Самоконтрящиеся гайки — особенности и сферы применения

Самостопорящиеся гайки применяются практически повсеместно, они являются важной частью в различных механизмах. В случае правильного использования они обеспечивают надежность соединения и длительный срок эксплуатации деталей. В статье мастер сантехник расскажет о принципах работы самоконтрящейся гайки, ее видах, лучших производителях.

Что это такое

Все резьбовые крепежные детали склонны к самотовертыванию под действием внешних сил, таких как вибрация, ветровые, динамические и ударные нагрузки.

Если они надежно не застопорены, то это может привести к самым серьезным последствиям. Известны случаи, когда отвинтившаяся гайка или болт ставали причиной поломки механизма и вызывали тяжелые аварии..

Проблему устраняли или с помощью жесткого стопорения (шплинты, отгибные шайбы, проволока), или фрикционного соединения: контргайки, гровера, пружинные шайбы.

Но это сложно, нетехнологично и в некотором роде некрасиво.

Неожиданное решение было найдено в 30-х годах прошлого века в США: запатентована самостопорящаяся гайка, которая самостоятельно, без дополнительных креплений, держит соединение в условиях вибрации.

Таких самозажимных стопорных гаек разработано много видов и каждая из них получила широкое распространение. В России такая гайка производится по ГОСТ (регулирует вес, размер резьбы, вид металла, защитное покрытие), за рубежом контроль за производством ведется с помощью евростандартов (DIN). А вот сила крутящего момента не указывается. Правда в Европе она оговаривается в ISO 2320.

Как работают самоконтрящейся гайки

Не зная, как работает самоконтрящаяся гайка, можно «наломать дров». Принцип простой: при закручивании самозажимных стопорных гаек возникает повышенное трение между витками резьбы болта и гайки (у нее резьба нарушена специально для этих целей), которое удерживает соединение при любых условиях эксплуатации.

При этом, в отличие от свободных гаек, «натяг» сохраняется по всей длине болта. Т.е. стронувшись с места, свободная гайка быстро скрутится, а самоконтрящаяся будет все время работать стопором. Поэтому важно, во-первых, не сорвать (точнее, не восстановить) резьбу при зажиме — такие гайки не требуют сверх усилий для получения эффекта стопора, во-вторых, их нужно закручивать правильной стороной.

Повышенный крутящий момент создает некоторые неудобства при сборке и разборе резьбового соединения с деформированными витками: придется приложить больше усилий. Нужно учитывать, что чем выше степень деформации, тем сильнее потребуется закручивать метиз. Но это означает и повышенную надежность соединения.

Область применения

В принципе, самоконтрящуюся гайку можно встретить во всех сферах жизни: промышленности, быту, т.е. там, где нужны надежные резьбовые соединения. В первую очередь, это:

• Самолеты и вертолеты — лишний вес в воздухе никому не нужен. Поэтому использовать контргайки и гроверы — дорого и неэффективно;
• Автомобили и трактора — переход на автоматизированную сборку требует упрощения технологического процесса. Один из путей — использование инновационного крепежа;
• Строительная техника и инструменты — вибромашины, отбойные молотки, бетономешалки испытывают вибрационную нагрузку, в результате чего гайки самопроизвольно раскручиваются в первые же минуты эксплуатации;
• Велосипеды и мотоциклы — кто ездил на велосипеде, знает, что даже гайки с насечкой на фланце любят отходить, особенно на заднем колесе.

Нужны самостопорящиеся крепежные метизы в сельском хозяйстве (зерносушилки), быту (детские коляски, игрушки, электроприборы, сантехника, строительные инструменты, холодильники, стиральные машины), станкостроении и т.д.

Классификация

Существует множество видов самоконтрящихся гаек с преобладающим крутящим моментом, дизайн многих из них запатентован или отвечает требованиям определенных стандартов, но в целом их можно разделить на две категории:

• С неметаллическим кольцом;
• Цельнометаллические.

Неметаллический вкладыш

Гайка самоконтрящаяся с нейлоновым кольцом (DIN 985 или DIN 982 — нанесен цинк) представляет собой обычный шестигранный метиз с плотно завальцованным в верхней части резьбы (чтобы не провернулось) полимерным кольцом (может быть черным, синим, белым). На вставке резьба заранее не нарезается. Появляется во время закручивания. Это позволяет создать необходимый натяг при стопорении резьбовой пары (за счет упругости нейлона). У таких гаек есть свои плюсы и минусы.

Плюсы:

• Можно использовать много раз — после скручивания нейлон приобретает первоначальную форму;
• Накручивается на болт любой длины;
• Обеспечивает уплотнение соединения — не пропускает жидкости.

Минусы:

• Выдерживает температуру не более +120°C, в связи с чем не может применятся в двигателях;
• Растворяются в агрессивных химических растворах.

Цельнометаллические

Стопорящие свойства цельнометаллических гаек появляются благодаря частичной деформации их резьбы или создания дополнительного сцепления с соединяемой деталью с помощью фланца со специальными насечками.

Нарушение геометрии участка гаечной резьбы называется «обжатием». Выполняется после нарезки резьбы на специальном оборудовании в осевом или радиальном направлении, а так же под углом. В результате, для закручивания нужно приложить больше усилий. Естественно, и скрутить такую гайку просто не получится.

Плюсы:

• Нужны большие усилия для срыва зажатой гайки;
• Не боятся высоких температур — выдерживают до +750°C;
• Можно использовать в средах с активными химическими веществами.

Минусы:

• Практически все варианты гаек одноразовые — срывается резьба;
• Нельзя накрутить на длинный болт — причина та же;
• Болт и гайка должны быть одинаковой твердости. В противном случае на более мягком металле резьбовое соединение не держит.

