Курсовая работа — виды стопорения крепёжных деталей

1. Виды стопорения…2.

2. Стопорение контргайками…4.

3. Стопорение шплинтами…5.

4. Стопорение шайбами… 6.

4.1. Отгибные шайбы… 6.

4.2. Упругие шайбы…7.

4.3. Храповые шайбы…8.

5. Вязка проволокой… 9.

6. Самоконтрящиеся гайки…10−11.

7. Стопорение покрытиями…12.

8.

Литература

…13.

1.Виды стопорения.

Все нарезные крепежные детали машин должны быть надежно застопорены от самоотвертывания. Несоблюдение этого правила приводит к самым серьезным последствиям; известны случаи, когда отвернувшиеся внутри механизма гайка или болт вызывали тяжелые аварии и выводили из строя дорогостоящие агрегаты. Различают два основных способа стопорения. Позитивное (или жесткое) стопорение заключается в том, что стопоримая деталь соединяется со стопорящей деталью жесткой связью — стопором; отвертывание стопоримой детали невозможно без среза, разрушения или деформации стопора. К этому способу относится стопорение шплинтами, отгибными шайбами, пластинками, вязочной проволокой и т. д. Другой способ заключается в создании повышенного трения между стопоримой и стопорящей деталями; этот способ называют фрикционным стопорением. К нему относится стопорение контргайками, упругими подкладными шайбами, самоконтрящимися гайками и т. д. Фрикционное стопорение менее надежно, чем позитивное; всегда существует опасность уменьшения силы трения и, как следствие, ослабление соединения. По этой причине во всех ответственных соединениях и в соединениях, расположенных внутри машины, применяют только позитивное стопорение (главным образом шплинтами). Менее ответственные соединения, ослабление которых не может вызвать аварии машины, а также наружные (доступные для наблюдения) соединения допускается стопорить фрикционным способом. Однако в этом случае необходим периодический контроль с подтяжкой ослабевших соединений. Разновидностью фрикционного стопорения является упругое стопорение, заключающееся в том, что в соединение вводят упругий элемент, постоянно поддерживающий натяжение в системе. Чем больше податливость системы, тем надежнее фрикционное стопорение: сила трения между стопоримой и стопорящей деталью будет поддерживаться при появлении некоторых остаточных деформаций, вибрациях, пульсациях нагрузки и т. д. При стопорении контргайками система почти не обладает упругостью, при стопорении шайбами Гровера (пружинными шайбами) обладает незначительной упругостью; при некоторых видах фрикционного стопорения обеспечивается весьма большая упругость. Существуют и смешанные способы стопорения, в которых сочетаются принципы позитивного и фрикционного стопорения. Таков, например, случай храповых шайб. Здесь стопорение осуществляется отчасти повышенным трением в резьбе в результате упругой деформации шайбы при затяжке и отчасти созданием жесткой связи между гайками и корпусом в результате врезания зубьев шайбы в торец гайки и опорную поверхность корпуса. Гайку можно стопорить на болт и на корпус (стягиваемую деталь). Различают следующие случаи. 1. Гайка удерживается за резьбу болта. При этом способе между нитками резьбы гайки и болта теми или иными приемами создают повышенное трение, увеличивающее сцепление между гайкой и болтом. К данному способу относят, например, стопорение за счет натяга в соединении, контргайками, упругими подкладными шайбами, самоконтрящимися упругими гайками и т. д. 2. Гайка удерживается за тело болта. При этом способе применяют стопор той или иной формы, который одновременно входит в отверстия или выемки в теле болта и гайки. К данному способу относят стопорение шплинтами, шайбами с отгибными лапками и т. д. Этот способ стопорения позитивный. 3. Гайка удерживается за корпус. При этом способе создают жесткую или упругую связь между гайкой и стягиваемой деталью (корпусом) или установленными на ней элементами. К данному способу относят, например, стопорение гаек лепестковыми шайбами с отгибом лепестков на гайку и на корпус, стопорение привертными шайбами с вырезами под гайку, вязку гаек проволокой и т. д. При этом способе обязательна одновременная фиксация болта от проворота относительно корпуса; иначе возможно самопроизвольное вывертывание болта из гайки. Для болтов и шпилек применимы все возможные способы стопорения: фрикционного, позитивного с фиксацией гайки на тело болта или шпильки, позитивного с фиксацией гайки на. корпус. Для ввертных болтов возможно фрикционное и позитивное стопорение болта на корпус. Во всех случаях целесообразно увеличивать податливость болта. Это повышает надежность стопорения, способствуя сохранению постоянного натяга в соединении. Соединения с короткими жесткими болтами быстро ослабевают в эксплуатации, так как остаточные деформации, неизбежно возникающие со временем в резьбе и на опорных поверхностях, соизмеримы с удлинением болта при затяжке; поддерживать постоянный натяг в соединениях такого типа невозможно, особенно в условиях тряски, вибраций и пульсации нагрузки. Не помогает в данном случае и позитивное стопорение, шплинты только предупреждают потерю болта или гайки, соединение же с течением времени все равно ослабевает и делается неработоспособным. В тех случаях, когда применение коротких жестких болтов продиктовано необходимостью (например, случай крепления отъемных листовых элементов рам, облицовок и т. д.), приходится прибегать к периодическому осмотру и подтяжке ослабевших соединений (регулярная подтяжка всех болтовых соединений шасси и корпуса автомашин). Шплинтовку гаек в данном случае не применяют, так как она только затруднила бы подтяжку. Рациональное решение задачи состоит в увеличении податливости системы. Длинные тонкие упругие болты могут удерживать гайку от самоотвертывания; шплинтовка в данном случае является дополнительной мерой предосторожности. Применение длинных болтов, однако, далеко не всегда возможно из-за габаритных условий; в этих случаях прибегают к установке специальных упругих элементов. Аналогичный результат дает и повышение упругости стягиваемых деталей. Подобные конструкции, разумеется, применимы только в случае если детали изготовлены из прочного материала с высоким модулем упругости. В целях исключения перетяжки соединения вводят ограничители. Величина затяжки в данном случае определяется размером зазора, выбираемого при затяжке. Гайки, работающие под постоянным натягом сильных пружин испытывают фрикционное стопорение. Однако при работе в условиях вибраций или под динамической нагрузкой целесообразно дополнительно стопорить гайку тем или иным способом.

Глухое стопорение применяют в случаях, когда гайку на болте устанавливают навсегда. Существуют различные способы глухого стопорения: полной или частичной сваркой (пайкой) гайки и болта, раскерновкой), расклепкой или развальцовкой, обжатием удлиненного «воротника» гайки, расклиниванием конца болта коническим штифтом), прошпиливанием гайки и болта штифтом. Наиболее простым способом из указанных является сварка, особенно частичная (достаточно одной капли расплавленного металла).

2.Стопорение контргайками.

Стопорение контргайками (рис. 1) применяют редко вследствие недостаточной надежности. Этому способу присущ и другой недостаток: при затяжке контргайка 1 (см рис. 1, I), вытягивая болт, принимает на себя всю нагрузку, в то время как основная гайка разгружается. Это заставляет иногда применять обратную схему: контргайку располагают под основной гайкой (см. рис. 1, II), что обеспечивает более благоприятное распределение сил. Иногда контргайку делают одной высоты с основной гайкой (рис. 1, III). Контргайки незаменимы в тех случаях, когда требуется бесступенчатая фиксация положения гайки на болте, особенно при значительном перемещении гайки вдоль болта. Часто применяют стопорение контргайкой в узлах регулирования осевого натяга подшипников качения. При применении конических контргаек увеличивается сцепление между контргайкой и основной гайкой. Для повышения сцепления в резьбе конические контргайки снабжают прорезями, увеличивающими податливость конуса в радиальном направлении. Излишняя податливость конуса может затруднить полную затяжку вследствие заклинивания гайки на резьбе на последних стадиях затяжки. Недостаток конических контргаек — усложнение обработки посадочных поверхностей конуса и возникновение повышенных напряжений смятия на опорных поверхностях. На рис. 2 изображена упругая контргайка Палнэт (по названию фирмы «Polnut», выпускающей эти гайки). Гайку изготовляют из листовой закаленной стали. Она имеет один виток резьбы, образованный отгибом по винтовой линии внутренних лепестков. К достоинствам этой конструкции следует отнести ее малую массу и наличие некоторой упругости, обеспечивающей более надежное сцепление гайки с болтом. В последнее время упругие контргайки выполняют как одно целое с основной гайкой.

3. Стопорение шплинтами.

Стопорение шплинтами (шплинтовка) гаек — надежный и очень распространенный способ стопорения, применяемый в наиболее ответственных узлах. На рис. 3 для сравнения с более современными способами шплинтовки гаек приведен устаревший способ шплинтовки. Недостатки этого способа — ослабление болта на рабочем, напряженном участке, ограниченность хода гайки в пределах шплинтуемое™. В современных конструкциях (рис. 4) для увеличения хода затяжки (пределов шплинтуемости) в верхней части гайки делают пазы (обычно шесть — по числу граней гайки) глубиной и, существенно большей диаметра d шплинта. Шплинт, выполненный из проволоки полукруглого сечения, вводят в один из пазов гайки и в поперечное отверстие в верхней, ненагруженной, части болта; концы шплинта отгибают.

Применяют два способа установки шплинтов. При первом способе (рис. 4, I) шплинт устанавливают плоскостью кольца параллельно оси болта; концы шплинта отгибают: один на грань гайки, другой на торец болта. При втором способе (рис. 4, II) шплинт устанавливают плоскостью кольца перпендикулярно к оси болта; концы шплинта отгибают на грани гайки. Первый способ применяют чаще, так как он обеспечивает удобство монтажа и компактность конструкции. Однако второй способ увеличивает пределы шплинтуемости. Гайки с шестью пазами допускают возможность стопорения через каждые 60° поворота гайки. При шаге резьбы ~ 1,5 мм это соответствует вытяжке болта на 0,25 мм; регулировка силы затяжки, как видно, получается грубой. Для увеличения дробности фиксации в болте иногда сверлят два взаимно перпендикулярных отверстия. В этом случае гайка может быть застопорена через каждые 30° поворота. Максимально возможное осевое перемещение гайки вдоль болта между крайними положениями стопорения составляет t = = h—d (где h — глубина паза; d — диаметр шплинта). Для увеличения пределов шплинтуемости отверстия смещают относительно друг друга на величину s = h — d (не более). Этот способ применяют при длинных болтах, вытяжка которых при завертывании гайки может достигать значительной величины (0,5 мм и более). Иногда применяют способ шплинтовки, при котором паз выполняют на конце болта, а отверстие — в гайке. Шплинты изготовляют из мягкой стали и после однократного употребления заменяют новыми. На практике применяют и постоянные упругие шплинты из закаленной стали. Концы упругих шплинтов снабжают зубчиками, которые надежно фиксируют шплинт после его установки.

4. Стопорение шайбами.

4.1 Отгибные шайбы.

Распространенным способом позитивного стопорения является стопорение отгибными шайбами. Шайбы изготовляют из мягкой листовой стали и снабжают лапками. При установке шайбы под гайку одну из лапок фиксируют на стягиваемой детали (чаще всего отгибом на близлежащий уступ крепежного фланца), другую отгибают на грань гайки. Получается жесткая связь между гайкой и стягиваемой деталью (стопорение на корпус). Помимо отгибки на фланец, практикуют и другие способы фиксации шайбы на стягиваемой детали, пользуясь для этого любыми подходящими элементами детали, находящимися поблизости от гайки. Иногда фиксирующие элементы приходится создавать искусственно: лапку заправляют в специально проделанное поблизости от гайки отверстие, или надевают ее на специально установленный для этой цели штифт, или фиксируют соседним болтом. Фиксация стопорными шайбами применима для ввертных болтов и для гаек, навертываемых на шпильки. При стопорении гаек, навертываемых на болты (рис. 5), необходима одновременная фиксация головки болта от поворота. При стопорении одной гайки (рис. 5, I) болт может вывернуться из застопоренной гайки. Правильная конструкция с фиксацией гайки и болта показана на (рис. 5, II). Фиксация стопорной шайбы на корпусе должна быть надежной и жесткой. На рис. 6 показана стопорная шайба с треугольным вырезом на лапке, позволяющим отгибать лапку не только на грань гайки (рис. 6, I), но и на угол шестигранника гайки (рис. 6, II), благодаря чему гайка может быть застопорена не через 60°, а через каждые 30° поворота. Шайбы часто выполняют без лапок, в виде круглых, овальных или прямоугольных пластинок. Фиксация шайбы на корпусе и гайки в данном случае достигается отгибом краев пластинок; иногда с вырубкой отгибаемых частей, что позволяет стопорить бесступенчато. Отгибные шайбы — стопоры разового применения. При каждой перетяжке соединения отгибные шайбы заменяют новыми.

4.2 Упругие шайбы.

Стопорение упругими шайбами основано на создании постоянных сил трения в резьбе и на торце гайки. Таким образом, в данном случае сочетается принцип стопорения гайки «на болт» и «на корпус». Силы трения препятствуют отвертыванию гайки при вибрациях, пульсации сил, действующих на соединение, а также при появлении остаточных деформаций в системе (например, при смятии опорных поверхностей). Чем больше упругость шайбы, тем надежнее стопорение. За исключением особых случаев, упругие шайбы устанавливают так, чтобы при окончательной затяжке обеспечивался жесткий упор гайки в опорную поверхность стягиваемой детали. Простейшая и наиболее часто применяемая (хотя далеко не самая совершенная) форма упругого стопорения — разрезная пружинная шайба — шайба Гровера (иногда называемая просто «гровером»). Шайба (рис. 7) представляет собой изготовленное из закаленной стали кольцо с косым разрезом под углом ~ 15° к оси кольца. Наклон разреза делается левым для правой резьбы и правым для левой резьбы. Концы шайбы слегка разведены и снабжены острыми кромками. При затяжке кольцо сжимается, кромки врезаются в тело гайки и в опорную поверхность, обеспечивая стопорение гайки «на корпус». Врезание заметно выражено в том случае, когда опорные поверхности имеют не слишком высокую твердость (НВ < 300). В случае твердых металлов (закаленная, азотированная сталь и т. д.) действует только чисто упругое стопорение, отчего надежность контровки снижается. Недопустима установка шайб Гровера на поверхностях мягких металлов (например, литые алюминиевые и магниевые сплавы): зубчики шайб портят такие поверхности. Применение стальных подкладных шайб сводит на нет стопорящий эффект врезания зубчиков в тело корпуса. Нижняя граница применения шайб Гровера — металлы с твердостью НВ>150. Для работы соединения как упругой системы безразлично, где установлена шайба: под гайкой или под головкой болта, или одновременно под гайкой и болтом в последнем случае упругость системы увеличивается вдвое. Основной недостаток шайбы Гровера заключается в том, что от увеличения сечения кольца в ширину и в высоту возрастает развиваемая кольцом упругая сила, но не повышается упругая деформация. Другой существенный недостаток — неизбежность внецентренного приложения силы затяжки, вызванная тем, что сила затяжки передается гайке (и опорной поверхности) в большей степени на участке расположения храповых зубчиков, чем на остальной части окружности. Лучше в этом отношении пружинные шайбы прямоугольные, выгнутые по цилиндру (рис. 8). Шайбы затягивают до расплющивания, что обеспечивает жесткий упор гайки в опорную поверхность и возможность затяжки болта большой силой. Для увеличения упругости шайбы снабжают радиальными прорезями или делают разрезными. Применяют установку шайб одновременно под гайку и под головку болта. Для удобства монтажа упругие шайбы иногда заделывают в гайку соединением, обеспечивающим возможность проворачивания гайки относительно шайбы.

4.3 Храповые шайбы.

При этом способе под гайку подкладывают шайбы, выполненные из закаленной стали и снабженные зубчиками. Форма зубчиков такова, что они, не мешая завертыванию гайки, препятствуют ее отвертыванию, впиваясь своими острыми гранями в торец гайки и в опорную поверхность корпуса и действуя наподобие храповых собачек (откуда и возникло название шайб). Вместе с тем зубчикам, а иногда и шайбе в целом придают известную упругость, благодаря которой описанный эффект сохраняется и при небольшом ослаблении затяжки, а также при вибрациях и пульсации сил, действующих на соединение. Таким образом, стопорение осуществляется отчасти по принципу упругого стопорения, отчасти по принципу жесткой связи между гайкой и корпусом; гайка стопорится и «на болт» и «на корпус».

Для упрощения монтажа храповые шайбы иногда встраивают в гайку, обеспечивая в соединении возможность вращения гайки относительно шайбы.

Храповые шайбы не применяют, если притягиваемая деталь изготовлена из мягкого (алюминиевые и магниевые сплавы) или из очень твердого металла (закаленная сталь). В первом случае шайбы портят поверхность детали, во втором — эффективность стопорения значительно снижается: остается только пружинный эффект, а храповой исчезает. Целесообразная область применения храповых шайб — детали с твердостью в пределах НВ 250 — 300.

5. Вязка проволокой.

Во многих случаях применяют стопорение гаек при помощи проволоки. Проволоку пропускают через отверстие в гранях стопоримой гайки и через отверстие в смежной гайке или в каком-нибудь близлежащем элементе детали, или в специально устанавливаемом элементе (винт, штифт и т. д.). Концы проволоки скручивают плоскогубцами (рис. 9). Операцию сверления отверстий в гайках выполняют в специальных приспособлениях. Обычно сверлят три отверстия (рис. 9, I), реже шесть (рис. 9, II). При таком способе сто-порения увеличение числа отверстий не имеет смысла, так как правильная вязка может быть осуществлена при большом угле поворота гайки; в отличие от большинства других позитивных способов стопорения вязка позволяет осуществить практически бесступенчатую угловую фиксацию гайки. На рис. (9, III) показан способ вязки через пазы корончатой гайки и отверстие в болте. Этот способ обеспечивает, с одной стороны, фиксацию гайки на болту, с другой — фиксацию болта относительно корпуса. Отверстия под вязку в головках болтов обычно сверлят перпендикулярно граням (рис. 9, IV).. При вязке надо соблюдать следующее правило: натяжение, возникающее при скручивании концов проволоки, должно создавать момент, способствующий завертыванию стопоримой гайки. При противоположном направлении вязки проволока не предотвращает самоотвертывания гайки; напротив, появляется момент, способствующий отвертыванию гайки. Стопорение получается ненадежным и в случае «безразличного» направления натяжения.

