Принцип работы самоконтрящейся гайки

1. Принцип работы самоконтрящейся гайки

Возможность самоблокировки гайки, установленной на болтовой резьбе, достигается посредством повышения силы трения в каждом из витков.

1.1. Принцип действия

Из названия рассматриваемой детали прямо вытекает, что самоконтрящаяся гайка, это автономное изделие. Оно не требует применения дополнительных деталей с целью полной статичности рассматриваемого узла. Самозатягивающиеся гайки подобного типа активируются при закручивании, жёстко фиксируя соединяемые элементы.

На рынке представлено свыше сотни типов самозажимных гаек, фиксируемых по месту посредством сжатия отдельных витков, либо частей корпуса. Принцип работы самоконтрящейся гайки основан на том, что вызываемая деформация позволяет повысить величину трения между болтом и гайкой, увеличивает давление в месте соединения. Нераскручивающиеся гайки гарантируют надёжность соединения, даже при воздействии существенных внешних нагрузок.

1.2. Виды механизмов фиксации

Такие изделия, как гайка самоконтрящаяся, представленные на рынке, делят на две базовые группы: имеющие нейлоновую вставку, являющиеся цельнометаллическими. В зависимости от варианта конструктивного изготовления, каждая версия имеет собственное решение, обеспечивающее надёжную фиксацию по месту установки.

В первом случае, это достигается за счёт наличия внутри детали плотно завальцованного полимерного вкладыша. При накручивании на болт в нём формируется резьба, что обеспечивает требуемый натяг после стопорения.

Во втором, выполненная резьба имеет определённые припуски. При закручивании это позволяет повысить трение между витками, фиксирует гайку даже при существенных внешних нагрузках, включая вибрационные.

2. Что такое гайка с преобладающим крутящим моментом

Это официальное наименование рассматриваемой продукции, которое используют разработчики, производители. Данный элемент крепежа отличается повышенным крутящим моментом, является автономным, что формирует фрикционное воздействие между сопрягаемыми резьбами.

Свободное вращение гайки самостопорящейся на ответной резьбе стержня исключено, что требует повышения прилагаемых усилий при монтаже и снятии. Упомянутое сопротивление принято именовать «преобладающим крутящим моментом». Величина последнего прямо зависит от исходной деформации резьбы.

2.1. Преимущества перед гайками, так называемого, свободного хода

Обычные гайки закрепляют в конечном положении с использованием дополнительных элементов (стопорные шайбы, различные зубчатые фланцы, иное). Это гарантирует надёжную фиксацию и противодействие самопроизвольному откручиванию при возникновении вибрации, в процессе усадки. Однако, после первичного сдвига шайбы с мёртвой точки, последняя становится подвижной и, в отдельных случаях, может полностью сойти с болтовой резьбы.

Рассматриваемый крепёж от подобных проблем избавлен в принципе. Положение шайбы не меняется даже при значительной вибрации.

3. Гайка, имеющая нейлоновое кольцо или цельнометаллическая

Выбор изделия того или иного типа принимается с учётом особенностей предстоящей эксплуатации.

3.1. Особенности и преимущества

Одним из наиболее распространённых вариантов является самоконтрящаяся гайка с нейлоновым кольцом представляет цилиндр, имеющий внутреннюю метрическую резьбу, в которую запрессован нейлоновый элемент. В процессе прокручивания подобного изделия (накрутка, демонтаж) возникает существенное сопротивление, исключающее самопроизвольное вращение. Деталь является многоразовой, гарантирует требуемую герметичность участка стыка. После снятия, кольцо, изготовленное из нейлона, принимает исходную форму, объём, сохраняет эксплуатационные характеристики при высоких, до +120°С, температурах.

К недостаткам подобного выбора следует отнести ограничения по температурному воздействию, низкую стойкость к ряду химических реагентов.

Гайка самофиксирующаяся, изготовленная полностью из металла, превосходят предыдущие версии по допустимым температурам и допустимому перечню воздействующих агрессивных веществ, однако уступают по другим показателям: ниже антикоррозионная стойкость, повышенное истирание резьбы, сложности при навинчивании на длинный штырь, болт.

3.2. Деформированные цельнометаллические гайки

Данная группа продукции весьма разнообразна. Объясняется это тем, что положениями действующих нормативов их размеры и конструкции не регламентированы. Поэтому гайки, изготовленные по единому стандарту, могут существенно различаться.

Основное отличие вариантов конструктивного исполнения заключается в деформировании определённого участка резьбы. Основными вариантами являются следующие:

• самоконтрящиеся, имеющие шайбу;
• имеющие искажённый (искривлённый) участок резьбы (цельнометаллические деформированные);

• выполненные с эллиптической (овальной) деформацией;

• обжатые в 3 точках по торцу;

• имеющие центральный замок (альтернативное наименование, двухсторонние);
• изготовленные с деформацией корпуса;
• укомплектованные вставкой из стали;
• фланцевые;
• с конусообразным воротником.

4. Распространённые стандарты

Существует ряд международных и отечественных нормативов, регламентирующих самоконтрящиеся гайки. Наиболее распространённой у производителей является линейка стандартов DIN (примеры: 980, 985, ряд иных). На втором месте, по использованию, в нашей стране нормативы ISO (пример: 7040, 10513). Третью группу нормативов составляют стандарты EN (пример: 1663, 1667). Из национальных нормативов, ГОСТ Р, можно отметить 50272-92.

Основная информация приведена в таблице 1.

Условные обозначения, маркировка

В зависимости от вида стандарта, согласно которому работает производитель, маркировка изделий может отличаться. Для примера рассмотрим самостопорящиеся гайки, изготовленные согласно требованиям DIN.

Модель шестигранной гайки М12, имеющей неметаллический вкладыш, с 8 классом прочности будет обозначена следующим образом:
Hexagon DIN 985-M 12-8

Если изделие, имеет резьбу, превышающую М16, и изготовлены согласно классу точности «А» (согласно нормативу 4759 ISO), то после цифры 8 будет проставлена литера «А».

Маркировка подобной продукции осуществляется согласно положениям нормати ва DIN 267. В том случае, когда производитель пользуется при маркировке «системой циферблата», на рёбрах (фасках шестиугольника) в 10 и 8 позициях наносится пара штрихов.

5. Какой стороной устанавливают самоконтрящиеся гайки

Требуемую сторону следует определять с учётом варианта конструктивного исполнения изделия:

• гайка, имеющая полимерный вкладыш, накручиваются стороной со вкладышем;
• гайки цельнометаллические, имеющие эллипсную деформацию (с торцевым деформированием), накручиваются контрящей стороной наружу;
• модели, которые обжаты по рёбрам, граням, допускают вариант установки любой стороной.

Рекомендуется устанавливать подобные изделия максимально близко к концу болта, стержня, так как значительная величина хода по имеющейся резьбе последнего снижает возможности фиксирующей гайки, высока вероятность повреждения болтовой резьбы.

Цельнометаллические версии, изготовленные из металлов высокой прочности не следует использовать при сопряжении с деталями малой прочности, так как твердая фиксирующая гайка повредит ответную резьбу болта (вероятность этого весьма высока).

6. Разрешено ли повторное применение самостопорящихся гаек

Однозначного решения, в подобных ситуациях, не существует. Самостопорящаяся гайка со встроенным нейлоновым кольцом, для повторного использования рассматриваться может, так как полимер восстанавливает свою первоначальную форму после свинчивания с болта. Однако, перед этим необходимо оценивать степень износа нейлонового кольца. Если выявлены признаки разрушения, определена потеря упругости, от применения следует отказаться.

Для вариантов, являющихся особо ответственными (пример: самолёто- или ракетостроение) повторное использование самостопорящихся гаек недопустимо. Значительная часть моделей цельнометаллических самозатягивающихся гаек сохраняет исходную работоспособность эксцентриковых элементов даже после нескольких циклов установка/демонтаж. Однако, с каждым следующим случаем, ухудшается эффективность стопорения. Объясняется это тем, что исходную форму не приобретают даже версии, имеющие центральные замки. Это следует помнить.

В обязательном порядке требуется учитывать рекомендации, данные производителями, касающиеся:

• вторичного применения самостопорящихся гаек;
• используемых смазочных материалов;
• значений крутящего момента.

Запрещено использовать стандартные величины моментов затяжки, если применяется крепёж с преобладающим крутящим моментом. Это обусловлено появлением дополнительного трения закрепляющего элемента конструкции.

Версии стопорных гаек, изготовленных со специально заданным перекосом резьбы, являются необратимыми. Повторное их применение запрещено. В процессе первой установки в них происходит нарезание новой резьбы, что, при последующем применении, приводит к потере блокирующей способности изделия.

7. Где используют самоконтрящиеся гайки

Рассматриваемый элемент крепежа востребован в различных отраслях промышленности. В первую очередь, следует отметить:

• производство летательных аппаратов любых типов;
• изготовление автотракторной техники;
• строительный инструмент и техника (перфораторы, вибромашины, отбойные молотки, иное);
• мотоциклы и велосипеды.

Самостопорящийся крепёж востребован в сельском хозяйстве (пример, зерносушилки), быту, станкостроении.