При разных условиях эксплуатации, а также при различных величинах и характеров нагрузок, воспринимаемых соединением, применяют следующие гайки:
Рис. А. Гайки, применяемые в машиностроении
Высокие гайки (высота равна 0,8d) служат для соединений, работающих на растяжение и воспринимающих большие знакопеременные нагрузки. Часто для таких соединений используют «усиленные» гайки, имеющие высоту, равную 1,2d. Это существенно повышает ползучесть соединения, исключает разрушение соединений по срезу витков резьбовой пары болт — гайка, это дает полное использование прочности болта при работе на растяжение.
Высокие гайки от диаметра 12 мм и более в целях снижения массы конструкций выполняют с цилиндрической проточкой шестигранника, имеющей размер, приблизительно равный размеру под ключ.
Низкие гайки используют в соединениях, воспринимающих небольшие растягивающие нагрузки, а также в соединениях, работающих на срез.
Прорезные шестигранные гайки применяют в ответственных соединениях, работающих в условиях вибрационных нагрузок. Стопорение их на болте осуществляется: шплинтами или проволокой. Для этих же целей часто используют шестигранные гайки с бонкой, завальцовываемой на болт (рис. А, а).
В декоративных целях применяют глухие шестигранные гайки. Гайки глухие для запрессовки используют в разъемных соединениях, где монтажные подходы к гайке затруднены. Круглые сферические гайки применяют как декоративные и для исключения изгибающих нагрузок на болт в соединении. Гайку-барашек используют для быстроразъемных соединений, а также в откидных болтах и т. д. (рис. А, б).
Гайки круглые с внутренней и наружной резьбой, со шлицами на торце и по периметру широко применяют в соединениях диаметром 14 мм и более. Меньшие масса и габариты круглых гаек по сравнению с шестигранными гайками позволяют значительно уменьшить массу конструкций в целом. Гайки круглые с внутренней резьбой и шлицами на торце (как правило, 2 шлица) широко используют и малых диаметров, начиная с 1,4 мм, обеспечивая такие же преимущества соединений (рис. А, в).
Для исключения самоотвинчивания резьбовых соединений при эксплуатации в большинстве случаев требуется их стопорение. Однако утяжеление конструкций, невысокая надежность стопорення, большая трудоемкость изготовления и монтажно-сборочных работ по выполнению стопорения резьбовых пар обусловили создание и широкое внедрение во всех отраслях машиностроения самоконтрящихся гаек. Основа стопорения самоконтрящимися гайками — создание гарантированного натяга и увеличение трения в резьбовой паре за счет деформирования резьбовой части гайки или использования безрезьбовых упругих вкладышей.
Типовая самоконтрящаяся гайка представляет собой обычную шестигранную или другую гайку с тонкостенным резьбовым цилиндрическим участком на неопорном торце — бонкой. Бонка имеет продольные прорези (4—6), деформируемые по периметру конусной оправкой для создания натяга в резьбовой паре (т. е. контрящих свойств гайки). Такие гайки называются самоконтрящимися прорезными гайками (рис. А, г, е). В зависимости от условий эксплуатации используют следующие самоконтрящиеся прорезные гайки: шестигранные высокие и низкие, двенадцатигранные, круглые с накаткой под запрессовку, если конструкция узла допускает увеличение отверстия в соединяемой детали, а подход для установки гайки затруднен.
Сейчас ввиду высокой трудоемкости фрезерования шлицев прорезные самоконтрящиеся гайки, особенно типоразмеров М3—М10, практически вытеснены более технологичными, но не уступающими им по надежности стопорения самоконтрящимися гайками с неразрезной деформированной бонкой (рис. А, д, е). Самоконтрящиеся гайки с неразрезной бонкой применяют также высокие и низкие, под запрессовку, двенадцатигранные, с пазовой конфигурацией и др. Область применения высоких и низких самоконтрящихся гаек, двенадцатигранных и с пазовой конфигурацией определяется теми же условиями эксплуатации, что и обычных гаек.
В соединениях, работающих преимущественно на срез, широко используют шестигранные самоконтрящиеся гайки без бонки, с опорным буртиком и уменьшенным размером шестигранника под ключ (тонкостенный шестигранник). Самостопорение таких гаек достигается деформированием непосредственно шестигранника (см. рис. А, д). В условиях автоматизированной сборки резьбовых соединений применяют самоконтрящиеся гайки с шайбой, завальцованной на опорный буртик.
Рис. B. Гайки самоконтрящиеся герметичные с фторопластом (а) и с нейлоновым вкладышем (б)
Герметичная самоконтрящаяся гайка изображена на рис. В, а. Герметизирующий вкладыш на основе фторопласта монтируется в расточке гайки с натягом и выступает над торцом на 0,5—0,8 мм. При сборке соединения конусный переход от резьбы к гладкой части болта плотно с натягом входит внутрь вкладыша, герметизируя резьбу по внутреннему и наружному диаметрам вкладыша. Выступающая из гайки часть при затяжке герметизирует соединение по плоскости стыка. Стопорение обеспечивается обжатием гайки по двенадцатиграннику.
Самоконтрящаяся шестигранная гайка с упругим нейлоновым вкладышем представлена на рис. В, б. Нейлоновый вкладыш завальцован в верхней части гайки. Внутренний диаметр вкладыша приблизительно равен внутреннему диаметру резьбы болта. Резьба во вкладыше формируется болтом при его ввинчивании, обеспечивая необходимый натяг для стопорения резьбовой пары. Гайки с нейлоновым вкладышем могут быть круглые, двенадцатигранные, ушковые и т. д.
Рис. С. Типы обжатия бонки самоконтрящих гаек
В Российской промышленности получение контрящего элемента самоконтрящихся гаек осуществляется обжатием бонки на заданную величину в двух точках, в двух точках по эллипсу или в трех точках параллельно оси или под углом 12—16°. Возможно получение контрящего элемента осадкой бонки (рис. С). Точность резьбы гаек 5Н6Н.
Самоконтрящиеся гайки сохраняют работоспособность при многократных переборках резьбовых соединений. Нормируются максимальный момент первого завинчивания гайки и минимальный момент пятнадцатого отвинчивания (М1зав и М15отв). В отечественной промышленности они соответствуют значениям, указанным в табл. 1. Нормативы ИСО по моменту пятнадцатого отвинчивания выше за счет использования точных резьб: для болтов 4h6h, для гаек 4H5H.
Таблица 1.
Нормативы контрящих свойств самоконтрящих гаек
Примечание. В числителе - для ушковых и плавающих гаек; в знаменателе - для шестигранных гаек.
Были проведены исследования резьбовых пар М6 из стали З0ХГСА с резьбами 4h6h—4H6H и 6e—5H6H, используемыми в отечественной промышленности. При этом показано, что 35 эксплуатационных переборок (затяжка соединения заданным моментом, выдержка при 250 °С в течение 1 ч) выдержали все 100% самоконтрящихся гаек резьбовой пары 4h6h—4H5H и только 50% самоконтрящихся гаек резьбовой пары 6е—5H6H. Средние значения моментов отвинчивания самоконтрящихся гаек резьбовой пары 4h6h—4H5H на 32— 80% больше резьбовой пары 6е—5H6H. Это обеспечивает более высокую стабильность стопорения резьбового соединения в течение пятнадцати эксплуатационных переборок. Для самоконтрящихся гаек из жаропрочных материалов, эксплуатируемых при высоких температурах, как правило, надежное стопорение резьбовых соединений ограничивается пятью эксплуатационными переборками.
Окончательный контроль качества самоконтрящихся гаек заключается в замере моментов завинчивания и отвинчивания. Это позволило зарубежным фирмам при стандартизации самоконтрящихся гаек в рамках ИСО не задавать в конструкторской документации наружный диаметр бонки, высоту, величину и форму обжатая, оставив эти вопросы на усмотрение изготовителя.
С целью снижения трудоемкости монтажно-сборочных работ, повышения эксплуатационных характеристик изделия применяют самоконтрящиеся ушковые гайки, неподвижные и плавающие в обойме (рис. D). Неподвижные ушковые самоконтрящиеся гайки изготавливают в двухушковом, одноушковом и угловом исполнениях (рис. D, а) и применяют для крепления люков, панелей и т. п.
Рис. D. Гайки самоконтрящиеся ушковые, неподвижные и плавающие
Крепление гайки к соединяемой детали осуществляется двумя заклепками. Их изготавливают вытяжкой из листового материала на многопозиционных прессах или холодной высадкой из проволоки. Контрящие свойства обеспечиваются за счет обжатия бонки, а герметичных глухих ушковых самоконтрящихся гаек — за счет обжатия резьбовой части колпачка (рис. D, б). Для герметичных отсеков используют и обычные ушковые гайки, вулканизированные резиной (см. рис. D, б). Гайки самоконтрящиеся в обойме (рис. D, в, г) позволяют компенсировать технологические погрешности, неизбежные при сборке крупногабаритных деталей сложной конфигурации. Крепление гайки на обойме осуществляется в пазах или прорезях, ограничивающих ее перемещение и исключающих выпадение из обоймы. В зависимости от типоразмера минимальное перемещение гайки в плоскости обоймы составляет 0,5—1,0 мм. Варианты исполнения обоймы определяются, как правило, конструкцией изделия. Кроме рассмотренных, широко применяют гайки самоконтрящиеся плавающие на кронштейне, плавающие в обоймах-прищепках (рис. 4, д, е) и др.
В некоторых отраслях промышленности нашли широкое применение профили с самоконтрящимися плавающими гайками (рис. E). Прессованные профили изготавливают из алюминиевых сплавов, гнутые профили — из стального листа. Фиксацию положения гаек на профиле осуществляют местными выштамповками (см. рис. E, а) или лапками, отогнутыми по надрезам (см. рис. E, б).
Рис. E. Профили с самоконтрящимися плавающими гайками
Длину профиля с самоконтрящимися плавающими гайками определяют конструкцией изделия, и она может достигать 1,5 м. Крепление профиля к соединяемой детали осуществляется заклепками с шагом 150—250 мм. Применение профилей с самоконтрящимися плавающими гайками позволяет уменьшить массу конструкции, а также повысить прочность соединения. Прочность повышается за счет уменьшения количества отверстий под заклепки в соединяемых деталях.
- обычные
- высокие
- низкие
- прорезные для стопорения соединений
- самоконтрящиеся различного конструктивного исполнения
- самоустанавливающиеся
- анкерные неподвижные
- плавающие
- специальные.
Рис. А. Гайки, применяемые в машиностроении
Высокие гайки (высота равна 0,8d) служат для соединений, работающих на растяжение и воспринимающих большие знакопеременные нагрузки. Часто для таких соединений используют «усиленные» гайки, имеющие высоту, равную 1,2d. Это существенно повышает ползучесть соединения, исключает разрушение соединений по срезу витков резьбовой пары болт — гайка, это дает полное использование прочности болта при работе на растяжение.
Высокие гайки от диаметра 12 мм и более в целях снижения массы конструкций выполняют с цилиндрической проточкой шестигранника, имеющей размер, приблизительно равный размеру под ключ.
Низкие гайки используют в соединениях, воспринимающих небольшие растягивающие нагрузки, а также в соединениях, работающих на срез.
Прорезные шестигранные гайки применяют в ответственных соединениях, работающих в условиях вибрационных нагрузок. Стопорение их на болте осуществляется: шплинтами или проволокой. Для этих же целей часто используют шестигранные гайки с бонкой, завальцовываемой на болт (рис. А, а).
В декоративных целях применяют глухие шестигранные гайки. Гайки глухие для запрессовки используют в разъемных соединениях, где монтажные подходы к гайке затруднены. Круглые сферические гайки применяют как декоративные и для исключения изгибающих нагрузок на болт в соединении. Гайку-барашек используют для быстроразъемных соединений, а также в откидных болтах и т. д. (рис. А, б).
Гайки круглые с внутренней и наружной резьбой, со шлицами на торце и по периметру широко применяют в соединениях диаметром 14 мм и более. Меньшие масса и габариты круглых гаек по сравнению с шестигранными гайками позволяют значительно уменьшить массу конструкций в целом. Гайки круглые с внутренней резьбой и шлицами на торце (как правило, 2 шлица) широко используют и малых диаметров, начиная с 1,4 мм, обеспечивая такие же преимущества соединений (рис. А, в).
Для исключения самоотвинчивания резьбовых соединений при эксплуатации в большинстве случаев требуется их стопорение. Однако утяжеление конструкций, невысокая надежность стопорення, большая трудоемкость изготовления и монтажно-сборочных работ по выполнению стопорения резьбовых пар обусловили создание и широкое внедрение во всех отраслях машиностроения самоконтрящихся гаек. Основа стопорения самоконтрящимися гайками — создание гарантированного натяга и увеличение трения в резьбовой паре за счет деформирования резьбовой части гайки или использования безрезьбовых упругих вкладышей.
Типовая самоконтрящаяся гайка представляет собой обычную шестигранную или другую гайку с тонкостенным резьбовым цилиндрическим участком на неопорном торце — бонкой. Бонка имеет продольные прорези (4—6), деформируемые по периметру конусной оправкой для создания натяга в резьбовой паре (т. е. контрящих свойств гайки). Такие гайки называются самоконтрящимися прорезными гайками (рис. А, г, е). В зависимости от условий эксплуатации используют следующие самоконтрящиеся прорезные гайки: шестигранные высокие и низкие, двенадцатигранные, круглые с накаткой под запрессовку, если конструкция узла допускает увеличение отверстия в соединяемой детали, а подход для установки гайки затруднен.
Сейчас ввиду высокой трудоемкости фрезерования шлицев прорезные самоконтрящиеся гайки, особенно типоразмеров М3—М10, практически вытеснены более технологичными, но не уступающими им по надежности стопорения самоконтрящимися гайками с неразрезной деформированной бонкой (рис. А, д, е). Самоконтрящиеся гайки с неразрезной бонкой применяют также высокие и низкие, под запрессовку, двенадцатигранные, с пазовой конфигурацией и др. Область применения высоких и низких самоконтрящихся гаек, двенадцатигранных и с пазовой конфигурацией определяется теми же условиями эксплуатации, что и обычных гаек.
В соединениях, работающих преимущественно на срез, широко используют шестигранные самоконтрящиеся гайки без бонки, с опорным буртиком и уменьшенным размером шестигранника под ключ (тонкостенный шестигранник). Самостопорение таких гаек достигается деформированием непосредственно шестигранника (см. рис. А, д). В условиях автоматизированной сборки резьбовых соединений применяют самоконтрящиеся гайки с шайбой, завальцованной на опорный буртик.
Рис. B. Гайки самоконтрящиеся герметичные с фторопластом (а) и с нейлоновым вкладышем (б)
Герметичная самоконтрящаяся гайка изображена на рис. В, а. Герметизирующий вкладыш на основе фторопласта монтируется в расточке гайки с натягом и выступает над торцом на 0,5—0,8 мм. При сборке соединения конусный переход от резьбы к гладкой части болта плотно с натягом входит внутрь вкладыша, герметизируя резьбу по внутреннему и наружному диаметрам вкладыша. Выступающая из гайки часть при затяжке герметизирует соединение по плоскости стыка. Стопорение обеспечивается обжатием гайки по двенадцатиграннику.
Самоконтрящаяся шестигранная гайка с упругим нейлоновым вкладышем представлена на рис. В, б. Нейлоновый вкладыш завальцован в верхней части гайки. Внутренний диаметр вкладыша приблизительно равен внутреннему диаметру резьбы болта. Резьба во вкладыше формируется болтом при его ввинчивании, обеспечивая необходимый натяг для стопорения резьбовой пары. Гайки с нейлоновым вкладышем могут быть круглые, двенадцатигранные, ушковые и т. д.
Рис. С. Типы обжатия бонки самоконтрящих гаек
В Российской промышленности получение контрящего элемента самоконтрящихся гаек осуществляется обжатием бонки на заданную величину в двух точках, в двух точках по эллипсу или в трех точках параллельно оси или под углом 12—16°. Возможно получение контрящего элемента осадкой бонки (рис. С). Точность резьбы гаек 5Н6Н.
Самоконтрящиеся гайки сохраняют работоспособность при многократных переборках резьбовых соединений. Нормируются максимальный момент первого завинчивания гайки и минимальный момент пятнадцатого отвинчивания (М1зав и М15отв). В отечественной промышленности они соответствуют значениям, указанным в табл. 1. Нормативы ИСО по моменту пятнадцатого отвинчивания выше за счет использования точных резьб: для болтов 4h6h, для гаек 4H5H.
Таблица 1.
Нормативы контрящих свойств самоконтрящих гаек
| Резьба |
М1зав (наибольший), Н*м |
М15отв (наименьший), Н*м |
| М3 | 0,4/0,7 | 0,03 |
| М4 | 0,7/0,9 | 0,10 |
| М5 | 1,0/1,3 | 0,15 |
| М6 | 1,3/2,7 | 0,20 |
| М8 | 2,0/4,9 | 0,40 |
| М10 | 4,0/6,9 | 0,60 |
| М12 | 9,8/9,8 | 1,00 |
| М14 | 12,7/12,7 | 1,50 |
| М16 | 15,7/15,7 | 2,00 |
Примечание. В числителе - для ушковых и плавающих гаек; в знаменателе - для шестигранных гаек.
Были проведены исследования резьбовых пар М6 из стали З0ХГСА с резьбами 4h6h—4H6H и 6e—5H6H, используемыми в отечественной промышленности. При этом показано, что 35 эксплуатационных переборок (затяжка соединения заданным моментом, выдержка при 250 °С в течение 1 ч) выдержали все 100% самоконтрящихся гаек резьбовой пары 4h6h—4H5H и только 50% самоконтрящихся гаек резьбовой пары 6е—5H6H. Средние значения моментов отвинчивания самоконтрящихся гаек резьбовой пары 4h6h—4H5H на 32— 80% больше резьбовой пары 6е—5H6H. Это обеспечивает более высокую стабильность стопорения резьбового соединения в течение пятнадцати эксплуатационных переборок. Для самоконтрящихся гаек из жаропрочных материалов, эксплуатируемых при высоких температурах, как правило, надежное стопорение резьбовых соединений ограничивается пятью эксплуатационными переборками.
Окончательный контроль качества самоконтрящихся гаек заключается в замере моментов завинчивания и отвинчивания. Это позволило зарубежным фирмам при стандартизации самоконтрящихся гаек в рамках ИСО не задавать в конструкторской документации наружный диаметр бонки, высоту, величину и форму обжатая, оставив эти вопросы на усмотрение изготовителя.
С целью снижения трудоемкости монтажно-сборочных работ, повышения эксплуатационных характеристик изделия применяют самоконтрящиеся ушковые гайки, неподвижные и плавающие в обойме (рис. D). Неподвижные ушковые самоконтрящиеся гайки изготавливают в двухушковом, одноушковом и угловом исполнениях (рис. D, а) и применяют для крепления люков, панелей и т. п.
Рис. D. Гайки самоконтрящиеся ушковые, неподвижные и плавающие
Крепление гайки к соединяемой детали осуществляется двумя заклепками. Их изготавливают вытяжкой из листового материала на многопозиционных прессах или холодной высадкой из проволоки. Контрящие свойства обеспечиваются за счет обжатия бонки, а герметичных глухих ушковых самоконтрящихся гаек — за счет обжатия резьбовой части колпачка (рис. D, б). Для герметичных отсеков используют и обычные ушковые гайки, вулканизированные резиной (см. рис. D, б). Гайки самоконтрящиеся в обойме (рис. D, в, г) позволяют компенсировать технологические погрешности, неизбежные при сборке крупногабаритных деталей сложной конфигурации. Крепление гайки на обойме осуществляется в пазах или прорезях, ограничивающих ее перемещение и исключающих выпадение из обоймы. В зависимости от типоразмера минимальное перемещение гайки в плоскости обоймы составляет 0,5—1,0 мм. Варианты исполнения обоймы определяются, как правило, конструкцией изделия. Кроме рассмотренных, широко применяют гайки самоконтрящиеся плавающие на кронштейне, плавающие в обоймах-прищепках (рис. 4, д, е) и др.
В некоторых отраслях промышленности нашли широкое применение профили с самоконтрящимися плавающими гайками (рис. E). Прессованные профили изготавливают из алюминиевых сплавов, гнутые профили — из стального листа. Фиксацию положения гаек на профиле осуществляют местными выштамповками (см. рис. E, а) или лапками, отогнутыми по надрезам (см. рис. E, б).
Рис. E. Профили с самоконтрящимися плавающими гайками
Длину профиля с самоконтрящимися плавающими гайками определяют конструкцией изделия, и она может достигать 1,5 м. Крепление профиля к соединяемой детали осуществляется заклепками с шагом 150—250 мм. Применение профилей с самоконтрящимися плавающими гайками позволяет уменьшить массу конструкции, а также повысить прочность соединения. Прочность повышается за счет уменьшения количества отверстий под заклепки в соединяемых деталях.