Конечно мы не откроем Америку заявив что значительным преимуществом болтовых соединений над другими типами, например, такими как сварные и заклепочные соединения, является их способность к демонтажу.
Однако данное свойство – это не только преимущество. Оно может приводить к проблемам, таким, например, как случайное самоослабление в ходе эксплуатации . Такое случайное самоотвинчивание, которое в литературе называется вибрационное ослабление , является важным явлением. Но самое неприятное в том, что оно часто недооценивается инженерами.
А между тем, проектировщику крайне важно быть осведомленным о причинах возможного ослабления болтов, и он просто обязан принимать такие причины во внимание при разработке надежных соединений.
Информация, которую мы приводим ниже, как раз рассказывает про ослабление болтов и резьбовых крепежных деталей от вибрации. И это ключевые факты для проектировщиков по теории ослабления резьбовых крепежных соединений , а также о методах предотвращения самоотвинчивания .
Во многих конструкторских изданиях описываются многочисленные специальные фиксаторы, подходящие для резьбовых крепежных деталей. Однако такая информация о самоослаблении резьбовых крепежных деталей приведет в замешательство проектировщика, не владеющего теоретическими знаниями.
Ниже изложены основные данные о причинах самоотвинчивания резьбовых крепежных деталей и методах предотвращения данного явления.
О причинах самоотвинчивания болтов, гаек и других крепежных деталей
Разумеется, основной причиной ослабления болтов является вибрация.
Однако, в значительной степени более частой причиной ослабления, является боковой сдвиг гайки или головки болта относительно соединения, что приводит к появлению относительного движения в резьбе.
При отсутствии такого явления болты не ослабляются, даже если соединение подвергается очень сильной вибрации. В процессе детального изучения можно также определить усилие зажима , необходимое для болтов во избежание скольжения в соединении.
Зачастую результатом самоотвинчивания болта является усталостное разрушение , которое уменьшает силу зажима, действующую на соединение. В результате возникает скольжение в соединении, которое приводит к воздействию изгибающей нагрузки на болт и впоследствии – к разрушению болта от усталости.
Затянутые болты (или гайки) вращаются свободно, поскольку возникает относительное движение между внешней и внутренней резьбой. Это движение нейтрализует фрикционный зажим и создает момент затяжки, который пропорционален шагу резьбы и предварительной нагрузке.
Существует три общеизвестные причины возникновения относительного движения в резьбе:
- Изгиб деталей , который приводит к возникновению усилий на поверхности трения. При возникновении скольжения, головка и резьба проскальзывают, что приводит к ослаблению.
- Дифференциальные тепловые эффекты , возникающие при разнице температур или разнице в материалах стягиваемых деталей.
- Приложенные усилия на соединение , которые могут привести к смещению поверхностей соединения, что вызовет ослабление болта.
Борьба с самоотвинчиванием
В 60-ых гг. в Германии было изучено, что знакопеременное усилие, примененное перпендикулярно, предотвращает самоотвинчивание.
Изучение данного вопроса привело к созданию установки для испытаний , которая позволила получить обширную информацию о затягивающем действии самозатягивающихся крепежных деталей.
Такие установки, как машины Джанкерса (Junkers machines) (о данных установках можно просмотреть видео – см. внизу статьи) названные в литературе в честь изобретателя, используются последние двадцать лет большинством производителей аэрокосмической продукции и автомобилей для оценки рабочих характеристик специальных самофиксирующихся крепежных деталей.
В результате длительных испытаний и тщательного изучения, учеными были усовершенствованы разнообразные фиксаторы, используемые большинством крупных компаний.
Например, обычная пружинная шайба больше не используется , поскольку было доказано, что она фактически способствует ослаблению, а не предотвращает его.
Существует множество фиксаторов резьбовых соединений. Несмотря на работу Подкомитета Американских Национальных Стандартов B18:20 по фиксирующим крепежным деталям, выделяют три основные категории.
Такие как:
- категория свободного вращения
- категория фрикционного сцепления
- категория химического фиксирования.
К категории свободного вращения относят простые болты с круговым рядом зубчиков под головкой с буртиком. Зубчики наклонного типа, что позволяет болту вращаться в направлении зажима, но стопориться в опорной поверхности при вращении в сторону отвинчивания. К данной категории относится «Визлок» («Whizlock»).
Категорию фрикционного сцепления можно разделить на две подкатегории: металлические и неметаллические. Металлические крепежные детали фрикционного сцепления обычно имеют искривленную резьбу, которая обеспечивает создание крутящего момента; примером данной категории является гайка «Филидаз» («Philidas»).Неметаллические крепежные детали фрикционного сцепления имеют пластиковые вставки, выполняющие функцию зажима резьбы; пример – гайка «Нилок» («Nyloc»).
К категории химического зажима относятся связующие вещества, которые заполняют пространство между внутренней и внешней резьбой, тем самым связывая их; примером служит «Локтайт» («Loctite»). Такие связующие вещества доступны в микроинкапсулированной форме и могут быть предварительно нанесены на резьбу.
Для того чтобы определить, что является наиболее подходящим для применения в каждом конкретном случае, необходимо тщательно изучить сферу и условия будущего использования крепежного изделия.
Если обобщить в двух словах, то, к примеру, категория химического зажима обеспечивает наилучшую защиту от вибрационного ослабления, благодаря фиксатору свободного свинчивания.
В общих чертах, для того, чтобы предотвратить ослабление крепежных деталей, необходимо:
1. Убедиться, что на промежуточной поверхности соединения достаточная сила зажима для предотвращения относительного движения между головкой болта или гайки и соединением.
2. Проверить, чтобы соединение было сконструировано с возможностью сопротивления воздействиям от вдавливания и релаксации напряжений .
3. Проконтролировать, чтобы были указаны только проверенные фиксаторы резьбовых соединений. Особенно, это касается резьбового герметика – такого как «Локтайт» («Loctite»), фланцевых крепежных деталей таких как «Визлок» («Whizlock»). Или крепежные детали, преобладающие крутящий момент, например, «Нилок» («Nyloc»).
Самоотвинчивание крепежных деталей – только один из аспектов конструирования болтовых соединений, о которых должен помнить каждый конструктор в процессе проектирования.
Как видно на боковом фото, даже если резьба полностью зафиксирована герметиком, то это не устранит проблемы при недостаточной предварительной нагрузке болта для предотвращения сдвига соединения. На фото показан частично изношенный от сдвига болт М12.
Применение положения чертежного аналитического анализа для предотвращения вибрационного ослабления резьбовых крепежных деталей составляет сложную задачу.
Поэтому многие серьезные компании, такие, например, как Болт Саенс (Bolt Science) разработали компьютерные программы в помощь инженерам для преодоления проблем, связанных с использованием соединений с резьбовыми крепежными деталями и болтами.
Эти программы просты в использовании, и даже инженер с поверхностными знаниями в данной области сможет решить проблемы связанные с вышеуказанной задачей.
Как зафиксировать резьбовое соединение, застопорить гайку, чтобы она не открутилась от вибрации? Как фиксировать, стопорить винт, болт? Вибростойкость крепления на резьбе. Устойчивость к вибрации (10+)
Фиксация резьбового соединения - Продолжение
Клей
На внутреннюю и наружную резьбу в том месте, где они будут совмещены, наносится клей или специальный фиксирующий состав. После высыхания соединение стопорится. Применять для такой фиксации можно клей, удовлетворяющий следующим требованиям: (1) Он клеит тот материал, их которого сделаны болт и гайка (это могут быть: сталь, бронза, фторопласт, т. п.) (2) Он в засохшем состоянии достаточно эластичен и вибростоек. (3) Он устойчив к среде, в которой планируется эксплуатация. Например, водостоек, если соединение будет в воде. (4) Он быстро сохнет. Следует помнить, что в условиях резьбы однокомпонентный клей встает по крайней мере в четыре раза медленней, чем в стандартных условиях, так что указания инструкции по времени сушки нужно умножить на четыре, а лучше для запаса на шесть. Если клей сохнет медленно, то работа рискует затянуться. Например, ПВА в резьбе сохнет неделю. Двухкомпонентный клей (с отвердителем) встает номинальное время.
