Почему болты и гайки откручиваются самопроизвольно

Резьбовое соединение – самый распространенный способ соединения деталей и частей конструкций в строительной и бытовой сфере, при сборке производственного оборудования и станков, в автомобилестроении и др. отраслях. Крепежное соединение, созданное с использованием болта и гайки, характеризуется надежностью, способно выдерживать высокие нагрузки, обеспечивает возможность многократной сборки-разборки полученного узла.

Однако такой способ соединения имеет и недостатки, основной из которых – способность к самоослаблению, когда гайка откручивается самопроизвольно, без необходимости внешнего воздействия на нее. Ослабленная гайка уменьшает усилие затяжки, что приводит к снижению прочности и надежности конструкции, частичному или полному ее разрушению. Чтобы исключить риски, необходимо знать, по каким причинам происходит самооткручивание крепежа, и как этого можно избежать.

Основные причины самораскручивания резьбового соединения

Если в процессе сборки гайка затянута правильно, но через некоторое время крепежное соединение стало ослабевать и раскручиваться, то причин этому может быть множество.

• Высокие вибрационные нагрузки. Чем сильнее вибрация, которой подвергается резьбовое соединение, тем быстрее откручивается гайка.
• Недостаточная длина болта. Если болтовой стержень слишком короткий и гайку удается навернуть только на три-четыре витка резьбы, то под действием нагрузок соединение вскоре и неизбежно будет раскручиваться.
• Большая разница диаметров отверстий в соединяемых деталях или несоответствие размера монтажного отверстия параметрам болта. В обоих случаях сдвигающее усилие больше силы трения в резьбовом соединении и под воздействием поперечных нагрузок болт будет разбалтываться, что приведет к самораскручиванию гайки.
• Для соединения деталей использовано недостаточное количество болтов. В результате на каждый крепеж в отдельности будет действовать нагрузка более высокая, чем запланировано проектом. Это может привести к деформации болта, разбалтыванию резьбового соединения, ослаблению гайки.
• Использование пневматического гайковерта зачастую приводит к затяжке с повышенным усилием и, как следствие, повреждению резьбы. Проблема не видна извне, но при сильных динамических и вибрационных нагрузках происходит постепенное самооткручивание гайки.
• Развитие коррозии металла. Даже оцинкованный крепеж может со временем подаваться коррозии, если используется в агрессивной среде или условиях повышенной влажности. Коррозия разъедает металл, что уменьшает плотность прилегания гайки к стержню болта, приводит к ослаблению соединения и самоотвинчиванию.
• Резьба с большим шагом. Чем большим будет расстояние между витками резьбы, тем выше вероятность самопроизвольного раскручивания соединения.
• Слишком мягкий металл. В процессе сборочных работ крепеж из металла повышенной текучести будет «тянуться», а полученное соединение приобретает недостаточную прочность.

Как предупредить самораскручивание крепежного соединения

Чтобы решить проблему самоотвинчивания, необходимо застопорить гайку, что можно сделать несколькими способами.

Использование герметика

Клеевой состав наносится на резьбу болта и увеличивает силу трения между стопоримым и стопорящим элементом. Кроме улучшения фиксации средство герметизирует соединение, обеспечивает его защиту от окружающей среды. В большинстве своем такой метод применяется при сборке автомобилей.

При выборе клеевого фиксатора необходимо учитывать материал метизов, температуру и другие особенности среды, в которой будет эксплуатироваться конструкция после сборки.

Стопорение с помощью шайб

Гроверные шайбы

Различаются пружинные гроверы (ДИН 127) и круглые шайбы (ДИН 6796), которые обеспечивают стопорение соединения путем увеличения силы трения при попытках разжаться и вернуться в первоначальное положение. Использование гроверных шайб – это наиболее простой и недорогой способ стопорения гайки или болта.

Выпускаются также гроверы с засечками на концах и радиальными зубьями, которые врезаются в материал и повышают уровень стопорения.

Стопорно-клиновые шайбы (ДИН 25201)

В резьбовое соединение вовлекается пара шайб, с одной стороны оснащенные мелкими зубцами, с другой – крупными. Шайбы устанавливаются сторонами с крупными клиньями друг к другу, размещаются под головкой болта или между гайкой и соединяемой деталью. Во время затяжки крупные зубья становятся в упор, мелкие – вдавливаются и врезаются в соединяемые поверхности, обеспечивая жесткое стопорение и высокую прочность соединения.

Зубчатые шайбы (ДИН 6798)

Применяются как прокладки между гайкой или головкой болта и скрепляемой деталью. Зубцы шайбы врезаются в материал детали, обеспечивают жесткость стопорения.

Многолапчатые шайбы

Используются вместе со шлицевыми гайками и винтовыми валами, оснащенными продольным пазом. При сборке соединения одну из лапок шайбы нужно согнуть и ввести в шлиц гайки.

Применение шплинтов

Для возможности стопорения с помощью шплинта в соединении следует использовать корончатые гайки либо просверливать сквозное отверстие в болтах и выполнять пропилы в обычных гайках. В последнем случае гайка размещается таким образом, чтобы отверстие в стержне болта совпадало с пропилом – через них и пропускается разводной шплинт.

Шплинтовка обеспечивает высокий уровень защиты резьбового соединения от самооткручивания. Разъединить такое соединение нельзя без изъятия шплинта.

Стопорение без шайб

Некоторый современный крепеж обеспечивает стопорение резьбового соединения без использования стопорящих шайб.

Самоконтрящиеся гайки ДИН 985

Завальцованная внутрь кромка удерживает стопорную нейлоновую или металлическую вставку, обеспечивающую сопротивление к самораскручиванию за счет силы трения, возникающую между ней и болтом.

Крепеж с зубчатым фланцем

Гайки ДИН 6923 и болты ДИН 6921 на фланцевой части имеют насечки, которые врезаются в поверхность соединяемой детали и обеспечивают жесткое стопорение.

Заключение

Выбор способа предупреждения самораскручивания крепежного соединения осуществляется при учете предполагаемой вибрационной нагрузки и уровне ответственности конструкции. Нужные данные указываются в проектной документации и технологических картах по сборочным работам.

Кроме того, чтобы предотвратить ослабление и самораскручивание резьбового соединения, необходимо проводить регулярный контроль – визуальный осмотр и проверку надежности с помощью специального инструмента. Если обнаруживаются следы коррозии, деформация или повреждение болта, то крепеж нужно заменить.