6.Самоконтрящиеся гайки.

Правильно сконструированные самоконтрящиеся гайки должны отвечать следующим условиям: стопорение гайки должно быть надежным; конструкция должна обеспечивать легкое завертывание гайки вплоть до последней стадии затяжки; - конструкция не должна мешать полной затяжке соединения; - конструкция должна допускать многократное применение гайки; - конструкция должна допускать применение стандартных ключей; - конструкция должна допускать применение механизированных способов завертывания (при помощи гайковертов и т. д.). Как правило, действие самоконтрящихся гаек основано на принципе фрикционного стопорения, т. е. создания повышенного трения в витках резьбы. Наиболее совершенны гайки, у которых повышенное трение создается только в конце затяжки. В конструкциях подобного рода в большей или меньшей степени используют упругие свойства материала гайки, поэтому почти все самоконтрящиеся гайки нуждаются в термообработке. Наиболее простой способ увеличения трения — это применение посадок с натягом для резьбовых деталей или резьб с разным шагом в гайке и на болте. В первом случае завинчивание деталей затруднительно, и поэтому этот способ применяют преимущественно в глухих соединениях (например, при установке шпилек в корпуса) или в тех случаях, когда необходимо фиксировать гайку в любом осевом положении на стержне. Самоконтрящиеся гайки с коническими опорными поверхностями, основанные на принципе сжатия резьбы (а также создания повышенного трения на опорных поверхностях в конце затяжки), применяют в настоящее время редко в силу следующих присущих им недостатков: — необходимости специальной обработки посадочных поверхностей в корпусах; - создания дополнительных напряжений растяжения в корпусах; опасности смятия конических опорных поверхностей в корпусах (особенно при малых углах конуса); - невозможности в ряде случаев (особенно при разрезных конусах) полной затяжки соединения вследствие защемления резьбы на участке расположения конуса.

[pic] рис. 10 рис. 11.

На рис. 10 показан простейший способ увеличения трения в резьбе к концу затяжки путем деформации последних (по ходу завертывания гайки) витков резьбы (например, кернов-кой). Недостаток этого способа — отсутствие упругости, необходимой для поддержания натяга в резьбе при всех условиях работы. На рис. 11 изображены самоконтрящиеся гайки с удлиненной коронкой, целой или разрезной, которая при изготовлении обжимается. При завертывании гайки в момент, когда нарезная часть болта входит в обжатый участок, в резьбе возникает повышенное трение. Гайки с разрезными коронками (рис. 11, II) обеспечивают более надежное стопорение благодаря упругости лепестков коронки.

На рис. 12 показаны самоконтрящиеся гайки, действие которых основано на известном явлении самозатягивания упругого витка при вращении его по валу (этот принцип используют в некоторых конструкциях колес свободного хода). В верхней части гайки при помощи прорези образован виток, скрепленный с телом гайки короткой перемычкой; конец витка смещен к центру гайки для создания первоначального натяга. При завертывании гайки виток не препятствует вращению; при отвертывании возникает повышенное трение, тормозя.

7. Стопорение покрытиями.

В некоторых случаях для машин, работающих в закрытых помещениях без тряски и толчков, наружные крепежные детали специально не стопорят, а фиксируют лакокрасочными покрытиями, наносимыми на поверхность машины (рис. 1 — III;). Способ этот, разумеется, не может гарантировать надежного стопорения; все же он предохраняет крепежные детали от самоотвертывания. [pic] Применение современных покрытий на основе синтетических смол (в частности, кремнийорганических), создающих на поверхности машины. прочную, эластичную пленку, устойчивую против внешних воздействий, значительно повышает надежность этого способа стопорения. Особенно прочное сцепление между стопоримой деталью и корпусом получается в случае, когда материал покрытия затекает в кольцевой зазор между деталью и корпусом, установленных заподлицо.

Литература

П. И. Орлов «Основы конструирования: Справочно-методическое пособие» Издательство «Машиностроение», 1988.

———————————- [pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].

[pic].