Шайба-гровер: разновидности пружинной гроверной шайбы. Область использования и преимущества конструкции перед аналогами

Время прочтения статьи: 20 минут

Автор статьи:

Болтовые соединения получили широкое применение в строительстве, машиностроении, приборостроении, многих других отраслях. Их распространение связано с возможностью крепления большинства деталей и конструктивных элементов, простотой сборки и разборки, широкой доступностью инструмента для монтажа, унификацией и взаимозаменяемостью крепежа, другими плюсами.

Резьбовые соединения позволяют выполнять надежное крепление, рассчитанное на значительные статические нагрузки. Однако они отличаются недостаточной стойкостью к вибрационному воздействию и к знакопеременным нагрузкам. Они вызывают постепенное уменьшение усилия затяжки. В результате наблюдается самоотвинчивание крепежных элементов. Это может приводить к серьезным последствиям, включая разрушение конструкций, выход из строя механизмов, аварии.

Для предотвращения самоотвинчивания в состав болтовых соединений включаются дополнительные специальные элементы — самоконтрящиеся гайки и стопорные шайбы. Детали второго типа используются чаще всего. Для монтажа надежных соединений необходимо знать, какие разновидности стопорных шайб бывают, и в каких случаях они применяются.

Шайба пружинная (шайба гровера). Описание и назначение

В соответствии с ГОСТ 27017-86 (Определения крепежа) шайбой пружинной (нем. Federring, англ. Spring washer, фр. Rondelle elastigue) называется разрезное плоское кольцо с расположенными в разных плоскостях концами — выглядит как один виток пружины.

Отсюда и название. Согласно этому стандарту аббревиатура «Шайба Гровера» считается недопустимой в конструкторской документации (КД) и других официальных документах.

Шайба-гровер была изобретена во второй половине Х1Х века английским инженером Дж. Гровером.

Это изделие самостоятельно не используется, оно относится к категории вспомогательных деталей. Ее назначение — предотвращение самостоятельного отвинчивания крепежа за счет использования таких конструктивных элементов шайбы, как лапки, зубья и носки.

Конструкция и технические требования

Шайба пружинная изготавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 6402-70.

Конструктивно деталь выглядит как кольцо из проволоки квадратного сечения (s), разрезанное в одном месте под углом 70 градусов к плоскости шайбы. Ширина разреза равна 0,75 s. Концы разреза разведены в разные стороны до размера h, зависящего от вида исполнения.

Предусматривается 2 исполнения, отличающихся размером h. В первом исполнении размер h равен 2s, во втором — 2s+2k, где k есть высота заострения кромки. Исполнение 2 — более сложное в изготовлении, но выдерживает более высокие нагрузки.

Выпускается 4 типа:

1. Н — нормальные, с поперечным сечением в виде квадрата;
2. Т — тяжелые с квадратным поперечным сечением;
3. ОТ — особо тяжелые, с поперечным сечением в виде квадрата;
4. Л — легкие, с прямоугольным сечением.

В модификациях Н, Т, ОТ для каждого номинального диаметра шайбы поперечное сечение увеличивается, соответственно увеличивается и жесткость пружиной шайбы.

• Изготавливаются шайбы из проволоки квадратного сечения из сталей 65Г, 70 и 30Х13. Для «легких» сечение проволоки прямоугольное.
• После придания гроверу необходимой формы и размеров, деталь подвергается термической обработке для обеспечения необходимой твердости HRCэ 40 .. 49.
• Для увеличения коррозионной стойкости детали подвергаются воронению (Хим. окс), цинкованию, никелированию, хромированию.
• Все размеры шайб пружинных указаны в таблице.

Таблицу размеров шайбы-гровера из ГОСТ 6402 можно посмотреть (https://docs.cntd.ru/document/1200004378).

Зарубежные аналоги шайб-гровера ГОСТ 6402

Из признанных во всем мире стандартов на шайбы гровера можно отметить:

• Гроверы DIN 127. Изделия с прямоугольными сечениями. Изготавливаются 2 формы — А (срезы заостренны) и В (срезы ровные). Твердость от 44 до 51 HRCэ. Размеры от М2 до М100;
• Гроверы DIN 128А(В), 137А(В), 432;
• Гроверы DIN7980. Имеют квадратное поперечное сечение. Твердость 44 — 51 HRCэ. Рассчитаны на ВИНТЫ для соединений высокой прочности.

Сравнительную таблицу соответствия ГОСТ, DIN, ISO можно посмотреть (https://getpocket.com/read/3347360666).