Я применяю следующие клеи и лаки:
- Клей Момент или каучуковый клей , если соединение не будет повергаться воздействию масел, растворителей или их паров, солнечного света.
- Любой универсальный эластичный клей "Жидкие гвозди".
- Поксипол.
- Клей сантехнический.
- Универсальный суперклей.
- Грунт ГФ-021 или Otex , если соединение не будет подвергаться слишком большим нагрузкам.
При выборе клея учитывайте размеры соединяемых деталей. Для мелких деталей нужны жидкие клеи, например, суперклей или Момент. Для очень быстрой фиксации можно применять термоклей, нанося его с помощью термопистолета.
Недостатки. Такое соединение довольно трудно разобрать. Иногда клей схватывается так, что для отворачивания требуется очень большое усилие. Но достаточно достаточно обеспечить небольшое начальное смещение. Дальше процесс идет легко.
Мне нравится этот способ, так как позволяет собирать резьбовые соединения практически руками, без инструмента. Пока клей не высох, он служит отличной смазкой, позволяет закручивать без усилий.
Тефлоновая гайка или вставка
Внутри гайки на резьбу или ее часть наносится пленка из тефлона, либо применяется подмотка - внешняя резьба (болт) обматывается тонкой тефлоновой ниткой. После затягивания тефлон создает повышенное трение и препятствует ослаблению соединения от вибрации. С помощью подмотки можно зафиксировать практически любое соединение.
Недостатки. Тефлоновая гайка - одноразовая. После откручивания она подлежит замене. Подмотка тоже одноразовая. После разборки остатки подмотки нужно удалить, перед сборкой намотать новую.
Распространенные комбинации
Ни один из вариантов не дает 100% гарантии. Даже самый надежный способ - шплинт может дать сбой. Шплинт может срезаться (сломаться и выпасть). Поэтому в особо ответственных местах описанные способы можно комбинировать. Можно положить гровер между гайкой и контргайкой, проклеить тефлоновую подмотку или гайку, нанести клей на гайку и контргайку и т. д.
Для резьбового соединения, находящегося в маслянистых жидкостях (масло, бензин, керосин, солярка...) и подверженного вибрации, подойдет только шплинт. Все другие варианты ненадежны. В промышленных условиях еще может быть обеспечена надежность других видов соединения, но не при кустарном исполнении.
К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе.
Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.
Еще статьи
Дуговая сварка своими руками. Электросварка. Самоучитель. Сварной шов....
Как научиться сварочным работам самостоятельно....
Парша. Просвечивающие пятна, буроватый, зеленый налет. Плод трескается...
Парша на стволах, листьях, плодах. Как диагностировать болезнь и вылечить дерево...
Вязание. Снятые петли, раппорт в раппорте, слабое вязание. Закрепление...
Как снимать петли. Вяжем слабо. Закрепим снятие петель...
Желтуха растений. Желтые, светло-зеленые, белые листья. Заражение, при...
Как проявляется желтуха растений. Листья желтеют, белеют, бледнеют, теряют хлоро...
Монилиоз / плодовая гниль. Увядание цветов, засыхание, отмирание молод...
Почему портятся яблоки, груши, вишня, абрикос, черешня, яблоня, слива, персик. П...
Вязание. Обхватывающая двойная петля. Рисунки. Схемы узоров, образцы...
Как вязать комбинацию петель: Обхватывающая двойная петля. Примеры рисунков с та...
Вязание. Две петли, закрепленные снятой петлей. Плетенные полосы. Изна...
Как вязать комбинацию петель: Две петли, закрепленные снятой петлей. Примеры рис...
Вязание. Воодушевление. Зимние мотивы. Рисунки. Схемы узоров...
Как вывязать следующие узоры: Воодушевление. Зимние мотивы. Подробная инструкция...
Пусть это будет чисто техническая заметка. Отдельно я писал про курьезную историю, которая произошла из-за — рекомендую ознакомиться . Здесь только техническая информация, пусть и немного. Знания, полученные из заметки смогут обезопасить вас от нецелевого применения такой спец жидкости как фиксатор резьбы.
Какие бывают фиксаторы и по какому принципу работают
Фиксаторы резьбы — жидкости достаточно опасные. Неправильное применение фиксатора резьбы гарантированно приведет к нежелательным последствиям.
Фиксаторы резьбы бывают красные и синие (зеленые). Отличаются они по принципу откручивания:
- Красные (неразъемные) необходимо нагреть до высокой температуры, без этого открутить болт с таким фиксатором не получится. Выдерживают бОльшую температуру. Используются, как правило, на крутящихся и высокотемпературных узлах (к примеру тормоза или болт крепления коренного шкива к коленвалу).
- Синие (разъемные) откручиваются при помощи большого усилия. Используются на низкотемпературных узлах, где вероятность отвинчивания не велика. Как правило, защищают от отвинчивания при воздействии вибрации (например, крепление кронштейна непосредственно к двигателю).
Классификация не всегда совпадает с цветом, поэтому главным критерием является разъмный/неразъемный. Так же обратите внимание, что в последнее время наряду с разъемностью так же начали выпускаться фиксаторы с разной степенью фиксации, оставаясь при этом разъемными или неразъемными.
Принцип работы прост. На поверхность болта наносится жидкость, которая при высыхании связывает две металлические поверхности. Примитивным фиксатором резьбы может являться обычный лак для ногтей. Но использовать его стоит только там, где откручивание не критично. В критичных узлах используйте только специализированный фиксатор. Его стоимость не высока. Максимум 150 рублей за тюбик, которого хватит на большое количество ремонтов.
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.
Как открутить
Синий фиксатор должен откручиваться без проблем. В крайнем случае, можно незначительно нагреть деталь, однако на практике до этого доходит редко.
С красным фиксатором достаточно часто стоит потрудиться. Первая проблема, это узнать о присутствии красного фиксатора. Если вы знаете, что на каких либо узлах, подлежащих ремонту нанесен красный фиксатор резьбы, и вы отдаете автомобиль в , предупредите мастеров, чтобы они ненароком не свернули голову гайке или болту. Обычно это узнается уже по факту откручивания. Очень сильно помогает справиться с красным фиксатором нагрев детали газовой горелкой. Опасность тут в том, что редко когда рядом с нагреваемой деталью нет ничего пластмассового. Во избежание расплавления чего-либо, изготовьте экран из асбеста, или хотя бы жести, чтобы прямое пламя не попадало за пределы нагреваемой детали. И убедитесь, что к нагреваемой детали не примыкает ничего пластикового. Когда деталь нагрелась, необходимо быстро открутить болт, так как при остывании красный фиксатор может вновь схватиться.
Удачного ремонта.
Резьбовые соединения достаточно надежны и эффективны. Они считаются одними из самых распространенных и экономически выгодных. Однако при воздействии вибрации существует вероятность их ослабления. Это часто можно видеть на примере гаек, произвольно раскручивающихся во время работы всевозможных устройств. Поэтому были разработаны методы, способные снизить данный эффект или полностью устранить его.
Способы избежать раскручивания гайки
1. Использование шайбы. Этот способ является одним из самых распространенных. Его используют при изготовлении бытовой техники и некоторых типов промышленного оборудования. Он не отличается высокой степенью надежности и предполагает защиту от произвольного раскручивания. На резьбу надевают шайбу из мягкого металла, а после этого закручивают гайку, выжимая ее.
2. Шайба и гровер. Более надежный способ, практикуемый, а транспортной промышленности. Предохраняет резьбовое соединение от произвольного раскручивания даже при наличии небольшой вибрации. Сначала на резьбу надевают обычную шайбу, а затем гровер. После этого закручивают гайку. Гровер тут служит своеобразной пружиной, создавая напряжение, препятствующее раскручиванию.
3. Специальная гайка с фиксатором. Метод с использованием специальной гайки нельзя назвать самым эффективным. Однако он имеет место в мировой практике, и используется на некоторых видах производства.
4. Использование фиксатора резьбы. Состав наносят на место, где будет находиться гайка, после чего ее надевают на резьбу. Это достаточно эффективный способ предотвратить произвольное откручивание, но на его эффективность влияет изменение температуры, повышенная влажность и воздействие активных веществ. Поэтому его область применения ограниченна.