В линейке цельнометаллических гаек со свойством самостопорения наиболее популярны:

Гайка самоконтрящаяся с шайбой

Ее еще называют резьбовой гайкой с вставкой из пружинной стали, которая обеспечивает надежность зажима за счет упругой деформации дополнительного кольца — показатели крутящего момента самые высокие среди этого класса метизных изделий (регулируются евростандартом ISO 2320). Отличается высокой прочностью, не боится коррозии и перепадов температур. В комбинации с фланцем шайба способна держать соединение в самых ответственных местах: самолеты, ракеты, двигатели внутреннего сгорания и т.д.

Фланцевые (DIN 6923)

Метизы изготавливаются из цельного металла. Держат резьбовое соединение за счет насечек на фланце. Могут быть с деформированными участками резьбы, что увеличивает прилагаемую силу при срыве;

С искаженным участком резьбы

Наиболее распространенный вид гайки с сильным крутящим моментом, возникающим из-за перекошенной в отдельных местах резьбы (сделано специально). За счет неправильно нарезанных витков обеспечивается устойчивость к вибрации резьбового соединения;

Деформацией на элипс

Обычная гайка с двух сторон на станке обжимается, после чего теряет форму круга. Резьба при этом не нарушается. При закручивании овальная форма стремится принять прежнюю форму. Благодаря этому создается фиксирующее сжатие;

Обжатые по торцу в трех точках

Контрящая часть гайки находится в верхней части. Деформации подвергаются 1-2 витка резьбы. Этого достаточно для надежного фрикционного соединения;

Конусообразным воротником

Гайка выпускается с конусообразным буртиком меньшего диаметра — получают за счет обжатия в трех местах. В результате создается гибкая динамика стопорного момента — крутящий момент затухает в осевом направлении;

Колпачковые с пластиковой вставкой (крепятся около колпачка)

Встречаются редко, в основном в транспортных средствах. Чаще можно увидеть без нейлонового кольца. Имеют размеры от М5 до М16. Используются для защиты от протечек масла.

Распространенные стандарты самоконтрящихся гаек:

• DIN 980, 982, 985, 986, 6924, 6925, 6926, 6927;
• ISO 7040, 7042—7044, 7719-7720, 10511—10513;
• EN 1663, 1664, 1666, 1667;
• ГОСТ Р 50271-92, ГОСТ Р 50272-92, ГОСТ Р 50273-92.

На рынке существуют и другие запатентованные формы конструктивного исполнения металлических стопорных гаек с преобладающим крутящим моментом, поэтому предоставленная информация не является исчерпывающей.

Окончательный контроль качества гаек с функцией самофиксации основан на измерении моментов завинчивания и отвинчивания, значения которых должны соответствовать установленным нормам. В отечественной промышленности установлены следующие нормы на максимальный момент первого завинчивания (М1зав) и минималь­ный момент пятнадцатого отвинчивания (М15отв).

Нормативы контрящих свойств самостопорящихся гаек:

Популярные производители

Производство гаек стопорных налажено во многих странах мира. Лидерами являются:

• «Aztech Lock Nut» Co. Самый известный производитель самостопорящегося крепежа — американская компания «Aztech Lock Nut» Co. Первую продукцию: цельнометаллические гайки с деформацией витков резьбы по граням, торцу в нескольких точках, а также комбинированные, со вставкой из нейлона, поставила потребителям в далеком 1978 году.
• «Bulten AB». Не менее известен и европейский производитель — «Bulten AB». Компания специализируется на производстве гаек с фланцем с дополнительной деформацией. Комбинированный подход позволяет получить самый надежный крепеж, выдерживающий любые вибрации.
• ООО «КРЕП-КОМП». Компания ООО «КРЕП-КОМП» под своим брендом производит на промышленных площадках Китая, Тайваня и Малайзии различный крепеж европейского уровня. Продукция качественная. Поэтому имеет высокую цену. Среди самоконтрящихся гаек можно найти более 10 видов, в том числе с нейлоновой вставкой.
• «Tech-KREP». В линейке метизов со свойством стопора компании «Tech-KREP» шестигранная гайка самоконтрящаяся с фланцем хорошего качества и с нейлоновым кольцом, которое одновременно контрит гайку и герметизирует соединение.
• «Crest Industrial». Английская фирма «Crest Industrial» выпускает гайки с деформацией по торцу, граням, ребрам. Есть среди ее продукции и метизы с кольцом из нейлона.

Нюансы применения

Надежная работа стопорных гаек обеспечивается при соблюдении некоторых условий:

• Метизы с нейлоновой вставкой нужно закручивать вкладышем вверх;
• Гайки, обжатые по граням, считаются двухсторонними;
• Деформация по торцу и на овал требуют устанавливать крепеж контрящей стороной наружу;
• Гайки с пластиковым вкладышем можно использовать неоднократно, но при этом контролировать их износ;
• Цельнометаллические изделия нельзя наворачивать на длинные болты и использовать несколько раз (при желании — можно, но эффект стопора за счет деформационных изменений резьбы резко падает). Исключение — гайки с фланцем.

Видео

В сюжете - Виды гаек и особенности монтажа

Заключение

Самоконтрящиеся гайки — это усовершенствованное устройство резьбового соединения. Характеризуются надежностью стопорения за счет высокого уровня трения в резьбовых витках, легкостью сборки и разборки. Единственное, что важно помнить домашнему мастеру — для получения нужного эффекта необходимо накручивать правильной стороной.

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Что означают таинственные буквы и цифры на шляпках болтов и гаек