Зачем нужна стопорная шайба

Стопорная шайба — это важный элемент, используемый для предотвращения самопроизвольного откручивания гайки или винта в сборках, подверженных вибрациям или механическим нагрузкам. Она обеспечивает надежное фиксирование соединений и тем самым увеличивает устойчивость конструкции к внешним воздействиям.

Кроме того, стопорные шайбы могут помочь предотвратить повреждение резьбы, так как равномерно распределяют нагрузку и уменьшают трение между металлами. Это способствует продлению срока службы соединительных элементов и повышению общей надежности механизма.

Шайба стопорная – не допустим произвола со стороны крепежа!

Стопорная пружинная шайба имеет несколько изменений в своей конструкции по сравнению с обычной, но благодаря этому способна предотвращать развинчивание в месте соединения, а также предотвращает откручивание резьбовых крепежных элементов при использовании в приборах и различных конструкциях.

Зачем мы используем такое стопорящее соединение? Основные конструктивные элементы этих шайб включают в себя зубья, лапки, насечки, а также разнообразие форм (гроверные, выгнутые, тарельчатые и волнистые). Для изготовления используется специальная пружинная сталь.

В отличие от обычных шайб, стопорные предоставляют достаточно большую площадь контакта с резьбовыми поверхностями, что предотвращает их раскручивание. Фактически, любую шайбу, не являющуюся плоской, можно считать стопорной. Использование их предусмотрено практически во всех типах соединений.

В каких случаях следует применять стопорные шайбы? Это те ситуации, когда в процессе использования соединения существует риск действия значительных внешних нагрузок, особенно вибрационных. Подобные условия могут привести к ослаблению или раскручиванию резьбового соединения, чего предотвращает данная шайба. Также можно упомянуть случай, когда они используются для обеспечения дополнительной прочности и надежности. Вывод заключается в том, что стопорные шайбы можно и нужно применять в любом резьбовом соединении, при условии, что это допускают конструктивные условия изделия или прибора.

Виды стопорных элементов или чем популярен гровер?

Существуют различные виды стопорных шайб, включая:

шайбы Гровера — гроверные шайбы с уникальным надрезом, выполненные из пружинной стали;
зубчатые шайбы — имеют внутренние, внешние или оба наборы зубцов, которые могут быть плоскими или коническими, такие как A, J, V;
тарельчатые шайбы — с поверхностью в виде конуса;
шайбы с лапками и выступами;
шайбы с рифлением или насечкой (например, шайбы фирмы Wurth, NORD-LOCK, NFEи STAR-LOCK);
стопорные кольца;
упорные шайбы.

Шайба с надрезом, также известная как гроверная, является одним из наиболее распространенных типов. Этот вид шайбы имеет специальное конструктивное решение, позволяющее ей предотвращать развинчивание в месте крепления благодаря упругой деформации при нагрузке.

Такие шайбы изготавливаются из пружинистой стали и проходят термическую обработку. Они чаще всего используются в машиностроении и сборке приборов в качестве контрящего элемента соединения. По государственным стандартам шайба должна быть изготовлена с покрытием или без него, в зависимости от требований. Информацию о видах покрытий, их условных обозначениях и толщине можно найти в соответствующей технической документации.

Шайбы-гроверы бывают различных типов — обычные, тяжелые, особо тяжелые и легкие. В зависимости от области использования гровер-шайбы либо оцинковывают, либо покрывают специальными защитными покрытиями методом термодиффузии. Для соответствия техническим требованиям, шайбы должны изготавливаться из проволоки, соответствующей ГОСТ 11850-72 или другим стандартам, а также из стали марок 65Г, 70 и 3Х13. Дополнительно могут использоваться бронза марки БрКМц3-1 или другие цветные сплавы. Масса и сила упругости шайб из стали (марка 65Г) обычно указываются в дополнительных приложениях.

Шайба стопорная ГОСТ 13464-77

Практически каждый человек, кто занимался монтажом крепежных деталей, видел как обычные шайбы работают и каковы их функции. Однако, когда дело доходит до стопорных изделий, многие не знают, что такое стопорная шайба и для чего она нужна в механизмах. Мы решили рассмотреть этот вид крепежных элементов и изучить их свойства и применение в механизмах.

Обычная шайба представляет собой плоскую пластину с круглым сечением, которая устанавливается под болт, винт и другие крепежные детали и прижимается гайкой для увеличения площади соприкосновения элементов, а также для предотвращения скручивания.

