Cтопорная шайба, зачем и почему?

Зачем нужна шайба-гровер – виды гроверов, варианты и особенности применения

Шайба пружинная или, другое название шайба гровер, входит в состав крепёжных изделий. Он может устанавливаться под другим крепёжным изделием (болт, шуруп, саморез, винт), чтобы обеспечить надёжность резьбовых соединений от откручивания. Гровер под гайку прокладывается между гайкой и изделием.

История появления шайбы гровер

Шайба Гровера появилась в конце XIX века при бурном расцвете многих отраслей промышленности, особенно приборостроения и машиностроения. Это повлияло на потребность в более качественных резьбовых соединениях.

Обычный крепёж (гайки, болты) не мог справиться с нагрузками, которые появились в результате технического прогресса. В итоге прочность соединений крепёжных деталей значительно снижалась и приводила к неожиданным действиям.

Использование клёпаных соединений не стало выходом из существующей ситуации. Они не всегда были удобны в использовании, а если удавалось их применить, то впоследствии возникали трудности при обслуживании. Требовался крепёж, сдерживающий ударные нагрузки и выполняющие роль стопора.

Такими свойствами стала обладать шайба гровер, названная по имени изобретателя Д. Гровера. Как она выглядит, можно увидеть на фото гровера.

Принцип работы шайбы

На вид она выглядит очень просто, представляя собой разрезанный диск с разведёнными концами, которые находятся в разной плоскости. Такая форма шайбы подходит для предотвращения самопроизвольного откручивания другого крепежа за счёт упругой деформации, формирующейся под нагрузкой.

Например, когда подкладывается гровер под гайку, она пытается двигаться в обратную сторону, но кромка шайбы упирается в корпус и обеспечивает неподвижность крепежа. Таков принцип работы гроверов.

Соответствие шайбы ГОСТ 6402

Изготавливают гровер, как указано в ГОСТе (пружинная сталь 65Г), с последующей термообработкой. Это снижает внутреннее напряжение металла, увеличивает его прочность и противостояние к внешним воздействиям, а также снижает хрупкость изделия.

Шайбы Гровера могут выпускаться с покрытием или без него. Нанесённое покрытие улучшает антикоррозионные свойства, а хромовое покрытие ещё придаёт большей твердости шайбе и увеличивает срок службы.

Гровер диск выпускается в четырёх видах: лёгкие, нормальные, тяжёлые и особо тяжёлые. ГОСТ описывает все показатели, которыми должны обладать пружинные шайбы, а также представлена таблица размеров шайбы-гровера. На вид диска влияет профиль катанки.

Острая кромка диска также останавливает самопроизвольное отвинчивание за счёт упора в металл, поэтому, когда необходимо отвинтить крепёж, на гайке обычно остаются механические повреждения (царапины) от острой кромки как от резчика.

Второй раз использовать диск в сборке с крепежом не рекомендуется, и, когда эта рекомендация игнорируется, то крепёж откручивается в самый не подходящий момент.

Отношение к шайбе гровер за рубежом

Пружинная шайба гровер может иметь разновидности (пружина из двух витков, диск с насечкой, например, как пружина из двух витков, как шайба с насечкой)

Несмотря на важность в обеспечении безопасности в собранном крепеже, пружинные диски имеют недостатки, которые вызывают сомнения в их эффективности

Например, в Германии ограничили использование гроверов до определённого параметра прочности для крепежа и назначили переходный период, после которого должны полностью отказаться от их использования.

Это отношение к пружинным дискам в качестве стопорных элементов поддержало NASA в конце прошлого века. К такому заключению это агентство подошло после выхода статьи о шайбе Гровера, где сделан вывод, что диск имеет эффект стопара только в момент стягивания. Когда оказывается зажатой со всех сторон, то превращается в обыкновенный плоский диск без выполнения стопорных функций.

Окончательный вывод

Такие противоречивые мнения наводят на мысль нужна ли такая деталь в крепеже? По результатам анализов можно сделать следующий вывод. Пружинная шайба выполняет свои стопарные функции, имеет преимущества перед другими упругими шайбами из-за своей дешевизны.

Напрашивается вывод: если шайба гровер более дешёвая в сравнении с другими, но обладает стопорными свойствами, технологична при производстве, то зачем от неё отказываться?

Пусть она не попала в каталог лучших товаров, но далеко не всегда необходимо применять дорогостоящие материалы, если вибрационные нагрузки имеют единичные случаи.

Теория ослабления болтового соединения

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

Рисунок 3 — Испытательная машина Юнкера

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

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.

Главная

Вопрос, зачем нужны шайбы, задают довольно часто. Попробуем ответить кратко, но более или менее подробно о применения шайб общего назначения. Специальные виды шайб рассматривать не будем. Так вот, шайбы нужны для того, чтобы:

1) Шайба существенно увеличивает площадь контакта головки болта (имеется в виду та прилегающая поверхность головки, которая прижимается к материалу, соединяемому болтовым соединением) и материала детали. При применении шайбы мы как бы распределяем нагрузку воздействующую на материал детали, по большей площади, оберегая материал от разрушения, продавливания, а само соединение гарантируем от «прорыва» болта от резко усилившейся временной скачкообразной нагрузки. Именно для этого нужна шайба и с другой стороны, подложенная под гайку.

2) При опасности провала гайки или головки винта в отверстие, сделанное заведомо большим, чем нужно, или в отверстие в не прочном материале, нам тоже нужно применять шайбы.

3) При опасности провала в отверстие или опасности утопления в мягком материале детали элементов механической фиксации винтового соединения ( шайба гровер, корончатая шайба), нужно использовать шайбы.

4) Шайбы нужны для предохранения материала детали от повреждения его гайкой или головкой винта при закручивании

Бывают случаи, когда это крайне важно. Например при стягивании винтами деталей из металла имеющих защитное антикоррозионное покрытие, красочный слой, декоративную покраску мягкими красками и так далее

Или другой пример использования шайб, соединение деталей из дерева, выполняется обычно тогда, когда на эти деревянные детали нанесён лакокрасочный слой и выполнена покраска краской нужно цвета. Чтобы не повредить это покрытие при скручивании винтового соединения нужны шайбы.

5) Шайбы нужны и для тех случаев, когда существует угроза раскручивания (самопроизвольного) винтового соединения. Однако как серьёзный стопорный механизм, шайба рассматриваться не может. Либо применяются специальные виды шайб. Более того, если деталь подвергается вибрации и угроза раскручивания велика, а деталь ответственная, применяют проволочную фиксацию винтовых соединений и другие способы (может быть даже не механические) прямо не связанные с шайбами, но включающие наличие шайбы, как одного из элементов механизма фиксации соединения.

6) Практические специалисты, работающие с механическими и винтовыми соединениями, часто указывают такую сторону применения шайб, что скольжение гайки по шайбе при закручивании её, гораздо лучше, чем оно может быть по материалу детали, даже если деталь металлическая. То есть в некоторых случаях шайбы нужны для облегчения производственного процесса и более удобной работы.

7) Шайбы нужны, даже необходимы и если поверхность соединяемых деталей не ровная. Например — слабо шероховатая, но тут чаще подразумеваются скощенные поверхности соединить которые без косых шайб качественно невозможно. Если мы хотим пример использования шайб из области изготовления металлоконструкций, то часто возникает необходимость стянуть болтами боковые стенки швеллера с уклоном внутренних граней. Тогда под гайку или под головку болта подкладывается косая шайба и гайка прижимается к получившейся плоской ровной площадке на стенке швеллера с уклоном внутренней грани. Это классический пример применения косых шайб, однако подобные примеры можно привести и из машиностроения, столярного производства и многих других областей.

Сфера применения плоских шайб и их прямое назначение

Любые строительные или ремонтные работы никогда не обходятся без данного крепежного изделия. Выполняя крепёж одного материала к другому, возникает желание сделать это соединение как можно прочнее и надёжнее. Это и не удивительно, ведь от качества крепления напрямую зависит срок службы конструкции. В качестве изделий для крепежа могут быть выбраны самые разнообразные детали, к примеру, шурупы, болты или гвозди. Только вот далеко не всем удаётся сделать средства для фиксации максимально эффективными. Чтобы это осуществить, необходимо сделать больше место соприкосновения материала и головки крепёжного изделия, будь то шуруп или болт.

Такой способ непросто надёжный, но и более распространённый, простой и дешёвый. С задачей прекрасно справляются шайбы из металла, к примеру, алюминия или меди. Шайбы представляют собой детали, предназначающиеся для строительства. Они располагаются под головкой крепёжной детали и фиксируются при вкручивании. Так, происходит увеличение площади опоры креплений.

Очень часто в строительных работах решаются сделать всё без участия специалистов, то есть самостоятельно. Только вот некоторые нюансы при выполнении крепления известны далеко не всем. Например, если пытаться прикрутить один лист фанеры к другому и не воспользоваться шайбой, то вполне можно получить сквозное отверстие, которое сделает крепёжное изделие, прошедшее насквозь.

Такие случаи встречаются довольно часто, а всё дело в том, что поверхность материала, который крепится и давление, оказываемое на деталь, гораздо больше чем головка гайки. В помощь крепежу и необходимо применение шайб из таких материалов, как резина, металл или пластик. Закрученная с шайбой деталь, лишь немного утопнет в материале, но не продавит его. Чтобы опора была как можно больше, рекомендуется использование плоских приспособлений общего назначения. Изготавливаются такие шайбы абсолютно разных размеров, что очень удобно в различных видах работ.

Величина этого изделия выбирается в зависимости от параметров крепёжной детали. Ещё одной незаменимой функцией применения шайбы является удержание крепления от перекоса во время закручивания. Происходит это достаточно часто, потому что, выполняя вкручивание детали отвёрткой, очень сложно сделать это параллельно и не свернуть головку чуть в сторону.

В этом случае головка изделия, которое встало неровно, будет царапать поверхность материала. Такие повреждения плохо скажутся на геометричности всей поверхности, а также это грозит попаданием в материал излишней влаги, что приведёт к образованию плесени и грибка. Чтобы предотвратить всё это, можно воспользоваться сферическими или косыми приспособлениями.

В каких случаях применение этих шайб будет действительно уместным?

Стопорные шайбы применяются в тех случаях, когда изделие или конструкция в эксплуатационный период подвергается воздействию вибрации или большой внешней нагрузке. Такое воздействие может послужить причиной ослабления крепежа и его раскручивания в дальнейшем. Как раз такого результата не допускает шайба со стопорными функциями. Также шайбы могут применяться для более надёжного крепления и придания большей прочности всей конструкции.

Получается, что такие шайбы применяются в любых крепёжных работах с резьбовыми деталями. Конечно, если это позволяет сделать сама конструкция прибора или изделия.

Пружинная шайба-гровер: особенности и области применения :

Шайба является крепежным изделием, которое подкладывается между гайкой и корпусом изделия или же другим крепежным изделием – болтом, шурупом, саморезом, винтом. При этом площадь поверхности, на которую опирается крепеж, увеличивается, что препятствует его самоотвинчиванию. Пружинная разрезная шайба (гровер) наиболее широко применяется в машиностроении. Она обладает некоторыми конструктивными особенностями, благодаря которым в определенных ситуациях обойтись без нее не получится.

Предыстория пружинной шайбы

Гровер появился относительно недавно – во второй половине девятнадцатого века машиностроению потребовались новые, более качественные резьбовые соединения, поскольку стандартные на то время гайки и болты уже не справлялись со все возрастающими нагрузками, колебаниями и вибрациями на подвижных соединениях между узлами и механизмами. Вследствие этого соединения ослаблялись, крепежные элементы развинчивались, что приводило к повреждениям элементов.

Использование клепаных соединений тоже не стало выходом из ложившейся ситуации, поскольку их зачастую неудобно применять, из-за чего замедлялась разработка новых продуктов. В случае же применения заклепок обслуживание соединенных таким образом механизмов становилось затруднительным.

Шайба-гровер: новый вид соединения

Машиностроение требовало нового резьбового соединения, которое смогло бы выдержать повышенную ударную нагрузку и служить своеобразным фиксатором. С этой функцией наилучшим образом справляется гровер.

Все гениальное просто – это выражение с точностью описывает данное изделие. Гровер представляет собой один пружинный виток с зазором, расходящимся в противоположную вращению болта сторону. Благодаря такой конструкции гайка не отвинчивается. При закручивании ходу гайки ничего не мешает, однако откручиванию как раз и препятствует особое расположение кромок шайбы – края впиваются в металл, благодаря чему фиксируется гайка. Шайба-гровер здесь выступает в роли стопора.

Производство гровера

Пружинную шайбу изготавливают чаще всего из стали, но в определенных случаях также из бронзы и других цветных металлов. Стальные изделия характеризуются твердостью по шкале Роквелла в пределах 40-48 HRC, а бронзовые – от 90 HRC.

Заусенцы, окалины, различные трещины, а также очаги коррозии считаются браком при производстве гроверов. Остальные же незначительные дефекты, не влияющие на размер и прочность шайб, допускаются. Испытывают изделия сжатием до образования плоской поверхности с суточной выдержкой, после чего развод должен вернуться в изначальное состояние.

Существует легкая (Л), нормальная (Н), тяжелая (Т) и особо тяжелая (ОТ) шайба-гровер. ГОСТ 6402-70 описывает все требования, выдвигаемые данному соединению. Здесь указываются размер, степень прочности, материалы и виды покрытия.

Гроверы изготавливают из пружинной стали, подвергнутой термообработке, в процессе которой происходит снятие внутреннего напряжения сплава, увеличение его прочностных характеристик и стойкости к внешнему воздействию. Важным также является снижение хрупкости готового изделия. Также на пружинные шайбы может наноситься специальное цинковое или хромовое покрытие, что обеспечивает повышение антикоррозийных свойств. При хромировании также повышается твердость шайбы и ее устойчивость к износу.

Применение гроверов

Автомобилестроение, строительство, машиностроение, тяжелая промышленность – области, в которых повсеместно используется шайба Гровера. Цена данного изделия совсем невысока (стоимость килограмма шайб варьируется от 67 до 163 рублей, в зависимости от размера и типа), но польза очень ощутима. Пружинная шайба незаменима во многих случаях при соединении частей механизмов, особенно если они подвержены вибрациям или ударным нагрузкам, из-за которых происходит раскручивание подвижного соединения. А последствия этого могут быть очень опасными.

Однако, несмотря на широкую область применения гроверов, есть ситуации, в которых нежелательно их использование. Поскольку стопорение гайки происходит благодаря острым кромкам, врезающимся в поверхность материала и он ощутимо повреждается в случае невысокой своей твердости. Поэтому пружинные шайбы не применяют при соединении изделий, изготовленных из мягких металлов и сплавов.

Расположение гровера в соединении особой роли не играет, его можно установить как под гайкой, так и под шляпкой болта, а при использовании двух шайб можно добиться наилучшего эффекта.

Изготовление и материалы для гровера

Производство таких пружинных шайб происходит строго по ГОСТу 6402−70. Для изготовления деталей используется несколько материалов:

• Сталь.
• Бронза.
• Цветные сплавы.

Обычно твёрдость металлических изделий находится в диапазоне 40—48 HRC. Если используется Ст 70, этот показатель может быть увеличен до 50 HRC. Твёрдость бронзового гровера должна быть выше 90 HRC. Детали считаются бракованными, если на поверхности обнаружены:

• Заусенцы.
• Окалина.
• Трещины.
• Коррозия.

Действующий стандарт допускает небольшие дефекты, расположенные на срезе, следы окалины, которую невозможно отделить. Они не оказывают никакого влияния на габариты детали, а также её прочностные характеристики.

Изделие не будет браковаться, если обнаружена небольшая трапециевидность сечения. В этом случае высота детали должна находиться в допустимых пределах. Готовую продукцию обязательно подвергают контрольным испытаниям. Гровер несколько раз сжимают, пока расходящиеся концы не образуют одну плоскую поверхность. Такое состояние выдерживается 24 часа. Высота разводов не должна превышать 1,65 толщины шайбы. Не допускаются сколы и трещины.

На производстве изготавливают несколько видов шайб, с размерами, указанными в ГОСТе. Они разбиты на группы:

• Обыкновенные.
• Тяжёлые.
• Особо тяжёлые.
• Лёгкие.

Основным материалом для производства гровера является пружинная сталь. Готовая деталь проходит термическую обработку, придающую ей высокую прочность и устойчивость к различным внешним воздействиям. Термообработка уменьшает также хрупкость детали. Для защиты деталей от коррозии их подвергают гальваническому цинкованию.

Изделие приобретает несколько оттенков:

• Белый.
• Голубой.
• Радужный.

Для создания антикоррозионного слоя применяют также жёлтое хромирование. Наружная поверхность шайбы насыщается хромом. Он защищает изделие от повышенного износа, а также увеличивает твёрдость изделия.

Куда ставить гроверную шайбу, под головку болта, или под гайку, почему, как правильно?

Работы я не заказываю и во всем разбираюсь сам, но тут не смог догадаться, что надо строить проекции. А ваша страница спала меня. Еще раз спасибо.

Александр, благодарю за отзыв и желание разобраться! Уроки по инженерной графике пишу основываясь на знаниях о том, что именно студенту непонятно, с чем он ко мне чаще всего приходит. А еще меня вдохновляют периодически попадающиеся методички по инженерной графике некоторых ВУЗов. Далеко не все из них ужасные, но порою они (методички) прямо кричат: «мы созданы для того чтоб студент не смог ничего сделать сам!» А самое интересное, что именно на этих кафедрах встречаются задания со сложностью выше средней. Удачи вам, пусть инженерная графика дается легко!

Здравствуйте) Простите,я тут не поняла, при вычерчивании дуг куда ставить иголку циркуля?)) Спасибо)

Эммм… Как вы неожиданно спросили

Стопорение болтовых соединений

Контрирование: самый простой и очевидный способ надёжно поджать гайку – навинтить сверху ещё одну! Вторая гайка (контргайка) будет надёжно прижимать первую, образуя с ней практически монолитную пару. Достоинством данного метода является простота монтажа (при использовании только стандартных изделий). А недостатками – повышенный (в пределе – двукратный) расход гаек, увеличении веса и габаритов крепежа.

Пружинная (в обиходе «гроверная») шайба – представляет собой разрезное упругое кольцо. При её поджатии гайкой создаётся натяг, а острые кромки шайбы врезаются в тело гайки и поверхность детали, предотвращая самораскручивание. Даже если под действием вибрации гайка страгивается со своей позиции, упругое разжатие гроверной шайбы снова создаёт натяг и соединение буквально стопорит само себя. Достоинство метода: простота и надёжность. Недостатки – необходимость в дополнительной сборочной единице (гроверной шайбе), возможные ошибки, забывчивость при монтаже, повреждение крепежа и поверхности детали острыми концами шайбы при затяжке.

Самоконтрящиеся гайки – своеобразный синтез предыдущих способов, когда гайка и гроверная шайба объединяются в единый узел. Самоконтрящиеся гайки имеют несколько вариантов реализации. Например, болт и гайка с переменным шагом резьбы – этим достигается натяг при завинчивании, препятствующий ослаблению соединения в эксплуатации. Другой вариант – наличие упругого (нейлонового или полимерного) кольца или лепестковой насечки в верхнем пояске гайки. После затягивания эти дополнительные элементы оказывают давление на резьбу и за счёт трения «не пускают» гайку отвинчиваться. Третий способ – соединение в единый узел гайки и плоской шайбы с рифлёной «пружинной» поверхностью. При затягивании такой гайки нижняя «шайбовая» часть деформируется, создавая натяг и не давая крепежу отворачиваться. Достоинства самоконтрящихся гаек любого типа – простота монтажа, отсутствие дополнительных стопорных элементов. Недостаток – усложнение конструкции/формы гайки по сравнению со стандартной.

Шплинтование – короткий отрезок сложенной вдвое проволоки (шплинт) пропускается сквозь отверстие в стержне болта и теле/короне гайки, а затем разжимается. Достоинства – едва ли не самый надёжный способ стопорения крепежа, наличие/отсутствие шплинта легко различить визуально, сравнительная простота монтажа. Недостатки – усложнение конструкции (отверстие в теле болта, «шипастая» корона у гайки), затруднение откручивания (шплинты чаще всего одноразовые).

Кернение, пайка, приварка, расклёпывание – позволяют создать условно-разъёмное соединение, когда наружные витки резьбы гайки точечно повреждаются. Это создаёт механическое препятствие движению по резьбе. Достоинство метода – надёжность стопорения. Недостатки: повреждение крепежа, сложности как при монтаже (потребность в сварочных работах, пайке или точных ударных воздействиях), так и демонтаже.

Нанесение лаков, красок, клея на резьбу – метод аналогичен предыдущему, но без механического повреждения резьбы. Чуть проще в плане монтажа (нанести клей, а не паять/заваривать!), но обладает меньшей несущей способностью в сравнении с кернением и аналогичными «механическими» методами повреждения резьбы.

Стопорные (клиновые) шайбы – состоят из двух «половинок», внутренние поверхности которых снабжены специальными клиновидными выступами (отсюда и название). Внешние края шайбы также имеют выступы (радиальную насечку) для лучшего сцепления с поверхностью детали и гайки. При затягивании крепежа половинки стопорной шайбы плотно, без зазора, прижимаются друг к другу – деформации шайбы не происходит. Однако при попытке гайки стронуться в обратную сторону (начать самопроизвольно откручиваться), внутренние клинья половинок шайб давят друг на друга и «распираются» вовне – против усилия затягивания. Поскольку угол клиньев больше, чем угол резьбы (это учтено при разработке шайбы), то под действием вибрации более вероятно, что гайка останется на месте (не ослабнет!), чем преодолеет суммарный «подъём» резьбы и клиньев шайбы. Даже при работе соединение в условиях сильной вибрации! Достоинства: лёгкость монтажа, практически стандартная толщина стопорной шайбы (отсутствие дополнительных элементов), возможность откручивания соединения без повреждений крепежа, многократное повторное использование шайб

Недостатки: требует внимательности при сборке (важно не перепутать установку половинок – клиньями друг к другу, насечкой вовне!).

Что же должна стопорить такая шайба?

Что мы можем делать, имея подобное стопорящее соединение? К основным конструктивным элементам этих шайб можно отнести наличие зубьев, лапок, насечек, а также разнообразие форм (гроверные, выгнутые, тарельчатые и волнистые). Материалом для изготовления служит специальная пружинная сталь. В отличие от плоских шайб стопорные обеспечивают достаточную площадь соприкосновения с резьбовыми поверхностями, что предотвращает развинчивание. По сути, любую шайбу, не являющуюся плоской, можно смело отнести к стопорным. Использование их предусматривается практически во всех соединениях.

Когда непосредственно стоит использовать стопорные шайбы? Это ситуации, при которых во время эксплуатации соединения есть вероятность воздействия больших внешних нагрузок, особенно вибрационных. Эти условия могут способствовать ослаблению или раскручиванию резьбового соединения, чего не допустит эта шайба. Также сюда можно отнести и ситуацию, когда они используются просто в качестве страховки для придания дополнительной прочности и большей надежности. Из этого выводится следующий итог: стопорные типы шайб можно и нужно использовать в любом соединении с резьбой, при условии, что такую возможность дают конструктивные условия изделия или прибора.