Применение шайб в болтовых контактных соединениях

Болтовые контактные соединения

Соединение между собой проводников прямоугольного сечения выполняется с помощью болтов, шпилек или сжимов. Число болтов определяется размерами шин. Силу сжатия контактных поверхностей целесообразнее обеспечивать применением нескольких болтов меньшего сечения, чем одного болта большего сечения, так как в первом случае количество контактных пятен получается больше. В результате переходное сопротивление соединения уменьшается и происходит более равномерное распределение тока по контактной площади. Плоские и штыревые контактные выводы электротехнических устройств выполняют согласно ГОСТ 21242-75.

Соединения нескольких параллельных шин фазы между собой выполняют путем укладки их в переплет, а не попарно, так как в последнем случае контактная поверхность получается значительно меньшей, а переходное сопротивление — большим.

При прохождении электрического тока детали контактного соединения нагреваются и вследствие нагрева расширяются. Особенно значительный нагрев и расширение происходят при коротком замыкании. Расширение не одинаково по всему контактному соединению, так как его детали имеют разные коэффициенты линейного расширения.

Болты соединений медных и алюминиевых шин работают в неблагоприятных условиях, поскольку коэффициент линейного расширения стального болта меньше, чем медной или алюминиевой шины: кроме того, болты при коротком замыкании всегда нагреваются значительно меньше, чем шины.

В режиме короткого замыкания на болты действуют дополнительные силы, которые, складываясь с силой затяжки болта, могут привести к остаточным деформациям и ослаблению контактного соединения при понижении температуры. Чем больше толщина пакета шин, тем большие механические напряжения возникают в стягивающих болтах. Эти напряжения могут быть снижены применением тарельчатых пружин.

Тарельчатые пружины электротехнического назначения изготавливаются по ГОСТ 17279-71 двух типов:

– Ш— пружины для поддержания контактного давления в соединениях шин,

– К — пружины для поддержания контактного давления в соединениях кабельных наконечников с выводами электрооборудования, имеющими уменьшенную контактную плоскость по сравнению с шинами

Основные параметры пружин приведены на рис.1.

Рис. 1. Тарельчатая пружина.

Допускается выполнять соединения без применения тарельчатых пружин, но с установкой со стороны алюминия утолщенной шайбы под головку болта или под гайку. Размеры нормальных (ГОСТ 11371-78) и увеличенных (ГОСТ 6958-78) шайб приведены в справочных таблицах.

Длина перекрытия (нахлеста) соединяемых элементов в контактном соединении при одном или четырех болтах редко превышает ширину шины, а при двух болтах составляет от 1,5 до 2 размеров ширины шины.

Уменьшение переходного сопротивления контактного соединения достигается повышением давления и понижением жесткости.

Рис 2. Контактное соединение шин с продольным разрезом.

Для уменьшения жесткости контактного соединения на шинах делают продольные разрезы шириной 3— 4 мм, длиной 50 мм (рис. 2).

Болты в соединении выбирают, исходя из требующихся удельных давлений между контактными поверхностями кажущейся плотности тока и допустимых растягивающих усилий для болтов. Рекомендуемые удельные давления в контактных соединениях, МПа, в зависимости от материала контактного соединения приведены ниже.

Медь луженая – 0,5 – 10,0

Медь, латунь, бронза нелуженые – 0,6- 12,0

Сталь луженая – 10,0 – 15,0

Сталь нелуженая – 60,0

Длина болтов выбирается таким образом, чтобы после сборки и затяжки соединений оставалось не менее двух ниток свободной резьбы.

Затяжку болтов контактных соединений производят гаечным ключом, обеспечивая значения крутящих моментов, приведенные в справочных таблицах.

Затяжку болтов на соединениях с тарельчатыми пружинами производят в два приема. Вначале болт затягивают до полного сжатия тарельчатой пружины, затем соединение ослабляют поворотом ключа в обратную сторону на 1/4 оборота для болтов Мб и М12 и на 1/6 оборота для остальных болтов.

Рис. 3. Соединение медной жилы с плоским выводом из меди или сплава алюминия: а — для болтов до М8, б — для всех размеров болтов, 1 — вывод, 2 — наконечник, 3 — шайба, 4 — болт, 5 — шайба пружинная, 6 — гайка, 7 — жила.

Присоединение плоских проводников к плоским выводам из меди или алюминиевого сплава (рис. 3) производится с помощью стальных болтов (ГОСТ 7798-70), гаек (ГОСТ 5915-70) и шайб (ГОСТ 11371-78), а к выводам из алюминия — с применением средств стабилизации контактного давления: тарельчатых пружин или крепежных изделий из медных или алюминиевых сплавов с коэффициентом линейного расширения (18—21) х 10-6 °С-1 (рис. 4).

При сборке соединения с тарельчатыми пружинами со стороны алюминиевого вывода ставят увеличенную, а со стороны медной лапки наконечника — нормальную шайбу. В соединениях с тарельчатыми пружинами контргайки не применяют.

Рис. 4. Соединение медной жилы с плоским выводом из алюминия: а — с применением тарельчатых пружин, б — с применением крепежных деталей из цветных металлов, 1 — вывод, 2 — медный наконечник, 3 — шайба пружинная, 4 — болт стальной, 5 — гайка стальная, 6 — шайба стальная увеличенная, 7 — пружина тарельчатая, 8 — жила медная, 9 — болт из цветного металла, 10 — гайка из цветного металла, 11 — шайба из цветного металла.

Если тарельчатые пружины или болты и гайки из цветных металлов необходимых размеров отсутствуют подсоединение можно выполнять с применением увеличенной шайбы при условии, что переходное сопротивление и температура нагрева соединения окажутся в заданных пределах.

Рис. 5. Присоединение двух наконечников к плоскому выводу.

В тех случаях, когда контактные соединения эксплуатируется в помещении с относительной влажностью более 80% и температурой не ниже 20°С или в химически активной среде, оно выполняется с помощью переходных медно-алюминиевых пластин. Непосредственное соединение медной жилы с алюминиевым выводом может выполняться в том случае, когда алюминиевый вывод имеет защитное металлопокрытие.

Рис. 6. Переходные детали для подключения к выводам более двух наконечников.

При выполнении подсоединения, к плоскому выводу двух жил кабеля наконечники следует располагать по обеим сторонам плоского зажима (рис. 5) для того, чтобы обеспечить наименьшее переходное сопротивление и сохранить более равномерное токораспределение. Если к выводу нужно подсоединить более двух наконечников или отверстие вывода не соответствует отверстию наконечника, используют переходные детали. К переходной детали наконечники подсоединяются симметрично (рис. 6).

Присоединение плоских медных проводников и наконечников к штыревым контактным выводам оборудования выполняется при помощи стандартных гаек из меди и ее сплавов. Соединения при номинальных токах до 30 А выполняют с помощью стальных гаек, покрытых оловом, никелем или кадмием.

Рис. 7. Присоединение наконечника к штыревому выводу: 1 — наконечник, 2 — гайка медная увеличенная, 3 — гайки стальные, 4 — штыревой вывод, 5 — жила.

Рис. 8. Соединение двух наконечников со штыревым выводом: 1 — наконечники, 2— гайки, 3— штыревой вывод.

Алюминиевые плоские проводники при токах до 250 А присоединяются так же, как медные, а при токах от 250 до 400 А для присоединения применяют увеличенные упорные гайки (рис. 7).

Присоединение двух наконечников к штыревому выводу (рис. 8) необходимо выполнять симметрично, а при подсоединении более двух наконечников используют переходные детали.

При токах более 400 А следует использовать медно-алюминиевые наконечники или армировать (плакировать) концы шин.

Подсоединение круглых проводников к плоским и штыревым выводам производится после формирования их в виде кольца с помощью шайб-звездочек. Лапки шайб-звездочек при закручивании винта или гайки не должны касаться поверхности вывода или упорной гайки, чтобы колечко жилы было надежно прижато к зажиму.

Кольцо провода укладывается под головку болта или гайки так, чтобы оно при закручивании болтов или гаек не выдавливалось из-под них (рис. 9). В тех случаях, когда алюминиевая однопроволочная жила оконцована кольцевым наконечником (пистоном), шайба-звездочка не применяется.

Рис. 9. Соединение алюминиевой жилы сечением до 10 мм2 с выводами: а — плоским, б — штыревым, 1 — винт, 2 — шайба пружинная, 3 — шайба-звездочка, 4 — жила, изогнутая в кольцо, 5 — зажим плоский, 6 — штыревой вывод, 7 — гайка.

Рис. 10. Соединение медной жилы сечением до 10 мм2 с выводами: а, б — плоским, в, г — штыревым, 1 — винт, 2 — шайба пружинная, 3— шайба, 4 — однопроволочная жила, изогнутая в кольцо, 5 — плоский зажим, 6 — штыревой зажим, 7 — гайка, 8 — жила, оконцоваииая плоским или кольцевым наконечником.

Медные жилы сечением до 10 мм2 соединяются с плоскими и штыревыми выводами с помощью винтов, шайб, пружинных шайб и гаек (рис. 10). При подсоединении жил, оконцованных наконечником (пистоном), шайба не используется.

Рис. 11. Соединение алюминиевой многопроволочной жилы с цилиндрическим зажимом: а — с применением штифтового наконечника, б — после сплавления конца жилы в монолит с добавкой легирующих присадок, 1 — корпус, 2 — прижимный винт, 3 — штифтовой наконечник, 4 — жила многопроволочная, 5 — конец жилы, сплавленный в монолит.

С винтовыми зажимами для втычного присоединения алюминиевые или медные многопроволочные жилы могут соединяться после оконцевания штифтовым наконечником или после сплавления конца жилы в монолит с добавкой легирующих присадок.

Контактные соединения

Контактные соединения электрических цепей выполняются в соответствии с

  • ГОСТ 10434-82 “Соединения контактные электрические”
  • ГОСТ 21242-75 “Выводы контактные электротехнических устройств плоские и штыревые”
  • “Инструкции по монтажу контактных соединений шин между собой и с выводами электротехнических устройств” (концерн “Электромонтаж”, 1993г.; номер по классификации MKC-III-A-2)

По ГОСТ 10434-82, в зависимости от области применения, контактные соединения подразделяются на 3 класса. К 1 классу относятся соединения цепей, сечение которых выбирается по длительным токовым нагрузкам – это силовые электроцепи, линии электропередач (т.е. цепи, относящиеся к МКС).

В зависимости от климатического исполнения и категории размещения электротехнических устройств соединения подразделяются на группы А и Б. Климатические исполнения У, УХЛ для категории размещения 3 (что соответствует условиям МКС) относятся к группе А.

Таким образом, все требования ГОСТ 10434-82 к контактным соединениям применительно к МКС должны соответствовать классу 1 и группе А.

По конструктивному исполнению контактные соединения подразделяются на:

  • неразборные, выполняемые сваркой, пайкой или опрессовкой (соединения сборных шин между и ответвления от них рекомендуется выполнять сваркой)
  • разборные (болтовые), применяемые для соединения шин с выводами электротехнических устройств. В зависимости от материала соединяемых элементов разборные соединения, в свою очередь, подразделяются на:
    • не требующие применения средств стабилизации электрического сопротивления в месте контакта
    • требующие применения средств стабилизации
Читайте также:  Что такое винтовой компрессор?

Соединение плоских контактных поверхностей (шин прямоугольного сечения или наконечников с плоскими выводами электротехнических устройств), выполненных из меди и ее сплавов или из твердых алюминиевых сплавов, не требуют применения средств стабилизации и выполняются при помощи стальных крепежных изделий, защищенных от коррозии. Допускается применение вороненых стальных болтов, гаек и шайб.

Соединение алюминиевых шин между собой или с плоскими выводами электротехнических устройств, а также с другими проводниками, выполненными из меди и ее сплавов или из твердых алюминиевых сплавов, должно выполняться с применением средств стабилизации, одного из ниже перечисленных:

  1. крепежных изделий из цветных металлов с коэффициентом линейного расширения от 18*10-6 до 21*10-6 1/°С (латунь);
  2. тарельчатых пружин;
  3. металлических покрытий рабочих поверхностей алюминиевых проводников;
  4. переходных медно-алюминиевых пластин (медно-алюминиевых наконечников) или переходных пластин и наконечников из твердого алюминиевого сплава.

Пластины из алюминиевого сплава и алюминиевые части медно-алюминиевых пластин соединяются с алюминиевыми шипами сваркой.

При применении средств стабилизации по пунктам 2,3,4 контактные соединения также выполняются при помощи стальных крепежных изделий, защищенных от коррозии.

К штыревым выводам, выполненным из меди или латуни, присоединение проводников из меди или из твердых алюминиевых сплавов выполняется без средств стабилизации, а алюминиевых проводниковс применением средств стабилизации: при токах до 630 А – с использованием крепежных деталей из латуни, а при токах более 630 А – с использованием металлических покрытий (п.З) или переходных пластин (п.4).

Температура нагрева контактных соединений не должна превышать значений, указанных в таблице

Материал шин (вывода)

Макс. допустимая

температура нагрева

в установках, °С

до 1000 В

свыше 1000 В

Медь, алюминий и его сплавы без защитных покрытий

То же, но с защитными покрытиями небла­городными металлами

Медь с покрытием серебром

Примеры разборных соединений проводников с плоскими контактными поверхностями

I. Выполняемые без средств стабилизации

с контргайкой (слева) и с пружинной шайбой (справа)

1,2 – соединяемые проводники (шины, выводы устройств, наконечники), выполненные из меди или из твердых алюминиевых сплавов, 3,4,5 – стальные шайбы, болты, гайки, 6 – пружинная шайба

II. Выполняемые со средствами стабилизации соединения алюминиевых шин между собой или с другими проводниками из меди или из твердых алюминиевых сплавов

с контргайкой (слева) и с пружинной шайбой (справа)

1,2 – соединяемые проводники (шины, выводы устройств, наконечники), выполненные из меди или из твердых алюминиевых сплавов, 3,4,5 – стальные шайбы, болты, гайки, 6 – пружинная шайба

с тарельчатой пружиной (слева) и с металлическим покрытием алюминиевых шин (справа)

7,8,11 – стальные гайки, болты, шайбы, 9 – тарельчатая пружина, 10 – увеличенная стальная шайба, 12,13 – металлическое покрытие

соединение через медно-алюминиевую пластину (слева) и соединение через переходную пластинку из твердого алюминиевого сплава (справа)

14 – медно-алюминиевая пластина, 15 – пластинка из твердого алюминиевого сплава

Примеры соединений со штыревыми выводами

а) без средств стабилизации, б,в,г,д) со средствами стабилизации

1 – штыревой вывод (медь, латунь); 2 – гайка (ст); 3 – шина (медь, сталь, алюминиевый сплав); 4 – гайка (медь, латунь); 5 – шина (алюминиевая); 6 – алюминиевая шина с металлопокрытием; 7 – пластина переходная медно-алюминиевая; 8 – пластина из алюминиевого сплава.
Упорные гайки (4) во всех случаях из цветного металла.

Ослабление резьбового крепежа: причины и меры борьбы

Главным преимуществом резьбовых крепежных изделий является то, что их можно демонтировать и использовать повторно. Однако это их свойство является также источником серьезной проблемы, как для машин, так и для строительных металлических конструкций. Эта проблема — непреднамеренное и самопроизвольное ослабление (самоотвинчивание) резьбового соединения — болтового, винтового или шпилечного.

1. Механизмы ослабления резьбового соединения

В большинстве резьбовых крепежных соединений прочность соединения обеспечивается путем создания в нем большой стягивающей нагрузки. Эта стягивающая нагрузка создается при контролируемой затяжке болтового соединения.

Рисунок 1 — Болтовое соединение с контролируемым натяжением

Ослабление резьбового соединения — это последующая потеря части этой стягивающей нагрузки. Это может происходить по двум причинам:

  • Ротационное ослабление, которое часто называют самоотвинчиванием, происходит тогда, когда крепежное изделие, например, гайка, вращается относительно болта под воздействием внешних нагрузок, что приводит к уменьшению стягивающего усилия в соединении.
  • Неротационное ослабление происходит тогда, когда отсутствует относительное движение между внутренней и наружной резьбой, но ослабление резьбового соединения все равно происходит.

2. Неротационный механизм отвинчивания гаек

Неротационное ослабление резьбового соединения может происходить как результат деформации самого резьбового крепежного изделия или соединения в целом. Это может происходить в результате локальной пластической деформации на опорных поверхностях болтового или винтового соединения.

Когда две опорные поверхности, например, детали и головки болта, приходят в контакт друг с другом, неровности на обеих поверхностях подвергаются значительной нагрузке. Поскольку фактическая площадь контакта может быть значительно меньше, чем видимая его площадь, то на этих неровностях возникают очень большие локальные напряжения. Величина этих напряжений даже при весьма умеренных нагрузках выше предела текучести материалов в болтовом соединении (рисунок 1).

Рисунок 2 — Увеличенная область контакта с неровностями контактирующих поверхностей [1]

Это приводит к тому, что поверхность частично проседает сразу после завершения операции затяжки болтового соединения. Это явление называют «просадка» (англ. embedding). Доля стягивающего усилия, которая теряется из-за просадки зависит от:

  • жесткости болта и самого соединения,
  • количества поверхностей, которые участвуют в соединении,
  • шероховатости поверхностей и уровня напряжений, которые действуют в соединении.

При умеренных нагрузках начальная осадка соединения обычно приводит к потере стягивающего усилия в болтовом соединении на 1 до 5 % в течение первых секунд после затяжки болтового соединения. Когда это соединение впоследствии динамически нагружается внешними нагрузками, происходит дальнейшая осадка соединения в результате давлений, которым подвергаются его поверхности.

Ослабление резьбового соединения в результате просадки является особенно проблематичным для соединений, которые состоят из нескольких тонкостенных элементов и имеют небольшую общую толщину соединения.

3. Теория ослабления болтового соединения

В настоящее время признанной теорией самопроизвольного ослабления резьбового крепежа считается теория Юнкера (1969). Она была разработа по результатам испытаний болтов на испытательной машине Юнкера (рисунок 3).

Рисунок 3 — Испытательная машина Юнкера [1]

Основные положения теории Юнкера:

  • Хорошо затянутое болтовое соединение ослабевает в результате отвинчивания гайки, если возникает относительное движение между резьбами болта и гайки и между смежными поверхностями гайки и прижатого материала.
  • Поперечные динамические нагрузки создают намного более серьезные условия для самоотвинчивания, чем динамические осевые нагрузки.
  • Радиальные перемещения под действием осевых нагрузок значительно меньше, чем те, которые возникают от поперечных нагрузок (рисунок 4).
  • Наиболее частой причиной ослабления болтовых соединений является не вибрация, как часто считается, а движения в соединении, в частности, поперечные проскальзывание резьбы болтов и опорных поверхностей.
  • Если к болту приложена достаточная осевая нагрузка, чтобы предотвратить поперечные перемещения в соединении, то не требуются никакие фиксирующие устройства, так как трение будет держать части соединения вместе.

Рисунок 4 — Поперечное перемещение в болтовом соединении [1]

В случаях, когда проскальзываний в соединении нельзя избежать, например, в соединениях для компенсации температурных расширений, то необходимо применять специальные меры и устройства для фиксации резьбового соединения, например, в случае болтового соединения, стопорение гаек.

4. Стопорные свойства болтов

4.1. Фланцевая головка

Более широкая головка болта — фланцевая головка — обеспечивает больше трения между головкой и поверхностью детали или элемента конструкции. При этом снижается поверхностное давление на опорные поверхности и тем самым снижается просадка соединения.

4.2. Рифленая головка

Рифление на опорной поверхности фланца головки выполняет функцию стопорения. При затяжке болта ребра рифления впиваются в поверхность конструкционного элемента и обеспечивают стопорящий эффект. Повреждение поверхности детали, особенно окрашенной, может быть препятствием для применения в некоторых случаях.

Если в болтовом соединении применяется рифленый болт, то и гайка в нем тоже должна быть рифленая [3] (рисунок 5). Это нужно для того, чтобы обеспечивать высокое трение на всех поверхностях соединения. В болтовом соединении с рифлеными болтом и рифленой гайкой шайбы не применяются.

Рисунок 5 — Болты и гайки с рифленой опорной поверхностью

5. Стопорные свойства гаек

В промышленности применяется несколько десятков различных типов стопорных элементов — стопорных гаек. Все они имеют общий принцип — заклинить резьбу гайки на резьбе болта. Это достигается различными методами: механическими или химическими. К механическим методам относятся стопорные гайки с деформированной резьбой, нейлоновыми и стальными стопорящими вставками. Химические методы основаны на повышении трения между резьбами за счет заклинивания их путем введения специальных химических составов, например, известные составы типа Locktite.

6. Стопорные свойства шайб

Шайбы относятся к крепежным изделиям, так как они участвуют в обеспечении прочности и надежности соединений. Неправильное применение шайб может приводить к снижению прочности соединения или увеличению риска его ослабления.

6.1. Плоские шайбы

При правильном выборе плоские шайбы (рисунок 6) могут способствовать снижению поверхностного давления на мягкие материалы и минимизировать потерю прочности сжимающего усилия за счет просадки. Опорная поверхность шайбы обычно больше, чем опорная поверхность болта или гайки.

Рисунок 6 — Круглая плоская шайба

Больший диаметр контактной поверхности дает большее усилие сопротивления трению. Поэтому, именно головка болта всегда вращается относительно шайбы при затягивании болтового соединения. Следовательно, она будет защищать менее прочный материал и тем самым снижать риск ослабления соединения при воздействии внешних сил.

В зависимости от применяемого класса прочности болта выбирают класс прочности шайбы. Выбор неправильной твердости шайбы может приводить к повышенному риску ослабления соединения, а также, если материал является слишком мягким чтобы поддерживать головку болта без просадки [2].

6.2. Пружинные (гроверные) шайбы

Обычно считается, что пружинные гроверные шайбы (рисунок 7) снижают риск ротационного ослабления болтового или винтового соединения. Главная цель этой пружинной шайбы — снижать потерю стягивающего усилия, которое происходит вследствие просадки болтового соединения. Поэтому, если правильно применять эту шайбу, то будет снижаться риск отвинчивания под воздействием динамических нагрузок.

Читайте также:  Как установить рольставни

Рисунок 7 — Пружинные (гроверные) шайбы [3]

Однако часто эти шайбы имеют чрезмерную прочность и поэтому приводят к более высокому риску ослабления соединения из-за просадки и/или динамических нагрузок [2]. Пружинные шайбы должны иметь прочность, которая достаточна, чтобы выдержать стягивающее усилие болтов класса прочности 5.8, когда они затянуты на полную прочность. При работе с такими болтами пружинные шайбы снижают потерю стягивающей нагрузки и тем самым снижают риск ослабления болтового соединения под воздействием динамических сил. Кроме того, кромки пружинной шайбы создают механическое зацепление за относительно мягкую поверхность, что дает дополнительный стопорящий эффект.

Эффективность пружинных шайб становится очень низкой, когда их применяют с термически упрочненным крепежом класса 8.8 и выше. Пружинное усилие шайбы является в этом случае слишком малым, а кромки шайбы не способны врезаться в твердую поверхность болта или гайки. Если пружинные шайбы применяются с высокопрочным крепежом, то они фактически создают повышенный риск для надежности соединения, так под воздействием высоких нагрузок могут разъехаться и сломаться.

6.3. Гроверные шайбы при поперечной вибрации

На рисунке 8 представлены резултьтаты вибрационных испытаний на машине Юнкера болтовых соединений М10 с гроверной шайбом и без нее. Амплитуда вибрации составляла +/- 0,5 мм [1].

Результаты испытаний показали, что установка пружинной шайбы под головку болта может приводить к его самоотвинчиванию быстрее, чем для болта без такой шайбы [1]. Аналогичное мнение об эффективности пружинных шайб по стопорению болтов и гаек высказано в известном руководстве по проектированию крепежа NASA [3].

Рисунок 8 — Испытания болтов на машине Юнкера:

«болт с гроверной шайбой» и «болт без шайбы»

6.4. Другие стопорные шайбы

Тарельчатые (рисунок 9)

Зубчатые (рисунок 10)

Рисунок 9 — Тарельчатые шайбы: а — гладкие, б — рифленые [3]

Рисунок 10 — Зубчатые шайбы [3]

7. Применение контргаек

Эти гайки обычно стопорят друг друга, как это показано на рисунке 9. До сих пор идут споры, какая из гаек должна быть снизу — толстая или тонкая [3].

Рисунок 11 — Стопорение контргайкой [3]

Однако, есть мнение, что этот тип стопорения является слишком непредсказуемым, чтобы быть надежным [3]. Если внутренняя гайка затянута сильнее, чем наружная, то она «потечет» до того, как наружная гайка будет затянута до своей полной нагрузки.

С другой стороны, если наружная гайка затягивается больше, чем внутренняя гайка, то внутренняя гайка будет разгружаться. При этом наружная гайка начнет «течь» до того, как внутренняя гайка наберет свою полную нагрузку.

Это значит, что очень трудно получить правильную затяжку для каждой из этих двух гаек. Поэтому, считается [3], что самоконтрящие гайки являются намного более практичным выбором для стопорения, чем гайка и контргайка. Однако, например, в случаях, когда болтовое соединение не несет осевой нагрузки, применение контрящей гайки может быть вполне оправдано.

8. СТО НОСТРОЙ 2.10.76-2012 о стопорении резьбовых соединений

СТО НОСТРОЙ 2.10.76-2012 «Болтовые соединения» [4] по-разному подходит к стопорению различных типов соединений. Это в целом соответствует подходу на основе теории Юнкера.

8.1. Три основных типа болтовых соединений

  • Фрикционные (сдвигоустойчивые) соединения. В этих соединениях сдвигающие усилия воспринимаются силами трения, действующими на контактных поверхностях соединяемых элементов в результате натяжения болтов на проектное усилие.
  • Срезные соединения. В этих соединениях сдвигающие усилия воспринимаются сопротивлением болтов срезу, а соединяемых элементов — смятию.
  • Фрикционно-срезные соединения. В этих соединениях учитывается как сопротивление болтов срезу, так соединяемых элементов — смятию и трению.

Фрикционные соединения — это соединения с контролирумым натяжением на высокопрочных болтах, а срезные и фрикционно-срезные — соединения с неконтролируемым натяжением.

8.2. Требования по стопорению соединений

Для фрикционного соединения каждый болт (высокопрочный) устанавливается в соединение с двумя круглыми шайбами (одна ставится под головку болта, другая — под гайку). Высокопрочные болты с увеличенным размером головки под ключ, при разности номинальных диаметров отверстий и болтов до 4 мм, допускается устанавливать с одной шайбой под вращаемым элементом (гайкой или головкой болта). Никаких дополнительных мер по стопорению гаек не производится. Особое внимание уделяется подготовке контактных опорных поверхностей болтов, гаек и шайб для обеспечения на них высоких усилий трения.

В срезных соединениях допускается установка под гайкой двух плоских шайб. Под головкой болта шайбу допускается не устанавливать. Для предотвращения самоотвинчивания гаек, их дополнительно закрепляют постановкой специальных шайб или контргаек. При этом конкретные виды шайб не указываются. Для болтов, работающих на растяжение, закрепление гаек рекомендуется осуществлять исключительно постановкой контргаек.

В конструкциях, воспринимающих статические нагрузки, гайки болтов, затянутых на усилие 50–70 % от минимального предела прочности болта на растяжение, допускается дополнительно не закреплять. При этом резьба болтов не должна попадать на плоскость среза.

Источники:

1. Self-loosening of threaded fasteners, Fastener + Fixing Technology, № 2, 2011. http://www.boltscience.com/pages/self-loosening-of-threaded-fasteners.pdf

2. Stop Loosening of Fasteners, www.fastenerandfixing.com

3. Fasteners Design Manual, NASA, 1990, https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19900009424.pdf

4. СТО НОСТРОЙ 2.10.76-2012 «Болтовые соединения», 2012

Смотрите также:

ООО «Алюком»
г. Москва, ул. Нагатинская, д. 16, стр. 9, офис 2-5

Тел.: +7 (495) 268 0444
E-mail: info@alucom.ru

Производство и склад: Калужская обл., г. Малоярославец, ул. Калужская, 64.

Для чего используются шайбы?

Этот тип крепежа используется в качестве уплотнителя соединения. Любая шайба служит прослойкой между гайкой и болтом, шпилькой, саморезом, шурупом и т.д. Она увеличивает опорную поверхность, не давая деталям проваливаться внутрь материала, деформировать его или перекоситься.

Почему важно использовать шайбы

Игнорируя установку такой подкладки, вы рискуете уменьшить срок службы всей конструкции. Шайбы используются для того, чтобы крепеж не раскрутился при нагрузках. При правильном подборе размера и затягивании они существенно улучшат контакт поверхностей. Если крепеж постоянно подвергается тряске, колебаниям и ударам, то шайбы не дадут болтам расшататься и раскрутиться. Подобные решения можно встретить в крыльях самолетов, деталях фрезеровочных станков.

Перекос гайки опасен не только возможным разрывом контакта между деталями, но и повреждениями основной поверхности. В этом случае прокладки защищают лакокрасочный слой на конструкциях от царапин и вмятин, а само отверстие — от влаги. Без них ускоряется износ, увеличивается риск необратимых повреждений. Это главный ответ на вопрос, для чего нужна шайба в болтовом соединении.

Формы и разновидности шайб

Чаще всего на рынке можно встретить следующие типы изделий:

  • Плоские — подходят для усиления обычных узлов.
  • Квадратные и увеличенные — модификации плоских, применяются в зависимости от состояния поверхности.
  • Пружинные (шайбы Гровера) — амортизируют поверхности при ударной и вибрационной нагрузке, предотвращают повреждения.
  • Стопорные зубчатые — не дают резьбе раскрутиться благодаря сжатию зубцов.
  • С резьбой изнутри — помогают в регулировке узла.
  • Шайбы с лапкой — схожи с стопорно зубчатыми, лапка играет роль стопора при затягивании.
  • Рифленые — шероховатые, имеют насечки для лучшего сцепления.
  • Косые — не только уплотняют, но и скрадывают неровности, разницу углов соединения.

Материалы шайб

Часто они штампуются из алюминия, меди, стали, титана, латуни. Материал подбирается в зависимости от риска коррозии, типа основы для крепежа. В большинстве случаев они имеют гальваническое цинковое покрытие, защищающее от ржавчины и разрушения, либо хроматирование. Также для смягчения давления крепежных элементов используют шайбы из резины, пластмассы.

Размер прокладки подбирается по размеру завинчивающихся деталей. На экземплярах допустимо наличие заусенцев или микроскопических дефектов, которые никак не влияют на их функцию.

Где используют

Шайбы нужно для надежного сочленения листов мягких материалов (панели, фанера, гипсокартон, дерево). При этом их желательно монтировать с двух сторон метизов. Бытовым применением их функции не ограничиваются. При высоких требованиях к соединениям шайбы используют в промышленных отраслях:

  • станкостроение;
  • авиастроение;
  • машиностроение;
  • изготовление приборов;
  • ремонт жилых и коммерческих помещений;
  • строительство домов и временных сооружений;
  • возведение металлоконструкций и т.д.

Список того, зачем нужны шайбы, этим не ограничивается. Практически в любой строительной и производственной задаче можно найти им применение. Иногда для этого приходится создавать метизы по чертежу, а не закупать готовые. Под заказ возможно изготовление любой партии — шайбы.

И 1.08-08 Инструкция по проектированию и монтажу контактных соединений шин между собой и с выводами электротехнических устройств (выдержки)

Содержание:

1. РАЗБОРНЫЕ КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

2. СОЕДИНЕНИЯ ШИН С ВЫВОДАМИ

3. СОЕДИНЕНИЯ ГИБКИХ ШИН МЕЖДУ СОБОЙ И С ВЫВОДАМИ В ОТКРЫТЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВАХ

4. ПРИЛОЖЕНИЕ 1: БОЛТЫ И ГАЙКИ

5. ПРИЛОЖЕНИЕ 2: ШАЙБЫ

6. ПРИЛОЖЕНИЕ 9: ВЫВОДЫ КОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ПЛОСКИЕ И ШТЫРЕВЫЕ

7. ДОПУСТИМЫЙ ДЛИТЕЛЬНЫЙ ТОК ДЛЯ ШИН ПРЯМОУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ

1. РАЗБОРНЫЕ КОНТАКТНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

1. Технология выполнения соединений

1.1. Разборные (болтовые) контактные соединения в зависимости от материала соединяемых шин и климатических факторов внешней среды подразделяются на соединения:

а) без средств стабилизации электротехнического сопротивления;

б) со средствами стабилизации электрического сопротивления.

1.2. Контактные соединения шин из материалов медь-медь, алюминиевый сплав алюминиевый сплав, медь-сталь, сталь-сталь для групп А и Б, а также из материалов алюминиевый сплав-медь и алюминиевый сплав-сталь для группы А не требуют применения средств стабилизации электрического сопротивления. Соединения выполняются непосредственно с помощью стальных крепежных деталей (рис.1 а).

Рис. 1. Разборные контактные соединения

1 – шина медная, из алюминиевого сплава или стали; 2 – алюминиевая шина; 3 – стальная шайба; 4 – тарельчатая пружина; 5 – стальной болт; 6 – стальная гайка; 7 – болт из цветного металла; 8 – гайка из цветного металла; 9 – шайба из цветного металла; 10 – металлопокрытие; 11 – шина медная, алюминиевая, из алюминиевого сплава или стали; 12 – медно-алюминиевая пластина; 13 – пластина из алюминиевого сплава; 14 – шина из алюминиевого сплава

1.3. Контактные соединения шин из материалов алюминий-алюминий, алюминиевый сплав-алюминий для групп А и Б, а также из материалов алюминий-медь и алюминий-сталь для группы А следует выполнять с помощью одного из средств стабилизации сопротивления:

Читайте также:  Виды токарных работ по металлу

а) тарельчатых пружин по ГОСТ 3057 (рис. 1 б);

б) крепежных изделий из меди или ее сплава (рис. 1 в);

в) защитных металлических покрытий по ГОСТ 21.484, наносимых на рабочие поверхности шин или электропроводящей смазкой типа ЭПС-98 (рис 1 г);

г) переходных медно-алюминиевых пластин по ГОСТ 19357 (рис. 1 д);

д) переходных пластин из алюминиевого сплава (рис. 1 е).

1.4. Для группы Б контактные соединения шин из материалов алюминиевый сплав-медь, алюминиевый сплав-сталь, следует выполнять как показано на рис. 1 д, е; из материалов алюминий-медь, алюминий-сталь – как показано на рис. 1 б, в, д, е.

Рабочие поверхности шин и пластин из алюминия и алюминиевого сплава должны иметь защитные металлопокрытия.

1.5. Пластины из алюминиевого сплава и алюминиевые части медно-алюминиевых пластин следует соединять с алюминиевыми шинами сваркой. Разборные соединения переходных пластин с медными шинами необходимо выполнять с помощью стальных крепежных деталей.

1.6. Расположение и диаметр отверстий для соединения шин шириной до 120 мм приведены в табл. 1.

Зависимость диаметра отверстия в шинах от диаметра стягивающих болтов следующая:

Диаметр болта, мм

Диаметр отверстия в шинах, мм

Таблица 1

* Примечание только при соединении пакетов шин

1.7. Контактные участки шин шириной 60 мм и более, имеющие два отверстия в поперечном ряду, рекомендуется выполнять с продольными разрезами. Ширина разреза зависит от способа его выполнения и должна быть не более 5 мм.

2. Подготовка к сборке разборных соединений

2.1. Подготовка шин для разборного соединения состоит из следующих операций: выполнение отверстий под болты, обработка контактных поверхностей и, при необходимости, нанесение металлопокрытия.

2.2. Расположение и размеры отверстий под болты должны соответствовать указанным в п. 1.6.

2.3. При массовой заготовке шин рекомендуется вырубку отверстий производить на прессах. Одновременная вырубка нескольких отверстий

может быть осуществлена с помощью специальных приспособлений. При вырубке отверстий с применением упора и кондукторов разметку производить не следует.

2.4. Длину болтов для соединения пакета шин необходимо выбирать по табл. 2. На болтах после сборки и затяжки соединений должно оставаться не менее двух ниток свободной резьбы.

Таблица 2

Длина болтов для соединения пакетов шин:

Толщина пакета шин в соединении, мм

Длина болтов, мм

алюминиевых с алюминиевыми

алюминиевых с медными или с шинами из алюминиевого сплава

медных или стальных

2.5. Контактные поверхности шин необходимо обрабатывать в следующем порядке: удалить бензином, ацетоном или уайт-спиритом грязь и консервирующую смазку, у сильно загрязненных шин гибкой ошиновки кроме очистки внешних повивов после расплетки очистить внутренние повивы; выправить и обработать под линейку на шинофрезерном станке (при наличии вмятин, раковин и неровностей); удалить посторонние пленки ручным электроинструментом со специальным зачистным кругом, или другими насадками и приспособлениями для механизированных инструментов. Зачистку шин в мастерских электромонтажных заготовок рекомендуется производить на станке 3Ш-120. При зачистке алюминия применять шлифовальные круги не допускается. Не следует применять напильники и стальные щетки для одновременной обработки шин из различных материалов.

2.6. Для удаления окисных пленок рабочие поверхности следует зачищать. По окончании зачистки шин из алюминия или алюминиевого сплава на их поверхность необходимо нанести нейтральную смазку (вазелин КВЗ, ГОСТ 15975; ЦИАТИМ-221, ГОСТ 9433; ЦИАТИМ-201, ГОСТ 6267; электропроводящую смазку ЭПС-98 ТУ 0254-002-47926093-2001 или другие смазки с аналогичными свойствами). Рекомендуемое время между зачисткой и смазкой – не более 1 ч.

2.7. Способы и технология нанесения металлопокрытий на контактные поверхности шин даны в Приложении 8.

2.8. Поверхности, имеющие защитные металлические покрытия, в случае загрязнения перед сборкой следует промыть органическими растворителями (бензином, уайт-спиритом и т.д.).

Луженые медные желобки, предназначенные для закрепления медных шин в петлевых зажимах, необходимо промывать растворителем и покрывать слоем нейтральной смазки (вазелин КВЗ, ГОСТ 15975; ЦИАТИМ-201, ГОСТ 6267; ЦИАТИМ-221, ГОСТ 9433; электропроводящую смазку ЭПС-98 ТУ 0254-002-47926093-2001 или другими смазками с аналогичными свойствами). Зачищать такие желобки наждачной бумагой не следует.

2.9. Допускается наносить металлопокрытия на отрезки шин (пластин), которые затем приваривают к шинам на монтаже. Длина покрываемого отрезка шины (пластины) в зависимости от длины этого отрезка должна быть:

Шайбы и кольца – общий обзор и особенности применения

Шайбы

Шайба – крепёжное изделие, подкладываемое под другое крепёжное изделие для:

  • создания большей площади опорной поверхности,
  • уменьшения взаимного повреждения детали,
  • предотвращения самоотвинчивания крепёжной детали,
  • уплотнения соединения с прокладкой.

Когда мы говорим о шайбе, то чаще всего представляем себе диск с отверстием посередине. Такая шайба называется круглой плоской и описывается всего тремя размерами: номинальным или внутренним диаметром d, наружным диаметром D и толщиной s.

Номинальный диаметр – это диаметр болта, с которым данная шайба совместима; если болт имеет метрическую резьбу, например, 6 мм, то про шайбу даже говорят, что она имеет диаметр М6. Разницу между наружным и внутренним диаметром, деленную пополам, часто называют шириною шайбы. Отношение внутреннего и наружного диаметра (D/d) также используется при описании шайб. Основной круглой плоской шайбой принято считать шайбу с D/d = 2 +/- 0,3.

Наименование круглой плоской шайбыD/ds
Основная DIN 1251,71 – 2,350,3 – 12
Узкая подкладная DIN 4331,62 – 2,060,3 – 3
Для деревянных конструкций DIN 4403,21 – 3, 272 – 10
Опорная подгоночная DIN 9881,25 – 20,1 – 2
Для пальцев, нормальная DIN 14401,36 – 20,8 – 8
Для пальцев, грубое исполнение DIN 14411,26 – 1,810,8 – 14
Для высоконагруженных соединений DIN 69161,78 – 1,853 – 6
Для пружинных штифтов DIN 73492,19 – 2,811 – 10
Кузовная (WIDE)3,75 – 51,2 – 1,4
Увеличенная DIN 90212,77 – 2,960,8 – 5

Как видно, диапазоны размеров шайб очень широки и зачастую перекрываются. Чтобы подобрать необходимую шайбу, удобно пользоваться простейшей таблицей с возможностью фильтрации. Однако и из этих похожих изделий можно выделить весьма специфичные группы.

  • Так шайбы для деревянных конструкций и для зажимов и пальцев отличаются своей толщиной.
  • Шайба для деревянных конструкций имеет исполнение (V) с квадратным отверстием.
  • Опорные подгоночные шайбы в узком диапазоне имеют 8 значений толщин для каждого отношения D/d, которое изменяется незначительно.
  • Кузовная шайба WIDE выделяется своей шириной.

Шайбы для стопорения крепежных деталей с резьбой

Большая группа стопорных шайб ориентирована на стопорение крепежных деталей с резьбой. Наиболее распространённым и популярным вариантом является пружинная разрезная шайба DIN 127 B или шайба Гровера. Несмотря на то, что стандарт DIN 127 отменён как морально устаревший, до сих пор эта шайба является одной из самых используемых стопорящих шайб. Однако вместо неё всё чаще применяются различные типы стопорных шайб.

Шайба стопорная клиновая INFIX

Эффективное решение проблемы самопроизвольного откручивания – клиновые шайбы INFIX, которые гарантируют надёжность резьбового соединения в условиях вибрации и динамических колебаний.

Система клиновых шайб INFIX состоит из двух одинаковых шайб, каждая из которых имеет на одной стороне клиновые выступы, а на другой – радиальную зубчатую насечку. При сборке болтового соединения шайбы устанавливаются клиновыми сторонами друг к другу. Угол клина α больше угла подъёма резьбы β.

В процессе затяжки клиновые выступы становятся в упор и шайбы не могут повернуться по клиновым поверхностям в направлении затягивания. Радиальные зубцы вдавливаются в сопрягаемые поверхности, и между ними образуется жёсткая связь. При отвинчивании, в том числе и самопроизвольном, клиновые поверхности шайб создают дополнительное осевое усилие, увеличивающее необходимый для откручивания крутящий момент.

  • не требует предварительной подготовки и очистки деталей
  • возможно многократное использование без потери качества
  • легкий монтаж-демонтаж
  • сертифицированная система закрепления
  • предназначены для систем, работающих в условиях вибрации и динамических нагрузок

Подробнее об этих шайбах вы можете прочитать в статье на нашем сайте или посмотреть обзорный ролик на канале ЦКИ в YouTube.

Стопорные шайбы с лапками

Шайбы стопорные с лапками DIN 93 и DIN 463 предназначены для стопорения болтов и гаек, преимущественно на углах и гранях.

Шайбы многолапчатые DIN 5406 и DIN 70952 используются в комплекте с круглыми гайками для стопорения подшипников качения. Отличаются между собой расположением зубьев и ориентацией фиксирующей лапки.

Стопорная упорная быстросъёмная шайба

Шайба стопорная упорная быстросъемная DIN 6799 предназначена для быстрого монтажа (или демонтажа) в канавке на валу.

Стопорная шайба Star-Lock

Шайба стопорная Star-Lock предназначена для быстрого монтажа (или демонтажа) на валу. Бывает в двух исполнениях: А – открытая; В – с колпачком. Также существуют варианты для квадратных валов, различных внешних диаметров.

Подробнее можно ознакомиться в обзорном ролике.

Шайбы сложных форм

Шайбы более сложных форм имеют специфическое применение.

Контактная рифлёная шайба

Контактная рифлёная шайба имеет на рабочей поверхности острые выступы, предназначенные для процарапывания покрытия или продуктов коррозии и тем самым обеспечивающие надёжный контакт соединения.

Стопорные шайбы с зубцами и насечками

Также существуют несколько вариантов упругих стопорных шайб с зубцами и различными типами насечек. Изготавливают их чаще из пружинной стали и наносят цинк-ламельное покрытие. Разные производители называют их по-разному: SCHNORR, Sperrkant или просто по номеру артикула, – но принцип работы и габариты у них схожи. В основном различают по наружному диаметру – узкие, средние и широкие.

Кольца

Родственными по отношению к стопорным шайбам являются стопорные кольца. Родство настолько близкое, что не всегда понятно, почему одни из них – шайбы, а другие – кольца. Кольца также применяются для стопорения на валах или отверстиях. Иногда их называют кольца Зегера. Среди нескольких конструкций стопорных колец в ассортименте ЦКИ представлены только эксцентрические кольца в нормальном исполнении.

Кольцо уплотнительное DIN 7603 A предназначено для резьбовых пробок. Для качественного уплотнения кольца должны быть мягкие, поэтому их изготавливают из чистых отожжённых металлов – меди или алюминия. В ассортименте ЦКИ имеются только медные кольца. При большом разнообразии диаметров они имеют только четыре толщины.

Ссылка на основную публикацию