Шайба стопорная обладает некоторыми структурными особенностями, а именно наличием специального стопорного элемента. Обычно он выполнен в виде насечки, зубцов или лапок. Форма шайбы также может быть различной.

Материалом для производства стопорной шайбы по ГОСТ 13464-77 является нержавеющая сталь марки А2 и А4. Это обусловлено ее устойчивостью к кислотам и щелочам, что позволяет использовать ее даже в агрессивных средах.

Кроме всего этого, различные покрытия обрабатывают поверхность стопорной шайбы, с цинком, предотвращающим коррозию, считаясь самым популярным из них. Поэтому влажные условия не помешают установке оцинкованных шайб в постоянно функционирующих узлах.

Типы стопорных шайб

Выбор стопорных шайб для конкретного механизма зависит от условий эксплуатации и воздействующих нагрузок. Существует несколько типов шайб — гроверные, тарельчатые, косые, многолапчатые и другие редкие вариации. Эти изделия способны сжиматься при установке, что предотвращает расслабление соединения и его раскручивание под воздействием вибрации.

Кроме этого, шайба стопорная согласно ГОСТ 13464-77 производится в соответствии с государственным стандартом, по которому она должна надежно фиксировать крепежный элемент в отверстии, обеспечивая максимальный контакт между головкой крепежа и поверхностью детали. В определенных случаях шайба также способствует устранению перекосов.

Существуют различные типы стопорных шайб:

Гроверная — имеет разрез, благодаря которому оба конца располагаются на разных поверхностях. Она чаще всего используется в деталях машин и станочном оборудовании. При установке такая шайба деформируется, обеспечивая надежное крепление.
Тарельчатая — имеет вогнутую поверхность, которая хорошо устойчива к осевым нагрузкам.
Шайба с многолапчатым дизайном имеет специальные элементы крепления в виде лапок, размещенных вдоль края изделия. Основная цель такой шайбы — обеспечить лучшее стопорное качество.
Косая шайба предназначена для использования в ситуациях, когда необходимо выравнивать различные плоскости крепления.

Шайба стопорная клиновая INFIX

Для того чтобы предотвратить самопроизвольное откручивание, рекомендуется использовать клиновые шайбы INFIX. Они обеспечивают надежность резьбового соединения даже в условиях вибрации и динамических колебаний.

Система клиновых шайб INFIX состоит из двух одинаковых шайб, каждая из которых обладает клиновыми выступами с одной стороны и радиальной зубчатой насечкой с другой. При сборке болтового соединения шайбы устанавливаются так, чтобы клиновые стороны были направлены друг к другу. Угол α клина больше угла β подъема резьбы.

Во время затяжки клиновые выступы приходят в упор, и шайбы не могут повернуться по клиновым поверхностям в направлении затягивания. Радиальные зубцы впиваются в сопрягаемые поверхности, образуя жёсткую связь между ними. При отвинчивании, в том числе самопроизвольном, клиновые поверхности шайб создают дополнительное осевое усилие, увеличивающее необходимый крутящий момент для откручивания.

не требуется предварительная подготовка и очистка деталей
возможно многократное использование без потери качества
легкий монтаж и демонтаж
система закрепления сертифицирована
применяются для систем, работающих в условиях вибрации и динамических нагрузок

Более подробную информацию об этих шайбах вы можете узнать из статьи на нашем сайте или посмотреть обзорный ролик на канале ЦКИ в YouTube.

Стопорные шайбы с лапками

Стопорные лапки с шайбами DIN 93 и DIN 463 предназначены для фиксации болтов и гаек, особенно на углах и краях.

Многолапчатые шайбы DIN 5406 и DIN 70952 используются вместе с круглыми гайками для блокировки подшипников качения. Отличаются расположением зубьев и ориентацией фиксирующих лапок.

Разновидности стопорных шайб

Гроверные шайбы;
Зубчатые шайбы;
Тарельчатые шайбы;
Шайбы с выступами и лапками;
Шайбы с насечкой и рифлением;
Клиновая шайба (типа nord-lock).

Из всех этих разновидностей наиболее распространены гроверные шайбы. Они являются кольцами с надрезами, расположенными на разных плоскостях. Гроверные шайбы изготавливаются из подпружиненной стали, что позволяет им подвергаться упругой деформации после установки, предотвращая самопроизвольное развитие резьбовых соединений. Все гроверные шайбы имеют квадратное поперечное сечение и могут быть изготовлены как с антикоррозионным покрытием, так и без него.

Зубчатые стопорные шайбы могут быть с плоской или конической формой, а их зубцы могут быть как внешними, так и внутренними, в зависимости от типа крепежа.

Эти шайбы разделяются на три типа: A, J, V. Как можно догадаться из названия, тарельчатые стопорные шайбы имеют форму тарелок, в то время как другие имеют насечки, рифления, лапки и выступы.

Стандарты стопорных шайб

Производство стопорных шайб в России осуществляется в соответствии с ГОСТ 13463-77. Этот стандарт требует использования стали с твердостью от 41.5 до 49.5 HRB для изготовления шайб.

Если используется бронза, то твердость должна быть в два раза выше. Кромки срезов должны быть заостренными, а поверхности шайб других типов не должны иметь заусенцев, трещин, коррозии или окалины.

Качество этих крепежных изделий проверяется согласно ГОСТ 17769-83. В процессе проверки из каждой партии отбираются образцы для проверки внешнего вида, размеров, покрытия, вязкости, твердости и пружинистости.

Стопорные шайбы

Стопорные прокладки применяются для предотвращения самопроизвольного откручивания резьбового соединения. Этот процесс может возникнуть из-за изменения размеров соединения или его вибрации. Благодаря стопорным прокладкам увеличивается сила трения между витками резьбы, что приводит к увеличению осевого усилия в соединении. Острые края прокладки помогают предотвратить раскручивание соединения.

Использование стопорных шайб – гроверных или зубчатых – стало широко распространенным. Однако следует помнить, что их надежность оставляет желать лучшего по нескольким причинам:

Когда стопорные шайбы используются вместе с обычными плоскими шайбами, это снижает эффективность стопорения – между стопорной шайбой и поверхностью детали теряется сцепление.
Недостаточно острые кромки шайбы плохо врезаются в поверхность детали.
Ослабление осевого усилия из-за остаточной деформации шайбы.
Низкая эффективность при вибрации.
Низкая эффективность при наличии смазки в соединении.

Альтернативой обычным стопорным шайбам являются стопорно-клиновые шайбы, которые предлагают несколько преимуществ:

Благодаря высокой твердости поверхности и наличию насечки, обеспечивается большая сила трения между шайбой и поверхностью детали.
Осевое усилие в соединении не возникает из-за упругости шайбы, а является результатом взаимодействия клиновых поверхностей, поэтому оно не уменьшается со временем.
Шайбы обладают высокой эффективностью при вибрациях.
Наличие смазки в соединении не ухудшает стопорение, а наоборот, увеличивает его, так как сила трения между клиньями шайбы уменьшается, что улучшает работу шайбы.

Несмотря на все эти плюсы, стопорно-клиновые шайбы не увеличивают размеры соединения и не усложняют установку.

192012 , г. Санкт-Петербург , пр. Обуховской Обороны, д. 271, лит. А, БЦ «Обуховъ-Центр», оф. 433

При оставлении ваших данных в любой форме обратной связи на сайте svm24.ru, вы соглашаетесь с условиями Политики конфиденциальности и Пользовательского соглашения.

Как устанавливать и снимать?

Существует несколько способов установки. Это может быть ручной, механический или автоматический метод. Механическая установка осуществляется с помощью плунжера и конусной пробки, установленной на торце вала. В автоматическом методе применяются специальные прессы и пневматические цилиндры.

Важно, чтобы установочные инструменты имели закаленные рабочие поверхности, что уменьшит износ оборудования. Если речь идет о стопорном кольце, то для ручной установки может потребоваться только отвертка.

Для обеспечения надежной фиксации резьбового соединения используется стоп-шайба, которая устанавливается между головкой болта и поверхностью, куда он вкручивается. При завинчивании стоп-шайба сжимается и создает силу трения, предотвращающую раскручивание крепежа. В отличие от плоской шайбы, стоп-шайба обеспечивает гораздо более высокую силу трения.

Однако при необходимости удалить стоп-шайбу могут возникнуть сложности.

Решение этой проблемы зависит от веса фиксируемого изделия. Чем оно тяжелее, тем более сильным будет фиксатор. В случае тяжелого изделия потребуется использовать зубило и молоток, в то время как для легких нагрузок может подойти обычный пинцет.

Основная цель заключается в перемещении шайб и в поиске момента, когда усилие хотя бы на короткое время ослабнет. В этот момент необходимо попробовать ослабить фиксатор. Главное — использовать для этой цели узкий и плоский предмет. Его необходимо быстро вставить в место разреза.

Если необходимо быстро снова установить крепеж, а шайба уже полностью испорчена, можно взять кусок проволоки и свернуть его, либо можно использовать кусок резиновой трубки. Но это временные меры, и эти самодельные варианты не сравнятся с использованием стальной шайбы. Стопорные детали необходимы в качестве фиксаторов, обеспечивающих надежное использование резьбовых соединений, находящихся под высокими нагрузками.

Их популярность в качестве элементов страховки от самоприспособления крепежа вполне обоснована.

Установка стопорных колец на поршневой палец мотокоса и бензопилы — это важный процесс, который можно изучить, посмотрев представленное ниже видео.

Как правильно стопорить болтовые соединения

Метод контрирования: простой и очевидный способ надежно затянуть гайку — навинтить еще одну сверху! Вторая гайка (контргайка) надежно прижимает первую, создавая почти монолитную пару. Преимуществом этого метода является простота установки (при использовании только стандартных изделий). Недостатками являются увеличение расхода гаек (в пределе — вдвое), увеличение веса и габаритов крепежа.
Гроверные шайбы, известные также как пружинные шайбы, представляют собой разрезное упругое кольцо. Когда их поджимают гайкой, возникает натяг, а острые кромки шайбы входят в тело гайки и поверхность детали, предотвращая раскручивание. Даже если в результате вибрации гайка пытается сдвинуться, упругая гроверная шайба вновь создаёт натяг и буквально блокирует соединение. Преимущества этого метода – простота и надёжность. Недостатки включают необходимость в дополнительной сборочной единице (гроверной шайбе), возможные ошибки и повреждения при монтаже.
Самоконтрящиеся гайки представляют собой слияние гайки и гроверной шайбы в единый узел. У самоконтрящихся гаек существует несколько различных вариантов реализации. Например, болт и гайка с переменным шагом резьбы позволяют достичь натяга при завинчивании, предотвращая ослабление соединения в эксплуатации. Другим вариантом является упругое кольцо или лепестковая насечка в верхнем пояске гайки, которые создают давление на резьбу и не допускают отвинчивания. Третий способ – соединение гайки и плоской шайбы с рифлёной поверхностью, которая при затягивании создает натяг и не дает отворачиваться крепежу. Преимущества самоконтрящихся гаек любого типа – простота монтажа, отсутствие дополнительных стопорных элементов. Однако недостатком является усложнение конструкции по сравнению со стандартной.
Шплинтование – это когда короткий отрезок складной проволоки (шплинт) проходит через отверстие в стержне болта и теле/короне гайки, а затем раскрывается. Преимущества этого метода заключаются в том, что он считается одним из самых надежных способов фиксации крепежа, наличие или отсутствие шплинта легко увидеть, и такой способ монтажа относительно прост. Недостатки включают в себя усложнение конструкции (необходимость отверстия в теле болта и "шипастой" короны у гайки) и затруднения при отворачивании (шплинты обычно одноразовые).
Кернение, пайка, приварка, расклёпывание – позволяют создать условно-разъемное соединение, когда наружные витки резьбы гайки точечно повреждаются. Это создает механическое препятствие движению по резьбе. Преимущество этого метода заключается в надежности фиксации. Недостатки включают повреждение крепежа, сложности как при монтаже (требуется сварка, пайка или точные ударные воздействия), так и при демонтаже.
Нанесение покрытий, красителей, или клея на резьбу — это метод, который аналогичен предыдущему, но не повреждает резьбу механически. Он более прост в установке (нанесение клея вместо пайки или сварки), но обладает меньшей несущей способностью по сравнению с нарезкой и аналогичными "механическими" методами повреждения резьбы.
Замковые (клиновые) шайбы — состоят из двух "половинок", внутренние поверхности которых имеют специальные клиновидные выступы (отсюда и название). Внешние края шайбы также имеют выступы (радиальную насечку) для лучшего сцепления с поверхностью детали и гайкой. При затягивании крепежа половинки замковой шайбы плотно, без зазоров, прижимаются друг к другу — шайба не деформируется. Однако при попытке гайки начать отворачиваться в обратную сторону, внутренние клинья шайбы давят друг на друга и расширяются наружу — против усилия затягивания. Угол клиньев больше, чем угол резьбы (это учтено при разработке шайбы), поэтому под воздействием вибрации вероятность того, что гайка останется на месте (не ослабнет!), выше, чем преодолеет суммарный "подъем" резьбы и клиньев шайбы. Даже при работе соединения в условиях сильной вибрации! Преимущества: легкая установка, практически стандартная толщина замковой шайбы (отсутствие дополнительных элементов), возможность отворачивания соединения без повреждения крепежа, многократное повторное использование шайбы. Недостатки: требуется внимательность при сборке (важно не перепутать установку половинок — клиньями друг к другу, насечкой наружу!).

Сравнительный анализ различных типов шайб

Ранее была представлена информация о основных видах, преимуществах и недостатках доступных методов блокировки резьбового крепежа. Но какой из них лучше? В частности, какие шайбы наиболее целесообразно использовать в конкретных условиях?

Ответ на этот вопрос могут дать только сравнительные испытания. Для оценки прочности болтовых соединений при динамических нагрузках используют специальные вибростенды. Измерительный комплекс включает платформу на гидроопорах, внешний электродвигатель (для нагружения платформы и создания вибрации) и контрольные датчики, данные с которых поступают на компьютер для последующей обработки и отображения результатов.

Метод проведения испытаний заключается в следующем: крепеж (болт, гайка и шайба) устанавливаются в имеющееся отверстие на платформе и затягиваются первичным моментом (например, 8 кН). Затем двигатель включается, и платформа начинает вибрировать. В какой-то момент соединение "поплывет", то есть гайка начнет откручиваться самопроизвольно, и первичный момент затяжки уменьшится — возможно, даже до нуля (крепеж полностью ослабнется).

Какая шайба лучше удерживает соединение? Очевидно, та, которая удерживает первичный момент затяжки под воздействием вибрации наибольшее время! Зависимость "момент — время нагружения" позволяет сделать вывод о стойкости шайбы. И при этом сравнить их друг с другом — в одинаковых условиях эксперимента.

Этот вид испытания известен как "вибрационный тест Юнкера" (его методика прописана в DIN 65151-2002). Результаты теста показывают, что наибольшую стойкость проявляет стопорная (клиновая) шайба — первоначальный уровень затяжки сохраняется практически на 100% (в то время как, например, у гроверной шайбы к концу теста он падает до нуля!).

Разновидности стопорных шайб

Компании производят большой выбор различных шайб для широкого и узкоспециализированного использования.

Наиболее популярными являются следующие типы шайб:

Пружинные зажимы. Это конструкция, представляющая собой разделенный кольцевой пруток с разведенными в разные стороны концами. При закручивании обеспечивает удержание гайки или шляпки за счет давления и упора острых концов кольца в металл.
Волнистые зажимы. Плоскость изделия проштампована так, что приобретает волнистый профиль. При сжатии создается давление, препятствующее откручиванию подвижного элемента. Количество оборотов при снятии определяется высотой волны.
Зубчатые зажимы. На поверхности с двух сторон нанесены насечки с направлением против вращения. Удерживает части соединения за счет врезания в них острых и твердых выступов.
Вогнутые зажимы. При закручивании сжимаются и за счет упругости создают трение и давление в ответных деталях.
Имеют выступы, которые гнуться, соединяя штырь и гайку в единый блок после установки в окончательное положение. Могут иметь одну, две или множество лапок.
Heico-Lock и NORD-LOCK. Комплект состоит из двух колец с поперечными выступами, наподобие зубчиков шестеренок. Прочность соединения достигается за счёт трения и предварительного натяжения.

Стопорные шайбы изготавливаются из таких материалов:

Металлический материал без защитного покрытия
Коррозионно-стойкая сталь, с классом прочности А2, А4
Сталь, покрытая цинком
Металлический материал с покрытием из цинковых хлопьев
Желтая медь
Сплав из меди и олова

Где применяется стопорная шайба

Существует бесчисленное количество областей применения стопорных шайб, поскольку это изделие играет важную роль в обеспечении прочности, безопасности, надежности и долговечности резьбовых соединений.

Наиболее распространено их использование в изготовлении таких объектов и товаров: