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.
