Курсовая работа - виды стопорения крепёжных деталей

Содержание.

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 dшплинта. 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.

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.

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