Как работает шайба гровер

Устанавливается гровер под гайку или под головку болта (винта). Принцип работы гровера основан на том, что при вращении гайки (по часовой стрелке) острые кромки разреза не препятствуют полному сжатию шайбы.

В результате в витках резьбы создается упругий натяг, который создает дополнительное гарантированное трение между витками, препятствующее самопроизвольному отвинчиванию крепежа.

Кроме того, самопроизвольному отвинчиванию (вращению против часовой стрелке) препятствуют врезающиеся в основной материал острые кромки разреза шайбы пружинной.

Принцип действия шайбы 6402

Шайбы участвуют в резьбовом соединении. Их размещают между гайкой и головкой болта. Гибкости изделия достаточно, чтобы под действием силы, возникающей от момента кручения гайки, принимать практически плоский вид. Разрушающей деформации при этом не происходит.

Особенностью данной шайбы являются зазубрины или зазоры. При установке они не препятствуют монтажу гайки, накинутой сверху.

Кромка зазора, которая образовывается между опорной поверхностью шайбы и плоскостью среза, должна быть острой.

Под внешними воздействиями гайка стремится провернуться в обратном направлении — это способствует ослаблению резьбового соединения. Зазор пружинной шайбы упирается в металл опорной поверхности гайки и не позволяет ей развинчиваться, или стопорит ее движение.

Рекомендации по выбору шайб-гровера

При выборе следует учесть, что:

• Проходной диаметр и направление навивки витка шайбы должны соответствовать диаметру и направлению резьбы болта. Обычно это правого исполнения (по часовой стрелке). На рынке можно встретить шайбы для крепежа левой резьбы;
• Тип шайбы (Н, Т, ОТ или Л) должен соответствовать предполагаемым нагрузкам на крепеж;
• Выбрав тип гровера выбрать тарированный ключ (отвертку) с тарированным моментом закручивания, соответствующим типу шайбы;
• Толщина и вид гальванического покрытия должны удовлетворять условиям эксплуатации механизма. Если таковых нет, заранее выбрать вид дополнительного покрытия (консистентная смазка, краска, клей).

Чем можно заменить

Гайка самостопорящаяся
Гроверную шайбу можно успешно заменить другими конструкциями:

• самостопорящиеся гайки — в крепеже стоит круговая пластина из пластика, которая при нагрузке сминается, и не дает раскручиваться гайке;
• шайба тарельчатого типа также подходит для замены, стоит недорого;
• коронную гайку используют, когда нужно отверстие для шплинта;
• зубчатый фланец имеет насечки для плотного стыкования с гайками.

Вариантов стопора много, поэтому всегда есть выбор по техническим свойствам, прочности и условиям применения.

Перспектива использования шайб-гровера

Лет 20 назад немецкие, а за ними американские и британские исследователи пришли к выводу, что во многих современных механизмах и строениях с повышенными вибрационными и динамическими воздействиями традиционные шайбы гровера не обеспечивают достаточной защиты крепежа от самопроизвольного отвинчивания.

Объясняется это тем, что:

• После окончательного заворачивания гаек и болтов гровер превращается в простую шайбу, которая дает лишь незначительный натяг в витках резьбы, только чуть-чуть увеличивающий силу трения;
• Эффект от «вгрызания» торцев разреза в основной материал, особенно если он не твердый, при раскручивании незначителен;
• Значительная остаточная деформация шайбы гровера после разборки соединения не позволяет ее повторное использование.

В результате применение шайб гровера в ответственных механизмах и сооружениях запрещено.

Убедиться в выполнении этих рекомендаций можно, посмотрев современные образцы европейской техники — там гровера нет.

Вместо них рекомендовано использовать другие пружинные шайбы, специальные гайки, другие способы контровки.

Монтаж и демонтаж стопорной шайбы

Фиксирующая шайба часто монтируется механическим методом. Для этого используются плунжер и центрированная по торцу вала конусная пробочка. Стопорное кольцо можно фиксировать вручную отверткой. Если узел имеет резьбу, шайба помещается между местом вкручивания и метизной головкой. Это создает силу трения, предотвращающую раскручивание соединения. У плоской шайбы ее значение будет ниже, хотя способ ее монтажа в целом тот же. Возможна и автоматическая установка стопорного крепежа с использованием прессов и пневмоцилиндров.

Сила трения обеспечивает соединению надежность, но при снятии она становится проблемой. Чем тяжелее поддерживаемое изделие, тем труднее выполнить демонтаж. При большой нагрузке нужны молоток и зубило, при слабой можно справиться и пинцетом. Требуется сместить шайбу и поймать момент хотя бы незначительного спадания усилия. Тогда нужно попытаться открутить фиксатор тонким уплощенным инструментом, вставив его в нужное место.

Возможные замены шайбы-гровера

Их много. Но большинство из них требует механической доработки самих крепежных деталей с использованием дополнительных элементов (штифтов, шплинтов, проволоки и т. д.) или принудительной деформации элементов специальных шайб.

Из средств, использующих пружинящие свойства самих деталей, применяются:

• Пружина тарельчатая ГОСТ 3057-90. Изготавливаются из листового проката сталей типа 60С2, 51ХФА. Европейский аналог — DIN 2093.

Подразделяются:

• По виду нагружения — на циклические, статические-циклические, по виду кромок (4 типа), по точности деформации (3 группы) ;
• Шайба гровера с рисунком (насечками) на плоскостях;
• Шайба стопорная. Изготавливается в соответствии с требованиями ГОС 10462-81 — на внутреннем отверстием выполнено много лепестков-зубчиков развернутых. Последние врезаются в материал и мешают раскручиванию;
• Самоконтрящаяся гайка. Во внутреннем отверстии буртика встроена резиновая или пластиковая вставка, которая и гасит вибрационные колебания и препятствует самораскручиваню крепежа. Это очень эффективный, технологичный метод, но дорогой;

Остальные требуют доработки болтов, гибки лепестков, установки на краску или клей, др.

Разновидности изделий

Существует несколько разновидностей фиксаторов, различающихся своей конструкцией и назначением. К наиболее распространенным типам относятся:

• Разрезная гроверная шайба, концы которой имеют разноплоскостный выход. Упругая деформация в области фиксации предотвращает развинчивание. Изделия отличаются прочностью, легко монтируются. Они используются в машиностроении, при сборке приборов. Есть несколько видов таких деталей: легкие, обычные, тяжелые и очень тяжелые. При выборе учитываются сечение резьбового элемента и зазор между торцами. Варианты с антикоррозийным покрытием хорошо переносят попадание влаги. При большой нагрузке изделие может со временем приобрести уплощенную форму. Если болт или винт сделан из мягкого металла, резьба при применении такой детали может деформироваться.
• Крепежи с наружными зубцами, используемые для подкладки под головки болтов или гаек. Их делают из углеродистой или нержавеющей стали. Зубцы улучшают пружинящий эффект и увеличивают соединение. Благодаря этому такие детали считаются одними из самых надежных. Ими фиксируют проводку к системам механизмов в автомобильной промышленности. Можно встретить и изделия с внутренними зубцами.
• Тарельчатые шайбы применяют в машиностроении в соединениях, для которых важна устойчивость к большим силовым нагрузкам при деформирующих воздействиях или температурных колебаниях. Они делаются из разных сплавов и могут иметь наклонные или параллельные кромки. Оба типа шайб могут снабжаться опорными плоскостями. Часто их монтируют в шарикоподшипники, тормоза, подъемные механизмы.

  

• Насечные и рифленые шайбы разного диаметра с цинк-ламельным антикоррозионным покрытием применяются для конструирования приборов и станков и в ряде других областей. Их используют и при возведении жилых домов. Многие такие крепежи могут использоваться повторно. Рифления и насечки могут иметь сложную многоступенчатую конфигурацию.
• Лапчатые шайбы имеют одновременно внутренние и внешние выступы. Последние загибаются в пазы гаек шлицев. Поскольку на поверхности имеются отверстия специально под лапки, сдвиг фиксатора исключен.
• Клиновые шайбы используются в условиях эксплуатации, сопряженных с вибрацией и динамической нагрузки. Они делаются из специальной стали повышенной прочности, устойчивой к средовым воздействиям, и могут иметь разную ширину. Иногда изделия имеют напыление, защищающее от коррозии.

Заводы практикуют изготовление крепежей под заказ в соответствии с особенностями конкретного объекта. Один из примеров — шайбы со специальными углублениями те или иные детали.

Валера

Голос строительного гуру

Задать вопрос

При покупке изделий нужно обращать внимание на их поверхность: на ней не должно быть вмятин, трещин, ржавчины. Наличие подобных дефектов ухудшает эксплуатационные качества изделия. Размеры крепежей подбираются под узел соединения. Внутренний диаметр у шайб может варьироваться от 2,2 до 25 мм, наружный – от 0,5 до 3,6 см, резьбовой – от 0,2 до 2,4 см.

Фото шайбы-гровер