Стопорные шайбы:типы, руководство по размерам и практическое применение

Ослабление крепежа является постоянной проблемой во многих отраслях. Иногда используются такие решения, как простые шайбы, клей и фиксирующая проволока, но их эффективность может варьироваться и часто зависит от навыков установки. Стопорные шайбы предназначены для обеспечения более надежного и эффективного способа фиксации крепежных деталей, особенно в сборках, подверженных вибрации или переменным нагрузкам.

Стопорные шайбы выглядят просто, но они лежат в основе надежных болтовых соединений. При вибрации, ударах, тепловых циклах и осадках нагрузка на зажим обеспечивает прочность соединения. Практические испытания показывают, что многие распространенные решения, основанные на трении, могут потерять натяжение за считанные секунды, что приводит к необходимости повторной затяжки и риску простоя. Здесь мы организуем ключевые факты, демонстрации и примечания, основанные на стандартах, в единый практический справочник о том, что такое стопорные шайбы, как они работают, их типы, размеры и когда использовать разъемные/пружинные, клиновые и зубчатые конструкции.

1. Что такое стопорная шайба?

Стопорные шайбы — это специальные шайбы, предназначенные для предотвращения ослабления крепежных деталей, таких как болты и гайки, под воздействием вибрации или динамических нагрузок. Эти компоненты крепежа обычно устанавливаются между головкой болта или гайкой и соединяемой поверхностью, обеспечивая надежное и стабильное соединение.

Как работает стопорная шайба?

Принцип фиксации стопорной шайбы зависит от ее конструкции. Например, пружинные типы используют свою упругую деформацию для создания силы пружины при сжатии, что увеличивает трение и крутящий момент сопротивления между гайкой и болтом. Это трение и механическое взаимодействие помогают сохранить целостность сустава даже при нагрузке или вибрации.

Для чего нужна стопорная шайба?

Основная функция и назначение стопорной шайбы — поддерживать натяжение болтового соединения, предотвращая вращение или движение, которое может привести к ослаблению крепежа. Увеличивая трение или создавая механическую блокировку, стопорные шайбы помогают сохранять соединения плотными и надежными. В некоторых конструкциях, таких как клиновые стопорные шайбы, используется пара шайб, которые взаимодействуют, создавая эффект клина, дополнительно фиксируя сборку.

Куда уходит стопорная шайба?

Стопорная шайба обычно помещается под головку гайки или болта, непосредственно контактируя с поверхностью скрепляемой детали. Для повышения безопасности их также можно использовать в сочетании с плоскими шайбами.

Как использовать стопорную шайбу?

Чтобы использовать стопорную шайбу, наденьте ее на стержень болта после того, как вставите болт в заготовку. Наденьте гайку на болт и затяните ее. При приложении крутящего момента стопорная шайба деформируется или зацепляет свои фиксирующие элементы, увеличивая сопротивление ослаблению. На практике часто используется стопорная шайба с плоской шайбой, поскольку эта комбинация повышает эффективность защиты от ослабления и позволяет использовать более широкий диапазон условий сборки.

2. Типы и использование стопорной шайбы

Стопорные шайбы имеют различную форму для решения различных проблем с креплением. Каждый тип предлагает уникальный механизм и утилиту, обеспечивающую надежность крепежа при вибрации, ударах или частой регулировке. Ниже приведены три наиболее распространенных типа стопорных шайб, описанные с точки зрения их конструкции, принципа работы, функций и типичного применения.

Разъемная стопорная шайба (пружинная стопорная шайба)

Разъемная стопорная шайба, также часто называемая пружинной стопорной шайбой, представляет собой шайбу кольцеобразной формы с одинарным разрезом и спиральной скруткой. Конструкция обеспечивает эластичность и создает пружинящий эффект при сжатии. Доступны версии с высоким воротником, которые толще и обеспечивают более высокое давление.

Принцип работы (как это работает) :

Когда гайка или болт затягивается на разрезной стопорной шайбе, шайба сжимается и расплющивается, создавая усилие пружины. Эта сила увеличивает трение между крепежом и поверхностью сборки. Острые углы на разъеме могут врезаться в поверхности, что еще больше препятствует ослаблению гайки или болта. Стиральная машина поглощает часть энергии вибрации или ударов, снижая риск ослабления соединения.

