель крутящего момента составляет 6,0 Нм, а откручивания от 0,85 Нм. После 5 откручивания обязательны показатели от 0,6 Нм. Такие характеристики являются определяющими для самостопорящейся гайки.

Процедура испытаний на величину крутящего момента в большинстве случаев выполняется производителем на заключительном этапе выпуска метизов. Также предусмотрена проверка потребителем. Для испытаний разработано простое устройство, позволяющее измерять крутящий момент. Оно представляет собой зажимной механизм для пары болта с гайкой. В процессе измерений под гайкой размещается плоская шайба, при этом болт надежно фиксируется для исключения самопроизвольного прокручивания. Длина болта выбирается исходя из того, чтобы при касании шайбы гайкой оставался небольшой выступ от 4 до 7 резьбовых витков. При этом рекомендуемое расстояние между опорными поверхностями метизов должно составлять от 4d. Также для проведения измерений часто применяются специальные динамометрические ключи или подобные инструменты, обязательна точность с погрешностью до 2%. Для определения усилия затяжки погрешность не должна превышать 5%. Рекомендуемая скорость закручивания и откручивания при проведении процедуры составляет до 30 об/мин.

Особенности монтажа

При установке самостопорящихся гаек обязательно учитывайте, что не во всех случаях заданный крутящий момент является гарантией необходимого усилия затяжки. Это происходит по причине воздействия коэффициента трения в резьбовой части и на опорной поверхности. В среднем разброс достигает 25%. Факт в том, что любые метизы не способны создать абсолютного сохранения усилия затяжки, поскольку может ослабиться напряжение. Также на это влияют даже незначительные дефекты на контактных поверхностях. Путем проведения испытаний на вибрационные нагрузки (например, метод Юнкера), определяют возможное снижение усилия предварительной затяжки. Для гаек, оснащенных неметаллическим вкладышем, после 400-600 циклов колебаний уменьшение составляет до 15%, для обжатых гаек показатель достигает 20%.

Перечисленные виды гаек имеют преобладающий крутящий момент, но некоторые варианты его лишены. Например, метизы с зубчатым опорным торцом. Стопорение появляется только после затягивания соединения. Обратите внимание, что данный вариант деталей должен иметь прочность, равную прилегающей конструкции для увеличения надежности стопорения. Подобными свойствами обладают метизы с закатанной зубчатой шайбой. Обе конструкции производятся без применения конкретных стандартов, поэтому испытание на стопорящие свойства возможны только в результате сравнения или установления величины момента страгивания в процессе откручивания.

Международными нормативами не предусмотрено конкретных размеров и особенностей конструкции стопорящих деталей, поэтому возможны разные виды исполнения метизов. Единственное требование — соответствие стандарту ISO 2320. В разных узлах встречаются всевозможные исполнения самостопорящихся гаек.

Немного истории

В XX веке был разработан новый метод определения и уменьшения затрат на производство и реализацию крепежных элементов. Автором идеи является американская компания Illinoice Tool Works Inc. Метод использовался для изготовления самосверлящих винтов Teks и болтов SEMS. Данный вариант назывался IPC (In Place Cost), означающий “Цена на месте”. Немного позже способ заимствовали европейские производители, которые значительно преобразовали и усовершенствовали его. Суть метода в том, что затраты включают в себя все этапы от оформления заказа до монтажа конструкции.

Один из ключевых объектов уменьшения производственных затрат — это этап сборки с монтажом крепежного изделия в определенный узел, а также сопутствующее сервисное обслуживание механизма. Обратите внимание на то, что в автомобиле применяется до 4 тысяч крепежных элементов.

Резьбовые соединения должны быть надежными, поэтому в автомобиле- и машиностроении, а также при производстве другой техники, используются самостопорящиеся крепежи. Особенно распространено явление в ответственных соединениях. Например, двигателе, трансмиссии, рулевом управлении и других узлах. Как раз в них распространено применение самостопорящихся гаек, рассматриваемых в данной статье.

Впервые патенты на производство самостопорящихся гаек были зарегистрированы в США в 30-х годах прошлого века. Самый большой объем регистрации патентов был зафиксирован в середине XX века, на тот период пришлось более 100 новых патентов и гайки начали использоваться повсеместно.

Конструктивные особенности

Наиболее распространенным считается класс цельнометаллических гаек с преобладающим крутящим моментом, которые имеют деформации на резьбовой части. После обжатия происходит изменение резьбового шага, а также профиль и диаметр резьбовой части.

В процессе обжатия по торцу рабочий инструмент направляется по осевой части метиза в область витков. Предусмотрено 2 варианта деформации — осевое и радиальное с уменьшением шага, а также внутреннего диаметра.

В случае обжатия крепежного элемента по граням и ребрам выбирается радиальное направление. Предусмотрено уменьшение диаметра резьбовой части. Инструмент, который используется для деформации, отличается формой точки, кольца, прямоугольника или другой необходимой фигуры.

Особое внимание стоит уделить гайкам с увеличенной конусной или сферической фаской возле торца. Инструмент смещается в процессе деформации к оси. Также существует комбинированная деформация, выполняющаяся одновременно по конусной части и торцу или по конусу с гранями.

Цельнометаллические самостопорящиеся гайки распространены повсеместно. Один из самых известных производителей — это американская компания Aztech Lock Nut Co., которая выпускает данный вид крепежных изделий с 1978 года. Производитель специализируется на изготовлении гаек с деформацией по граням, торцу в нескольких точках, а также комбинированных вариантах и с нейлоновой вставкой.

Еще одна не менее известная европейская компания — это Bulten AB. Фирма специализируется на выпуске самостопорящихся крепежей с фланцем, оснащенных деформацией по трем площадкам (Tri-Ioc). Компания из Англии Crest Industrial реализует метизы с деформацией по торцу, граням, ребрам и многие другие.

Заключение

Специалисты считают, что самостопорящиеся гайки возможно причислить к наукоемким метизам. С каждым днем спрос на данный вид крепежных изделий возрастает, при этом использование на отечественном производстве минимально, несмотря на то, что они значительно увеличивают надежность различных соединений.

Самоконтрящиеся гайки — J C Gupta & Sons

Самоконтрящиеся гайки имеют конструкцию, обеспечивающую устойчивость к ослаблению в условиях эксплуатации.  

Некоторые из типов приведены ниже.

Гайка Nyloc

Гайка Nyloc, также называемая стопорной гайкой с нейлоновой вставкой, стопорной гайкой с полимерной вставкой или упругой стопорной гайкой, представляет собой тип контргайки с нейлоновой вставкой в ​​буртик, которая сопротивляется вращению.

Нейлоновые стопорные гайки отличаются от стандартных шестигранных гаек тем, что внутри гайки закреплена нейлоновая вставка. Нейлоновая вставка расположена в конической части, расположенной в задней части гайки.

При установке нейлоновой стопорной гайки на болт или резьбовую шпильку нейлоновая вставка оборачивается вокруг резьбы и фиксирует гайку на месте.

Это дает нейлоновой стопорной гайке явное преимущество перед стопорной шайбой, когда болт или резьбовая шпилька подвергаются вибрации, поскольку нейлоновая стопорная гайка не подвержена вибрации.

Пластиковая вставка размещается на конце гайки с внутренним диаметром (ID), немного меньшим, чем наружный диаметр винта. Вставка упруго деформируется по резьбе винта, не врезаясь в свою очередь в резьбу.

Нейлоновая вставка блокирует гайку за счет трения о винт под действием радиальной сжимающей силы. Гайки Nyloc сохраняют свою фиксирующую способность до 250 °F (121 °C).

Установка:

Всегда закрепляйте гайку Nylock металлической резьбой вперед.

Осмотрите нейлоновую вставку стопорной гайки, чтобы убедиться, что она не повреждена после установки.

Предостережение – Нейлоновая гайка должна использоваться только один раз, и нейлоновая вставка больше не выполняет свою функцию на 100 % конструкции .. поэтому  гайки nylock следует выбрасывать и заменять после каждого использования .

Различные стопорные гайки в наличии на нашем складе.

Гайки Nylock DIN 982

Гайки Nylock Thin DIN 985

Материалы – сталь и нержавеющая сталь AISI-304 и AISI-316

Диапазон размеров – от M2,5 до M24

90 003 DIN 982 Гайка нейлоновая

DIN-982 Гайка Nylock SS-304 A2 – Скачать техпаспорт
DIN-982 Гайка Nylock SS-316 A4 – Загрузить техпаспорт

DIN-982 Гайка Nylock Мягкая сталь-цинк – Загрузить техпаспорт

SS-304 и SS-316 доступны в черном цвете по запросу: 9 0062

Унифицированная серия

ASME B 18. 16.6 Гайка Nylock UNC SS-304 A2 – Скачать техническое описание 0002 DIN-985 Nylock Nut Thin SS-304 A2 – Загрузить техническое описание
DIN-985 Nylock Nut Thin SS-316 A4 – Загрузить техническое описание

DIN-985 Nylock Nut Thin Soft Steel-Zinc – Загрузить техническое описание

Также доступно в исполнении AISI 316 A4-80 по запросу для высокопрочных приложений

Фланцевые гайки Nylock

Эти гайки созданы в соответствии со стандартом DIN 6926 .
Фланец Nyloc (нейлоновая вставка) Гайки с преобладающим моментом затяжки гайки , в которых используются пластмассовые/нейлоновые вставки, расположенные ближе к верхней части гайки , которые уменьшают ее внутренний диаметр и тем самым деформируют вставку над сопрягаемой резьбой, захватывают болт или винт и обеспечивают блокировку.

DIN-6926 Фланцевая гайка Nylock SS-304 A2 – Скачать техническое описание
DIN-6926 Фланцевая Nylock гайка SS-316 A4 – Скачать техническое описание

Также доступно в AISI 316 A 4-80 по запросу для высокопрочных приложений

DIN-6926 Фланцевая гайка Nylock SS-316 A4-80 – Скачать техпаспорт

Металлические стопорные гайки

Все металлические стопорные гайки работают по принципу небольшой деформации гайки. Блокировка достигается за счет деформации последней нити. Это гайка с верхним замком.
Наши металлические стопорные гайки аналогичны DIN 980

Металлическая стопорная гайка SS-304 A2 – Скачать техническое описание
Металлическая стопорная гайка SS-316 A4 – Скачать техническое описание

Гайки самоконтрящиеся с металлической вставкой «DAX»

Гайки DAX используют вставку из нержавеющей стали AISI 301 в качестве тормозного элемента. При завинчивании вставка испытывает упругую деформацию и лежит со стороны резьбы.

* В наличии.

При меньшем количестве увеличьте по согласованию.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

В качестве тормозного элемента в гайках DAX используется вставка из нержавеющей стали AISI 301.