Гайки

В зависимости от условий эксплуатации, величины и характера нагрузок, воспринимаемых соединением, применяют следующие гайки:

• высокие
• низкие
• обычные
• прорезные для стопорения соединений
• самоконтрящиеся различного конструктивного испол­нения
• анкерные неподвижные
• плавающие
• самоустанавливающиеся
• специальные.

Основные виды гаек, применяемых в ма­шиностроении, представлены на рис. 1.

Рис. 1.    Гайки, применяемые в машиностроении

Высокие гайки (высота равна 0,8d) предназначены для соеди­нений, работающих на растяжение и воспринимающих большие знакопеременные нагрузки. Часто для таких соединений, особенно работающих при высоких температурах, используют «усиленные» гайки, имеющие высоту, равную 1,2d. Это существенно повышает ползучесть соединения, исключает разрушение соединений по срезу витков резьбовой пары болт — гайка, обеспечивая полное использование прочности болта при работе на растяжение.

Высокие гайки диаметром 12 мм и более в целях снижения массы конструкций выполняют с цилиндрической проточкой шестигранника, имеющей размер, приблизительно равный раз­меру под ключ.

Низкие гайки используют в соединениях, воспринимающих небольшие растягивающие нагрузки, и в соединениях, работа­ющих на срез.

Прорезные шестигранные гайки применяют в ответственных соединениях, работающих в условиях вибрационных нагрузок. Стопорение их на болте осуществляется: шплинтами или проволо­кой. Для этих же целей часто используют шестигранные гайки с бонкой, завальцовываемой на болт (рис. 1, а).

В декоративных целях применяют глухие шестигранные гайки. Гайки глухие для запрессовки используют в разъемных соеди­нениях, где монтажные подходы к гайке затруднены. Круглые сферические гайки применяют как декоративные и для исключе­ния изгибающих нагрузок на болт в соединении. Гайку-барашек используют для быстроразъемных соединений, а также в откидных болтах и т. д. (рис. 1, б).

Гайки круглые с внутренней и наружной резьбой, со шлицами на торце и по периметру широко применяют в соединениях диа­метром 14 мм и более. Меньшие масса и габариты круглых гаек по сравнению с шестигранными гайками позволяют значительно уменьшить массу конструкций в целом. Гайки круглые с внутрен­ней резьбой и шлицами на торце (как правило, 2 шлица) широко используют и малых диаметров, начиная с 1,4 мм, обеспечивая такие же преимущества соединений (рис. 1, в).

Для исключения самоотвинчивания резьбовых соединений при эксплуатации в большинстве случаев требуется их стопорение.  Однако утяжеление кон­струкций, невысокая надежность стопорення, большая трудоем­кость изготовления и монтажно-сборочных работ по выполнению стопорения резьбовых пар обусловили создание и широкое вне­дрение во всех отраслях машиностроения самоконтрящихся гаек. Основа стопорения самоконтрящимися гайками — создание га­рантированного натяга и увеличение трения в резьбовой паре за счет деформирования резьбовой части гайки или использования безрезьбовых упругих вкладышей.

Типовая самоконтрящаяся гайка представляет собой обычную шестигранную или другую гайку с тонкостенным резьбовым цилиндрическим участком на неопорном торце — бонкой. Бонка имеет продольные прорези (4—6), деформируемые по периметру конусной оправкой для создания натяга в резьбовой паре (т. е. контрящих свойств гайки). Такие гайки называются самоконтря­щимися прорезными гайками (рис. 1, г, е). В зависимости от условий эксплуатации используют следующие самоконтрящиеся прорезные гайки: шестигранные высокие и низкие, двенадцати­гранные, круглые с накаткой под запрессовку, если конструкция узла допускает увеличение отверстия в соединяемой детали, а подход для установки гайки затруднен.

В настоящее время ввиду высокой трудоемкости фрезерования шлицев прорезные самоконтрящиеся гайки, особенно типоразме­ров М3—М10, практически вытеснены более технологичными, но не уступающими им по надежности стопорения самоконтря­щимися гайками с неразрезной деформированной бонкой (рис. 1, д, е). Самоконтрящиеся гайки с неразрезной бонкой применяют также высокие и низкие, под запрессовку, двенадцати­гранные, с пазовой конфигурацией и др. Область применения высоких и низких самоконтрящихся гаек, двенадцатигранных и с пазовой конфигурацией определяется теми же условиями эксплуатации, что и обычных гаек.

В соединениях, работающих преимущественно на срез, широко используют шестигранные самоконтрящиеся гайки без бонки, с опорным буртиком и уменьшенным размером шестигранника под ключ (тонкостенный шестигранник). Самостопорение таких гаек достигается деформированием непосредственно шестигран­ника (см. рис. 1, д). В условиях автоматизированной сборки резьбовых соединений применяют самоконтрящиеся гайки с шай­бой, завальцованной на опорный буртик.

Рис. 2.   Гайки самоконтрящиеся герметичные с фторопластом (а) и с нейлоновым вкладышем (б)

Герметичная самоконтрящаяся гайка представлена на рис. 2, а. Герметизирующий вкладыш на основе фторопласта монтируется в расточке гайки с натягом и выступает над торцом на 0,5—0,8 мм. При сборке соединения конусный переход от резьбы к гладкой части болта плотно с натягом входит внутрь вкладыша, герметизируя резьбу по внутреннему и наружному диаметрам вкладыша. Выступающая из гайки часть при затяжке герметизирует соединение по плоскости стыка. Стопорение обес­печивается обжатием гайки по двенадцатиграннику.

Самоконтрящаяся шестигранная гайка с упругим нейлоновым вкладышем представлена на рис. 12, б. Нейлоновый вкладыш завальцован в верхней части гайки. Внутренний диаметр вкла­дыша приблизительно равен внутреннему диаметру резьбы болта. Резьба во вкладыше формируется болтом при его ввинчивании, обеспечивая необходимый натяг для стопорения резьбовой пары. Гайки с нейлоновым вкладышем могут быть круглые, двенадцати­гранные, ушковые и т. д.

Рис. 3.   Типы обжатия бонки самоконтрящих гаек

В отечественной промышленности получение контрящего эле­мента самоконтрящихся гаек осуществляется обжатием бонки на заданную величину в двух точках, в двух точках по эллипсу или в трех точках параллельно оси или под углом 12—16°. Воз­можно получение контрящего элемента осадкой бонки (рис. 3). Точность резьбы гаек 5Н6Н.

Самоконтрящиеся гайки сохраняют работоспособность при многократных переборках резьбовых соединений. Нормируются максимальный момент первого завинчивания гайки и минималь­ный момент пятнадцатого отвинчивания (М¹_зав и М¹⁵_отв). В отече­ственной промышленности они соответствуют значениям, ука­занным в табл. 1. Нормативы ИСО по моменту пятнадцатого отвинчивания выше за счет использования точных резьб: для болтов 4h6h, для гаек 4H5H.

Таблица 1.

Нормативы контрящих свойств самоконтрящих гаек

Примечание. В числителе - для ушковых и плавающих гаек; в знаменателе - для шестигранных гаек.

Были проведены исследования резьбовых пар М6 из стали З0ХГСА с резьбами 4h6h—4H6H и 6e—5H6H, используемыми в отечественной промышленности. При этом показано, что 35 эксплуатационных переборок (затяжка соединения заданным мо­ментом, выдержка при 250 °С в течение 1 ч) выдержали все 100% самоконтрящихся гаек резьбовой пары 4h6h—4H5H и только 50% самоконтрящихся гаек резьбовой пары 6е—5H6H. Средние значения моментов отвинчивания самоконтрящихся гаек резьбо­вой пары 4h6h—4H5H на 32— 80% больше резьбовой пары 6е—5H6H. Это обеспечивает более высокую стабильность стопорения резьбового соеди­нения в течение пятнадцати эксплуатационных переборок. Для самоконтрящихся гаек из жаропрочных материалов, экс­плуатируемых при высоких температурах, как правило, надежное стопорение резьбо­вых соединений ограничивается пятью эксплуатационными пе­реборками.

Окончательный контроль качества самоконтрящихся гаек заключается в замере моментов завинчивания и отвинчивания. Это позволило зарубежным фирмам при стандартизации самоконтрящихся гаек в рамках ИСО не задавать в конструкторской документации наружный диаметр бонки, высоту, величину и форму обжатая, оставив эти вопро­сы на усмотрение изготовителя.

С целью снижения трудоемкости монтажно-сборочных работ, повышения эксплуатационных характеристик изделия применяют самоконтрящиеся ушковые гайки, неподвижные и плавающие в обойме (рис. 4). Неподвижные ушковые самоконтрящиеся гайки изготавливают в двухушковом, одноушковом и угловом исполнениях (рис. 4, а) и применяют для крепления люков, панелей и т. п.

Рис. 4.   Гайки самоконтрящиеся ушковые, неподвижные и плавающие

Крепление гайки к соединяемой детали осуществляется двумя заклепками. Их изготавливают вытяжкой из листового материала на многопозиционных прессах или холодной высадкой из про­волоки. Контрящие свойства обеспечиваются за счет обжатия бонки, а герметичных глухих ушковых самоконтрящихся гаек — за счет обжатия резьбовой части колпачка (рис. 4, б). Для гер­метичных отсеков используют и обычные ушковые гайки, вулка­низированные резиной (см. рис. 4, б). Гайки самоконтрящиеся в обойме (рис. 4, в, г) позволяют компенсировать технологические погрешности, неизбежные при сборке крупногабаритных деталей сложной конфигурации. Крепление гайки на обойме осуще­ствляется в пазах или прорезях, ограничивающих ее перемещение и исключающих выпадение из обоймы. В зависимости от типо­размера минимальное перемещение гайки в плоскости обоймы составляет 0,5—1,0 мм. Варианты исполнения обоймы опре­деляются, как правило, конструкцией изделия. Кроме рассмотрен­ных, широко применяют гайки самоконтрящиеся плавающие на кронштейне, плавающие в обоймах-прищепках (рис. 4, д, е) и др.

В некоторых отраслях промышленности нашли широкое при­менение профили с самоконтрящимися плавающими гайками (рис. 5). Прессованные профили изготавливают из алюминиевых сплавов, гнутые профили — из стального листа. Фиксацию поло­жения гаек на профиле осуществляют местными выштамповками (см. рис. 5, а) или лапками, отогнутыми по надрезам (см. рис. 5, б).

Рис. 5.   Профили с самоконтрящимися плавающими гайками

Длину профиля с самоконтрящимися плавающими гайками определяют конструкцией изделия, и она может достигать 1,5 м. Крепление профиля к соединяемой детали осуществляется за­клепками с шагом 150—250 мм. Применение профилей с само­контрящимися плавающими гайками позволяет уменьшить массу конструкции, а также повысить прочность соединения. Прочность повышается за счет уменьшения количества отверстий под за­клепки в соединяемых деталях.