Функция (как и когда ее использовать) :

Разъемные стопорные шайбы используются для фиксации крепежных деталей в узлах, которые подвергаются вибрации, умеренным ударам или требуют многократной сборки и разборки. Они обеспечивают предварительную нагрузку за счет упругой деформации, а их сила реакции увеличивает осевое натяжение между соединениями. Это дополнительное трение предотвращает ослабление крепежа при нормальных условиях вибрации. Они быстро устанавливаются и подходят для применений, где важна простота разборки.

Приложение (где его использовать) :

Эта шайба широко используется в машиностроении, ремонте автомобилей, бытовой техники и монтаже зданий. Он подходит для общего крепления, машин, которые необходимо часто собирать и разбирать, а также для временных структурных соединений. Однако их эффективность против расшатывания может снизиться в условиях высокой вибрации или высокой предварительной нагрузки.

Типы разъемных стопорных шайб

Стандартная пружинная разъемная стопорная шайба

Стандартные пружинные шайбы являются наиболее часто используемым типом шайб на рынке. В болтовой промышленности пружинные шайбы часто называют пружинными шайбами. Они широко используются как в несущих, так и в ненесущих конструкциях в общих механических изделиях. Они недороги, просты в установке и подходят для частой сборки и разборки.

Стопорная шайба седловой пружины

Седловидные пружинные шайбы представляют собой шайбы в форме подковы, которые в основном используются для предотвращения ослабления болтов. Они используют свою уникальную седловидную структуру для увеличения трения и предотвращения выпадения застежки. Как и другие волнистые пружинные шайбы и пружинные шайбы из нержавеющей стали, седельные пружинные шайбы обладают превосходными свойствами, препятствующими расшатыванию.

Стопорная шайба с волнистой пружиной

Волнистые пружинные шайбы представляют собой распространенный компонент механического уплотнения, обычно изготовленный из металла и имеющий волнообразную форму. Они обладают превосходной эластичностью и герметизирующими свойствами. Их упругая деформация позволяет им возвращаться к исходной форме и сохранять тесный контакт при воздействии силы, обеспечивая тем самым эффект уплотнения. Они подходят для различных статических и динамических уплотнений.

Клиновая стопорная шайба

Клиновая стопорная шайба состоит из двух шайб с клиновидными кулачками с одной стороны и радиальными зубцами с другой. Угол кулачка специально разработан так, чтобы он превышал шаг резьбы болта, обеспечивая расклинивающее действие.

Принцип работы (как это работает):

При установке парой под головку болта или гайки кулачки блокируются. Когда болт затягивается, клиновидные зубья создают постоянное натяжение, которое обеспечивает надежность крепления. Если происходит ослабление, кулачки толкают болт или гайку вверх, увеличивая натяжение и сохраняя нагрузку на зажим. Радиальные зубцы впиваются как в крепеж, так и в монтажную поверхность, обеспечивая дополнительный фиксирующий эффект. Эта система не зависит только от трения и остается эффективной даже при наличии смазки.

Функция (как и когда ее использовать) :

Клиновые стопорные шайбы используются для поддержания натяжения болтов и предотвращения их ослабления в условиях высокой вибрации или ударов. Они пригодны для многократного использования после разборки и обеспечивают стабильное усилие зажима даже после многократного затягивания и снятия. Для правильной установки необходимо, чтобы верхняя и нижняя шайбы были спарены и правильно выровнены.

Приложение (где его использовать):

Стопорные клиновые шайбы используются в ветроэнергетическом оборудовании, железнодорожном транспорте, тяжелом машиностроении и авиационно-космических агрегатах. Эти шайбы выбираются для соединений, которые должны выдерживать сильную вибрацию или где надежность имеет первостепенное значение, например, башни ветряных турбин, тележки железнодорожных транспортных средств и горнодобывающее оборудование.

Зубчатая стопорная шайба

Зубчатые стопорные шайбы представляют собой тонкие шайбы с зубчатыми или зубчатыми краями. Существует два основных типа:внутренние зубчатые шайбы с зубцами по внутренней окружности и внешние зубчатые шайбы с зубцами по внешней стороне. Они также могут иметь гофрированную или волнистую форму для дополнительной эластичности.

Принцип работы (как это работает):

Зазубренные зубья деформируются и вгрызаются в гайку или болт и сопрягаемую поверхность при затягивании крепежа. Это механическое зацепление увеличивает трение и удерживает застежку на месте. Шайбы с внутренними зубьями обычно используются под головки винтов меньшего размера, а версии с внешними зубьями - под головки болтов или гаек большего размера.

Функция (как и когда ее использовать) :

Зубчатые стопорные шайбы используются для предотвращения ослабления болтов и гаек под воздействием вибрации или ударов. Их структура позволяет им поглощать часть энергии вибрации, уменьшая склонность к расшатыванию. Они особенно эффективны для узлов, где требуется электрическое заземление или устойчивый механизм крепления.

Приложение (где его использовать):

Общие области применения включают автомобилестроение для соединений шасси, машиностроение для вибрационного оборудования, авиакосмическую промышленность для прецизионных сборок, а также строительство строительных лесов и соединений, требующих высокой предварительной нагрузки. Также их часто используют в электронике, где важен надежный контакт и надежное крепление.

Типы зубчатых стопорных шайб

Стопорная шайба с внутренним зубом

Стопорные шайбы с внутренними зубьями — это обычный крепеж, широко используемый в механическом оборудовании. Принцип их работы заключается в затягивании и фиксации деталей посредством внутренней зубчатой ​​конструкции. Принцип работы можно просто разделить на два этапа:блокировка и разблокировка. В нормальных условиях эксплуатации стопорные шайбы с внутренними зубьями сохраняют плотную посадку, предотвращая ослабление и проскальзывание резьбы, обеспечивая нормальную работу механического оборудования.

Шайба с внешним зубом

Стопорные шайбы с внешними зубьями обычно используются в соединениях механических компонентов. Их принцип работы аналогичен принципу стопорных шайб с внутренними зубьями:сила зацепления между кончиками зубьев и плоской поверхностью соединяемой детали в сочетании с небольшой эластичностью предотвращает ослабление резьбовых соединений. Стопорные шайбы с внешними зубьями обычно изготавливаются из высокопрочных материалов, таких как нержавеющая сталь, алюминиевый сплав или медный сплав, и обладают превосходными механическими свойствами и устойчивостью к коррозии.

Внутренняя зубчатая стопорная шайба

Стопорные шайбы с внутренними зубцами, как следует из названия, имеют внутренние зубцы и обычно используются для соединения крепежных деталей и других компонентов. Его специальная конструкция позволяет обеспечить более высокую силу фиксации, когда соединение подвергается вибрации или внешним силам. Стопорные шайбы с внутренними зубцами обычно изготавливаются из металла или эластомера и имеют несколько внутренних зубцов. Эти зубцы увеличивают трение между шайбой и соединением, обеспечивая дополнительное сопротивление и предотвращая ослабление крепежа.

Внешняя зубчатая стопорная шайба

Внешние зубчатые стопорные шайбы используются в качестве пружин на небольших компонентах. Их размеры аналогичны размерам крепежных винтов и саморезов, применяемых при объемной штамповке листового металла. Зубчатые шайбы в основном используются для предотвращения ослабления болтов. Они в основном используются для затяжки компонентов под головками болтов или гаек. Этот продукт соответствует стандартам ISO и представляет собой одинарную кольцевую шайбу со смещенными отверстиями.

3. Таблица размеров стопорной шайбы

Стопорные шайбы производятся в соответствии с несколькими стандартами, в широком диапазоне размеров и материалов, чтобы соответствовать различным диаметрам крепежа, эксплуатационным свойствам и требованиям применения. Выбор правильного размера важен для оптимальной производительности и посадки. В этом разделе приведены типичные размерные серии, чтобы вы могли подобрать шайбы к размерам болтов и выбрать профили толщины. Всегда проверяйте соответствие руководящим стандартам/спецификациям вашего проекта.  Ниже мы разберём стандартные размеры для каждого типа стопорных шайб:

Размеры разъемной/пружинной стопорной шайбы

• Номинальные размеры болтов:M3–M24 (метрические) и #4–1 дюймы.
• Основные параметры:
  • Внутренний диаметр (d):соответствует зазору главного диаметра винта.
  • Наружный диаметр (D):рассчитан на опорную поверхность.
  • Толщина (t):стандартный тип и тип с высоким воротником; высокий воротник толще и жестче.
• Примечание. Серия с «высоким воротником» имеет увеличенную толщину, чтобы оказывать большее давление и противостоять сплющиванию.

Таблица размеров метрических разъемных стопорных шайб (DIN 127B)

Номинальный размер Внутренний диаметр (A), мин Макс. внутренний диаметр (A) Макс. внешний диаметр (B) Ссылка на толщину сечения (T) Ссылка на ширину секции (Ш) М22.12.44.40.500.9М2.52.62.95.10.601М33.13.46.20.801.3М44.14.47.60.901 .5M55.15.49.21.201.8M66.16.511.81.602.5M88.18.514.823M1010.210.718.12. 23.5М1212.212.721.12.54М1616.217.027.43.55М2020.221.233.646М2424.525.5 4057М3030.531.748.268М3636.537.758.2610М4242.543.768.2712М484950.575712

Размеры разъемной стопорной шайбы (дюймы)

Номинальный размер шайбы Макс. внутренний диаметр (ID) Внутренний диаметр (ВД), мин Макс. внешний диаметр (НД) Наружный диаметр (НД), мин Мин. средняя толщина сечения Макс. ширина раздела #20.0940.0860.1720.0880.0200.035#30.1070.0990.1950.1010.0250.040#40.1200.1120.2090.1140.0250.040#50 .1330.1250.2360.1270.0310.047#60.1480.1380.2500.1410.0310.047#80.1740.1640.2930.1670.0400.055#100.2 000.1900.3340.1930.0470.062#120.2270.2160.3770.2200.0560.0701/40.2600.2500.4870.2520.0620.1095/160. 3220.3120.5830.3140.0780.1253/80.3850.3750.6800.3770.0940.1417/160.4500.4380.7760.4400.1090.1561/20 .5120.5000.8690.5020.1250.1719/160.5740.5620.9650.5640.1410.1885/80.6410.6251.0730.6280.1560.2033/4 0.7660.7501.2650.7530.1880.2347/80.8940.8751.4590.8780.2190.26611.0241.0001.6561.0030.2500.2971-1/8 1.1531.1251.8471.1290.2810.3281-1/41.2801.2502.0361.2540.3120.3591-3/81.4081.3752.2191.3790.3440.39 11-1/21.5341.5002.4191.5040.3750.4221-3/41.7891.7502.6791.7580.3890.42422.0392.0002.9362.0080.4220.

Размеры клиновой стопорной шайбы

• Номинальные размеры болтов:типичные семейства изделий M3–M72.
• Основные размеры (на пару):
  • Внутренний диаметр d:зазор между болтами.
  • Наружный диаметр D:площадь опорной поверхности соответствует размеру головки или гайки.
  • Толщина пары T:общая высота двух шайб.
• Примечания:Поставляются парами; выберите нержавеющую сталь или сталь в зависимости от окружающей среды. Угол кулачка спроектирован так, чтобы превышать угол шага резьбы.

Таблица размеров метрических разъемных стопорных шайб (DIN 25201)

Размер Внутренний диаметр (d) (мм) Внешний диаметр (D) (мм) Толщина (T) (мм) М33.47.01.8М3.53.97.61.8М44.47.61.8М55.49.01.8М66.510.81.8М88.713.52.5М1010.7 16.62.5М1213.019.52.5М1415.223.03.4М1617.025.43.4М1819.529.03.4М2021.430.73.4

Размеры зубчатой стопорной шайбы

• Внутренний зуб (например, DIN 6797, DIN 6798):
  • Диапазон технических характеристик:внутренний диаметр около 2–20 мм.
  • Геометрия зубьев:угол зубьев примерно 75–85°, соотношение высоты и шага зубьев примерно 1:2.
  • После термообработки:твердость обычно HRC 42–50 с целевым пределом упругости.
• Наружный зуб (например, DIN 6798 A):
  • Диапазон технических характеристик:стандартный диаметр 3–20 мм и соответствующие размеры в дюймах.
  • Материалы и отделка:углеродистая сталь, 65Mn, нержавеющая сталь 304/316; фосфатирование, цинк, дакромет, никель.
• Основные размеры (на пару):
  • мин: Минимальный внутренний диаметр.
  • Макс. D: Максимальный внешний диаметр
  • ы: Толщина
• Примечания. Выбирайте внутренние зубья для винтов с маленькой головкой или там, где внешняя поверхность должна быть гладкой; внешние зубы для более широкого захвата и прикуса.

Таблица размеров стопорной шайбы с метрическими зубьями (Тип A / DIN 6797)

Для метрических винтов d мин (мм) Макс. D (мм) с (мм) Нет. Зубы (мин) М1.61.73.60.36М22.24.50.36М2.52.75.50.46М2.62.85.50.46М33.26.00.46М3.53.77.00.56М44.3 8.00.58М55.19.00.58М55.39.00.68М66.410.00.78М77.412.50.88М88.212.50.88М88.414.00.88М10 10.518.00.99М1212.518.01.010М1213.020.51.010М1415.024.01.010М1617.026.01.212М1819.030. 01.412М2021.033.01.412М2223.036.01.514М2425.038.01.514М2728.044.01.614М3031.048.01.614

4. Стандарты и материалы стопорной шайбы

Стопорные шайбы производятся в соответствии со стандартами, определяющими их размеры, материалы и характеристики. Некоторые из общих стандартов включают в себя:

• ASME B18.21.1 :Охватывает стопорные шайбы с винтовой пружиной, зубчатые стопорные шайбы и плоские шайбы дюймовых серий с указанием их размеров и методов испытаний.
• ASME B18.21.2M :относится к метрическим стопорным шайбам.
• DIN 127A/B, DIN 128A, DIN 6797, DIN 6798A, DIN 7980 :Широко используемые европейские стандарты для пружинных и зубчатых стопорных шайб.

Стопорные шайбы обычно изготавливаются из:

• Углеродистая сталь.
• Пружинная сталь
• Нержавеющая сталь (серии A2, A4, 300 и 400)
• Фосфористая бронза.
• Силиконовая бронза.

Для повышения коррозионной стойкости можно применять обработку поверхности, такую как фосфатирование, цинкование и никелирование.

5. Разъемная/пружинная стопорная шайба, клиновая стопорная шайба и зубчатая стопорная шайба:в чем разница?

Выбор между разрезными, клиновыми и зубчатыми стопорными шайбами зависит от уровня вибрации, требуемого предварительного натяга и важности сборки. Вот сравнение:

Функция Разъемная/пружинная стопорная шайба Клиновая стопорная шайба Зубчатая стопорная шайба Механизм блокировкиЭластичный предварительный натяг с защемлением кромки; с помощью трения. Геометрия клина кулачка; запирается на угол больший шага резьбы; не зависит от трения; на смазку не влияет. Зубчатые зубы вгрызаются в поверхности; трение плюс механическое зацепление. Устойчивость к вибрацииБазовая защита от ослабления при общей вибрации; улучшенное ощущение после разъединения (не сразу после ослабления пальцами). Высокая и стабильная нагрузка на зажим после первоначальной стабилизации; отсутствие непреднамеренного вращения при повторных испытаниях; повторная затяжка не требуется. Подходит для легкой и умеренной вибрации; результаты могут различаться в случае буровых установок с очень низким крутящим моментом и высокой вибрацией. УстановкаОдна шайба; часто используется с плоской шайбой; Доступен высокий воротник. Всегда подобранная пара, кулачки обращены друг к другу; зубцы на сопрягаемых поверхностях. Внутренняя часть для маленьких головок/чистая снаружи; внешний для большего эффекта фланца; обеспечить контакт зубьев с сопрягаемой поверхностью. Многоразовое использование. Многократное использование может незначительно изменить поведение, но при небольших испытаниях остается работоспособным. Многоразовое использование, отпечатки кулачков указывают на правильную посадку. Многоразовое использование, но может деформироваться после циклов. Стоимость и сложностьНизкая стоимость; простойБолее высокая стоимость; превосходная фиксация при сильной вибрации; легко проверить. Стоимость от низкой до умеренной; легко наносится; чувствителен к поверхности.Области примененияОбщие машины, транспортные средстваТяжелая техника, ветряные турбиныАвтомобильная промышленность, электроника, листовой металл

6. Разрезная/пружина, клин или зубчатая стопорная шайба:какой самый надежный способ закрепить болт?

Сравнительные испытания и практический опыт показывают, что клиновые стопорные шайбы являются наиболее надежным решением для фиксации болтов, особенно в средах с повышенной вибрацией или требованиями безопасности. Их клиновой эффект сохраняет стабильную нагрузку зажима и более эффективно противостоит ослаблению, чем пружинные или зубчатые конструкции. Разъемные стопорные шайбы подходят для умеренной вибрации и узлов, которые часто разбираются. Зубчатые стопорные шайбы хорошо выдерживают умеренные нагрузки, особенно там, где необходим электрический контакт или дополнительный захват.

Когда требуется максимальная безопасность, например, в ветроэнергетике, железнодорожном транспорте или аэрокосмической отрасли, лучшим выбором являются клиновые стопорные шайбы. Для общего крепления разрезные и зубчатые стопорные шайбы обеспечивают практичность и экономичность.