5. Применение двух или более гаек. Один из самых надежных методов. На резьбу накручивают сразу две гайки. После зажима первой производят отдельное затягивание второй, удерживая первую в исходном положении и даже пытаясь ее немного открутить.
6. Фиксация с помощью шплинта. Это самый надежный метод, способный выдержать практически любое внешнее воздействие и сильную вибрацию. Его используют на особо ответственных участках. Гайку полностью закручивают. Затем с помощью дрели и тонкого сверла проделывают отверстие, пронизывающее ее вместе с болтом. В полученное отверстие вставляют шпильку, усики которой разгибают, предотвращая выпадение. Такую гайку можно сорвать только при очень сильном вращательном воздействии по направлению резьбы.
Резьбовые соединения безусловно удобны, но обладают серьезным недостатком. При внешнем механическом воздействии, возможно ослабление крепления, вплоть до полного разъединения.
Для сохранения надежности, требуется фиксатор резьбы. Существует множество механических приспособлений, которые удерживают гайку (винт) от самораскручивания. Про жидкие фиксаторы читайте ниже.
Шплинт представляет собой согнутый пополам стержень с ушком на месте сгиба. Устанавливается в отверстие болта, а на гайке предусматриваются специальные пазы для фиксации. После закручивания соединения, свободные концы шплинта разводятся – крепление зафиксировано.
Применяется на узлах, требующих высокой надежности соединения. Например, ступичная гайка на колесе автомобиля. Стопорная шайба с фиксацией подкладывается под гайку, и фиксируется от проворачивания на неподвижной части конструкции. На шайбе имеется лепесток, который загибается на угол 90°, и прижимает одну из граней гайки.
Стопорная шайба пружинного типа. Представляет собой один виток пружины, который подкладывается под гайку при закручивании соединения.
Действие основано на создании распорного усилия. Отлично противостоит раскручиванию от вибрации. Стопорная шайба с зубчиками. На внешнем диаметре тонкой шайбы выполняются насечки, повернутые на определенный угол.
Помимо распорного эффекта, зубчики увеличивают сопротивление при раскручивании резьбы. Гайка с овальным сечением либо пластиковой втулкой. Обжимает резьбу, повышая усилие при откручивании болта. Хорошо противостоит вибрациям, но может ослабить соединение при вращательной нагрузке.
Все эти фиксаторы имеют общий недостаток: они вносят изменения в конструкцию: требуется замена штатных элементов крепежа, либо приобретение дополнительных деталей. А как зафиксировать штатное соединение, без лишних компонентов?
Простое решение – жидкие резьбовые фиксаторы
Механический фиксатор резьбы подходит не для всех видов соединения. Довольно часто при сборке узла нет возможности установить сторонний предмет в конструкцию.
В таких случаях применяются клеевые фиксаторы: сам по себе фиксирующий состав не в состоянии удерживать детали, но предотвратить раскручивание гайки (болта) – запросто.
Раньше, для фиксации резьбовых соединений применялись лаки и краски. При закручивании, на резьбу просто наносилась капелька прочной краски, и гайка не откручивалась без приложения дополнительного усилия.
Видео тестирование резьбовых фиксаторов
Однако подобный метод не отличался надежностью – все-таки лакокрасочные составы не предназначены для механического закрепления. Кроме того, в пространстве между витками резьбы, где ограничен доступ воздуха, затвердевание состава не происходит, или происходит слишком медленно.
Поэтому от практики «капнуть краской на резьбу» давно отказались. Сегодня применяются специальные клеи или герметики: так называемые анаэробные фиксаторы резьбы.
Принцип работы анаэробных фиксаторов
Для надежного закрепления, клеевой состав должен из жидкого агрегатного состояния перейти в твердое: то есть, полимеризоваться. По такому принципу работают все герметики и клеи: пока состав находится в герметичном сосуде – он жидкий.
После нанесения на обрабатываемую поверхность, химические компоненты вступают в реакцию с кислородом, и происходит отвердевание. Проблема резьбовых фиксаторов в том, что основная рабочая поверхность остается герметичной (внутри витков резьбы).
Доступа кислорода нет, полимеризация не происходит. Что нужно для нормального завершения реакции? Такое свойство имеют анаэробные микробы, развивающиеся в условиях ограниченного доступа кислорода.