Вы когда-нибудь задавались вопросом, действительно ли простая пружинная шайба может предотвратить ослабление болтов? В этой статье рассматривается механика и эффективность пружинных шайб, раскрываются их ограничения и практическое применение. Вы узнаете, почему их использование в критических несущих соединениях снижается и какие альтернативы могут предложить более высокую надежность. Окунитесь в эту тему, чтобы понять реальное влияние пружинных шайб на обеспечение надежного крепления в различных механических системах.
Противозакручивающая функция пружинной шайбы работает по принципу двойного действия, сочетая осевую силу и сопротивление трения для сохранения целостности резьбовых соединений.
В первую очередь, при сжатии во время сборки пружинная шайба создает постоянную упругую силу. Эта сила создает осевую предварительную нагрузку, которая поддерживает напряжение в узле болт - гайка, эффективно противодействуя вибрационным и динамическим нагрузкам, которые в противном случае могут привести к ослаблению. Постоянное упругое давление, оказываемое шайбой, позволяет более равномерно распределить усилие зажима по поверхности соединения.
Во-вторых, в конструкции пружинной шайбы предусмотрены острые кромки на ее разъемном отверстии. При затягивании эти грани с силой вдавливаются как в нижнюю часть головки болта (или гайки), так и в поверхность зажимаемой детали. Этот механический эффект шпонки значительно увеличивает сопротивление трения против вращения, создавая локальную интерференционную посадку, которая препятствует относительному перемещению между крепежом и соединяемыми деталями.
Кроме того, спиральный профиль пружинной шайбы вносит небольшое угловое смещение между ее верхней и нижней поверхностями. Такая геометрия создает переменное распределение давления по окружности шайбы, что повышает ее способность поддерживать постоянное контактное давление даже при незначительных деформациях или оседании соединения.
Важно отметить, что, хотя пружинные шайбы обеспечивают эти преимущества фиксации, их эффективность может варьироваться в зависимости от таких факторов, как свойства материала, качество обработки поверхности и конкретные условия нагрузки в конкретном случае. В ответственных соединениях они часто используются в сочетании с другими методами фиксации для обеспечения оптимальной безопасности.
Пружинные шайбы широко используются в различных механических узлах благодаря своей экономичности и простоте установки. Они находят применение как в несущих, так и в ненесущих компонентах, особенно в системах, требующих частой сборки и разборки.
Однако эффективность пружинных шайб против ослабления ограничена и является предметом споров в инженерных кругах. Последние исследования и промышленная практика показали, что их эффективность в предотвращении ослабления при динамических нагрузках и вибрациях не так надежна, как считалось ранее. Более того, в передовых производственных регионах, таких как Европа и Северная Америка, их использование в высоконадежных приложениях, особенно в тех, которые связаны с критическими несущими соединениями, сокращается.
Ограничения пружинных шайб привели к переходу на более эффективные крепежные решения. Например, в аэрокосмической и военной промышленности наблюдается растущая тенденция к замене традиционных пружинных шайб более совершенными альтернативами. Китайская академия космических технологий, как сообщается, запретила использование стальных пружинных шайб в некоторых областях применения из-за соображений безопасности, включая риск водородного охрупчивания и усталостного разрушения при циклических нагрузках.
Передовые технологии крепления, такие как клиновые стопорные шайбы, химические составы для фиксации резьбы и специализированные стопорные гайки, находят все большее применение в ответственных областях. Эти альтернативы обеспечивают повышенную устойчивость к ослаблению, вызванному вибрацией, и лучшую долговременную надежность, особенно в условиях высоких нагрузок.
Важно отметить, что, несмотря на то, что пружинные шайбы могут найти свое применение в менее ответственных областях, при выборе метода фиксации крепежа инженеры должны тщательно учитывать специфические требования к каждому узлу, включая условия нагрузки, вибрацию и последствия для безопасности. Для приложений, требующих высокой надежности и безопасности, следует оценить и внедрить более совершенные решения для защиты от ослабления.
Для соединения конечной передачи моста с корпусом моста используются болты M16 x 100 класса 10.9 с моментом затяжки (280+20) Н-м, затянутые с помощью высокоточной электрической затяжной машины. Изменение крутящего момента в зависимости от угла поворота в процессе затяжки болта измерялось с пружинной шайбой и без нее.
Сравнение кривых "момент-угол" показало, что при использовании пружинной шайбы момент предварительной затяжки всегда составлял около 10 Н-м, в то время как без пружинной шайбы момент затяжки болта оставался на уровне 0 Н-м, а затем значительно увеличивался. Это позволяет предположить, что пружинная шайба может быть полностью сплющена при моменте предварительной затяжки болта около 10 Н-м. Подтверждение этого предположения было получено при проверке цифровым динамометрическим ключом, который показал, что момент затяжки болта не достиг 20 Н-м и пружинная шайба была полностью сплющена.
Эти результаты показывают, что пружинная шайба создает упругую силу всего в 10 Н-м, что ничтожно мало по сравнению с моментом предварительной затяжки болта в 280 Н-м. Кроме того, такого небольшого усилия недостаточно для вдавливания острых углов в выемке пружинной шайбы в поверхность болта и соединяемой детали. После разборки на поверхностях болта и соединяемой детали не было обнаружено явных следов вдавливания.
В результате можно пренебречь антиослабляющим действием пружинной шайбы на болт.
Добавление шайбы между болтом и соединяемой деталью может создать еще одну потенциальную угрозу безопасности, если шайба имеет проблемы с качеством. При высоком крутящем моменте болта (более 200 Н-м) использование пружинной шайбы в качестве стопорного механизма неэффективно и даже может быть вредным. Под воздействием ударов, вибрации и переменных нагрузок предварительный натяг может внезапно исчезнуть, что приведет к ослаблению соединения.
NASA также признало ограничения открытых пружинных шайб. В главе стандарта NASA, посвященной контргайкам, говорится, что "типичная спиральная пружинная шайба... служит пружиной во время затягивания болта. Однако к моменту полного затягивания болта шайба обычно становится плоской, и в этот момент она эквивалентна твердой плоской шайбе, а ее фиксирующая способность отсутствует". В общем, этот тип стопорной шайбы бесполезен для фиксации".
Выдержки из оригинального текста см. на следующем рисунке. Однако некоторые специалисты придерживаются иного мнения. Какова ваша точка зрения на это?
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO