Что сделать чтобы не раскручивались болты
Почему гайки и болты могут самопроизвольно откручиваться
Время прочтения статьи: 20 минут
Резьбовые соединения — самый распространенный тип сопряжения деталей и элементов конструкций в строительстве, машиностроении и других отраслях, в коммунальном хозяйстве, в быту. При помощи болтов, шпилек, гаек обеспечивается надежное соединение, способное выдерживать значительные нагрузки. Преимуществом также можно назвать простой монтаж и возможность многократной сборки-разборки соединительного узла.
Однако у этого способа соединения есть и свои недостатки. Одной из характерных проблем можно назвать явление самоослабления, при котором гайка откручивается сама, без внешнего воздействия. Это приводит к уменьшению усилия затяжки, что может стать причиной повреждения или разрушения конструкции.
Особенности крепления гаек и болтов
Чтобы определить причины, почему откручивается гайка в составе болтового соединения, а также последствия самоослабления, нужно понимать особенности его конструкции. Для выполнения крепежного узла всегда используется болт, диаметр стержня которого меньше диаметра монтажного отверстия. Поэтому между поверхностью стержня и стенкой отверстия остается небольшой зазор.
Неподвижность крепежа и надежность соединения достигается за счет предварительной нагрузки, которая создается при затягивании гайки. Если усилие затяжки ослабевает, снижается и предварительная нагрузка. В результате крепеж перестает выполнять свою функцию и не обеспечивает надежной фиксации. Воздействия внешних усилий при этом могут вызывать разрушение конструкции. Последствия такого явления зависят от сферы использования резьбовых соединений. В некоторых случаях эти последствия могут быть катастрофическими.
Почему постоянно откручивается гайка?
Причины самоослабления резьбовых соединений активно изучались со второй половины 19 века. Наиболее значимым стало исследование Герхарда Юнкера, опубликованное в 1969 году. Немецкий инженер пришел и убедительно доказал, что гайки постоянно откручиваются в результате действия вибрационных нагрузок, которые вызывают поперечные микроперемещения сопрягаемых деталей.
При таких поперечных нагрузках на витки резьбы болта и гайки действует усилие, которое стремится перемещать их друг относительно друга. Когда величина этого усилия превышает силу трения, которая создается преднагрузкой затянутого болта, происходит смещение витков резьбы.
Многократные поперечные смещения соединяемых деталей могут привести к тому, что гайка откручивается полностью.
Тест на самопроизвольное ослабление узла крепления
Для проведения исследований воздействия вибрационной нагрузки на резьбовое соединение Юнкером был разработан специальный вибростенд. Конструкция стенда обеспечивает передачу резьбовому соединению циклического поперечного смещения, которое создается скользящей частью установки на игольчатых роликоподшипниках.
Внутри соединения расположен датчик нагрузки. Он обеспечивает постоянный контроль нагрузки, действующей на болт. Стенд позволяет определить при каком значении нагрузки происходит процесс самооткручивания. Испытания не только наглядно демонстрируют, почему откручиваются гайки, но и позволяет получить данные для последующей обработки. По этим данным строятся графики затухания преднагрузки. Это дает возможность оценить уровень сопротивления определенного типа резьбового соединения самоослаблению.
Разжимание
Еще одной причиной, почему откручивается гайка, становится явление «разжимания». Это невращательное ослабление, при котором снижение преднагрузки происходить без относительного перемещения между наружной и внутренней резьбой. При разжимании резьбового соединения не происходит движения крепежа.
Распространенным вариантом разжимания является впрессовывание, которое связано с возникновением местной локальной деформации в области узла соединения. Деформация происходит на поверхностях стыка, под поверхностью гайки, в резьбе. Такие деформации вызваны наличием микронеровностей поверхности металла. В результате фактическая поверхность контакта оказывается существенно меньше видимой поверхности. Поэтому нагрузка в зоне контакта может превышать предел текучести металла, что и вызывает его деформацию. 
В большинстве случаев самопроизвольное ослабление гайки на резьбовом соединении связано с комбинированным действием разжиманием и самооткручивания. Вначале в результате разжимания происходит потеря преднагрузки. Когда она снижается меньше критического значения, под действием вибрационных нагрузок гайка начинает раскручиваться.
Как сделать чтобы гайка не откручивалась
Существует несколько способов, как сделать, чтобы гайка не откручивалась. В частности, применяют следующие методы:
Использование этих методов дает возможность значительно повысить надежность резьбового соединения.
Как зафиксировать болт от раскручивания
Наверняка многих любителей сделать или починить что-нибудь в автомобиле своими руками ни раз интересовал вопрос касательно того, как зафиксировать болт в том или ином механизме, чтобы он либо не раскручивался вовсе, либо раскручивался, но сделать это было бы в разы сложнее. В этой статье будут рассмотрены наиболее эффективные способы зафиксировать болт и как можно дольше не позволять ему раскручиваться.
Использование фиксаторов болтов
Процесс фиксации болта в определенных случаях крайне важен, про него ни в коем случае нельзя забывать. Поэтому давайте рассмотрим несколько способов их фиксации и научимся правильно их закреплять не только с помощью гайки, но и в отверстиях с уже готовой резьбой. Мы рассмотрим, конечно же, не полное руководство по фиксации болтов, возможно, не все существующие способы, однако каждый из них крайне эффективен и по-своему хорош.
Шплинт
Шплинт – это металлический стержень, имеющий специальное ушко на месте сгиба. Такие шплинты устанавливаются в специальных отверстиях, сделанных в стержне болта. Когда болт закручен до упора, шплинт продевается через отверстие и его свободные концы разводятся в стороны, надежно фиксируя крепление.
Такой тип фиксации в автомобиле применяется, например, для крепления соединений в конструкции ступицы. Принцип, схожий с фиксацией болта шплинтом, используется в стопорных шайбах, которые оснащаются лепестком, который загнут под углом 90°, и прижимает одну из граней болта.
Использование контргайки
Закрепление производится с применением обычного гаечного ключа либо головкой соответствующего размера. Главным предназначением такой контргайки является фиксация еще одной стандартной гайки и препятствование ее самопроизвольному раскручиванию. После затягивания основной гайки, контргайка размещается за ней. Она также благополучно затягивается с помощью того же ключа, что и первая. В более сложных случаях, когда наблюдается постоянный высокий уровень вибрации, не исключается вариант, что даже такая конструкция может расшататься. Это, надо отметить, происходит нередко, особенно, если применяются две стандартные гайки. Однако, не стоит забывать о том, что в любое время можно приобрести в нашем интернет-магазине специальные контргайки, которые предназначаются как раз для механизмов, работающих в условиях повышенной вибрации.
Резьбовой фиксатор
Стоит отметить, что для дополнительного закрепления болта в отверстии или теле гайки можно воспользоваться фиксатором резьбы. Это средство может иметь разную степень густоты и наносится на резьбу как самого болта, так и отверстия, в котором он будет зафиксирован. Принцип ее действия крайне прост: состав заполняет бороздки на металле, выполняя функцию клея. Всё, что вам нужно сделать – смазать резьбу в месте, где будет производиться фиксация. После этого нужно всего лишь закрутить болт, затянуть его и немного подождать, дав конструкции подсохнуть. Впоследствии клеевой состав затвердеет, и это, в свою очередь, надежно застрахует болт от выкручивания. Использование резьбового фиксатора, между прочим, – один из наиболее распространенных методов закрепления болтов. Многие производители уже на заводах покрывают болты фиксатором резьбы. К примеру болты FORD часто покрываются синим фиксатором резьбы, болты подвески, стоек амортизатора и так далее. Там, где нагрузки выше обычного, применяются фиксаторы резьбы красного цвета – например на суппортах и других узлах тормозной системы. Это не удивительно, ведь метод зарекомендовал себя как действительно эффективный. Существует множество разновидностей фиксаторов резьбы, поэтому необходимо заранее удостовериться в том, что выбранная марка вам подойдет. Некоторые варианты отличаются крайне высокой прочностью, и открутить их без использования дополнительного инструментария просто не получится. Самый распространенный вариант – «Loctite». При помощи него можно без труда и лишних временных затрат зафиксировать гайку.
Пружинные шайбы
Еще один, но уже менее распространенный способ – использование пружинных шайб. Делаются они из пружинной стали, а главным их предназначением является создание дополнительного давления нагрузки на закрученный болт. Эта самая нагрузка способствует предотвращению самопроизвольного выкручивания болта из отверстия. Пружинная шайба, как правило, используется в паре с обычной, однако это случается не всегда, все зависит от деталей. Этот метод крайне надежен, однако в условиях повышенной вибрации, опять же, есть вероятность, что механизм разболтается. Поэтому важно понимать, что это – не самый лучший вариант, применяемый в механизмах и узлах, которые постоянно подвержены действию вибрации.
Гроверы (стопорные шайбы пружинного типа)
Такие приспособления, как правило, используются, чтобы предотвратить регулярное самопроизвольное откручивание болтов, однако они также не могут считаться идеальными. Их главным недостатком является то, что при слишком сильной затяжке выступы сминаются, и в итоге гровер превращается в обычную шайбу. После той деформации гроверы становятся практически бесполезными.
Однако они не так плохи, как вы успели подумать: в некоторых случаях они довольно эффективны и отличаются своей низкой стоимостью. Для примера, такие шайбы часто применяют для крепления большинства механизмов стиральных машин. Всё, что вам нужно сделать – накинуть гровер на болт, если болт фиксируется не в самой детали, то наживить гайку и закрутить до упора.
Шайбы Nord-Lock
Главной уникальностью таких приспособлений является их оснащение специальными «зубчиками» на лицевой стороне. Такие шайбы, по задумке, устанавливаются попарно. Вы накидываете такую комбинированную шайбу на болт и просто его затягиваете. После окончательной затяжки шляпка болта надежно фиксируется на корпусе детали. Болты, зафиксированные с помощью такого простого механизма хорошо выдерживают вибрацию. Вероятность того, что механизм разболтается – крайне невелика. Это самый лучший вариант из всех представленных.
Радикальное решение
Во избежание самопроизвольного выкручивания болта за неимением более цивилизованных решений, описанных выше, в некоторых отдельных случаях применяется его закрепление с помощью прихватывания шляпки сваркой. Либо намеренным расплющиванием края ножки после фиксации. Но такой болт во время демонтажа детали в будущем придется пилить ножовкой или болгаркой.
Закрутить и забыть
Резьбовые соединения используются и в конструкции пластиковых детских игрушек и при возведении мостов. Единственное сходство такого крепежа заключается в том, что его можно монтировать и демонтировать при необходимости. Для удержания резьбового крепежа бывает достаточно силы приложенной в момент затяжки, но гораздо правильнее, с точки зрения безопасности, заблокировать резьбовое соединение в ответственных частях конструкции. Например, клапанная крышка двигателя автомобиля должна быть надежно закреплена во время движения, в то же время обязана быть съемной, так как компоненты двигателя необходимо обслуживать. При постоянной вибрации, или механическом воздействии резьбовому соединению нужна защита от самораскручивания. Рассмотрим методы надежной фиксации резьбовых соединений.
Виды резьбовых соединений
Болты с гайками — самый распространенный вид резьбового крепежа. Используется практические везде, от автомобилей, до радио антенн на крышах высоток. Встречаются так часто, что сложно найти конструкции без них.
Винты и отверстия с резьбой. В этом соединении винт устанавливается в предварительно высверленное отверстие с нарезанной резьбой.
Винты по конструкции похожи на болты, но различие кроется в применении: болты используют чтобы соединить детали насквозь, для фиксации на болт накручивается гайка, а винты вкручивают в соединяемые детали, в заранее подготовленную резьбу.
На фото винты с головкой под внутренний шестигранник, которые соединяют алюминиевые компоненты. Такие винты используются вместо болтов для облегчения веса конструкции и для упрощенного монтажа — чтобы зафиксировать детали достаточно доступа с одной стороны.
Как надежно зафиксировать резьбовое соединение
Методы делятся на: механические приспособления и специальные составы, предотвращающие ослабление соединения. Ниже приведены самые распространенные механические приспособления, которые используют для предотвращения ослабления резьбового крепежа.
Стопорная пружинная шайба или гровер — представляет собой один виток пружины, который подкладывается под гайку при закручивании. Создает распорное усилие на гайку, благодаря этому противостоит её ослаблению и раскручиванию в условиях вибрации.
Стопорная шайба с внутренними зубцами. Зубцы придают стопорной шайбе эффект пружины и предотвращают ослабление крепежа если конструкция подвергается деформации или вибрации. Используется при болтовом соединении, так же сочетается с винтами, шпильками и штифтами. Задействуют соединения с подобным стопорным механизмом при сборке мебели и постройке деревянных сооружений, домов.
Стопорная шайба с наружными зубцами — применяются для фиксации электрических проводов. При использовании болтов или винтов в электрических цепях используется контактная шайба с наружными зубцами. Благодаря своей форме, шайба с наружными зубцами увеличивает площадь контакта в месте соединения, а эффект пружины добавляет надежности фиксации. Такие шайбы изготавливают из нержавеющей стали или подвергают дополнительной оцинковке.
Стопорная шайба Nord-Lock — состоит из двух одинаковых стопорных шайб, с радиальными ребрами на одной стороне и клиновыми поверхностями на другой. Радиальные ребра оказывают силовое воздействие на поверхность соединения прикрепляемой детали. Клиновые поверхности увеличивают усилие затяжки. Применяются в условиях сильной вибрации и при значительных динамических нагрузках.
Гайка с зубчатым фланцем, по сути это гайка со встроенной зубчатой шайбой, имеет такие же свойства, что и зубчатая гайка — создает пружинящий эффект и увеличивает площадь контакта, предотвращая самораскручивание, но сокращает количество элементов конструкции.
Гайка самоконтрящаяся с нейлоновым кольцом. За счет нейлоновой вставки происходит торможение хода завинчивания и гасятся механические колебания, защищая резьбовое соединение от ослабления.
Стопорение проволокой — используется в аэрокосмической отрасли, оборонной промышленности и автоспорте, там, где открутившийся элемент попав в другие движимые части конструкции, нанесет непоправимый вред. Метод фиксации трудоемкий и весьма сложный в освоении — установка стальной проволоки в отверстие в винте или гайке и жесткая фиксация этой проволоки к другой детали. Используется и для совместной фиксации двух деталей, как на фото. Самое сложное при установке стопорящей проволоки правильно сориентироваться в направлении движения резьбы, и выбрать верное направление вязки, иначе установка подобного фиксатора бесполезна.
Корончатая гайка выглядит как обыкновенная шестигранная гайка с одной стороны, но с другой стороны у нее по контуру расположен ряд зубьев в форме короны, отсюда и название. Количество прорезей от 6 до 8, в зависимости от диаметра. Металлический шплинт продевается через резьбу и фиксируется между зубьями корончатой гайки, тем самым надежно блокирует резьбовое соединение от самопроизвольного раскручивания.
Такой метод используется для фиксации ступицы колеса автомобиля.
Адгезив — вещество, способное соединять материалы путём поверхностного сцепления.
Часто для фиксации резьбы используется специальный состав или клей. Сам фиксирующий состав не в состоянии удерживать детали, но запросто может предотвратить раскручивание гайки либо болта.
К примеру, в нефтедобывающей промышленности, где на механизмы и конструкции действует постоянная вибрация используют сочетания пружинных шайб и фиксирующих составов.
Чтобы фиксирующий состав выполнял свое прямое назначение, он должен полимеризоваться — перейти из жидкого состояния в твердое. Компоненты состава вступают в реакцию с кислородом и отвердевают, но сложность в том, что рабочая поверхность внутри витков резьбы герметична, к ней нет доступа кислорода. Чтобы обойти эту проблему в химических фиксаторах резьбы состав вступает в реакцию с металлом и отвердевает при отсутствии кислорода. В итоге, между внутренней и внешней резьбой образуется пластиковый полимер, который обладает высокой адгезией. Для демонтажа крепежных элементов, зафиксированных подобным образом, придется приложить существенное усилие.
Составы бывают жидкие и пастообразные. Выбор зависит от типа соединения: для крепежа малого диаметра применяется жидкий фиксатор, он равномерно распределяется по поверхности; для крепежа больших диаметров используют пастообразные средства, так как они хорошо удерживаются на большой площади нанесения.
Что выбрать
Пружинные и зубчатые шайбы — используют в условиях небольшой вибрации и не интенсивных динамических нагрузках на конструкцию, имеют минимальную стоимость.
Шайбы типа Nord-Lock — применяются там где к резьбовому соединению предъявляются повышенные требования по безопасности: в тяжелой промышленности и машиностроении. Они противостоят высокой вибрации и способны удерживать крепеж при высоких нагрузках. Значительно технологичнее остальных видов шайб, и как следствие, дороже.
Гайки с фланцами и контрящим кольцом — способны выдержать воздействие вибрации чуть выше чем пружинные и зубчатые шайбы, но сокращают количество деталей конструкции. Стоимость их, также не велика.
Стопорение проволокой — дорогостоящий и очень трудоемкий способ фиксации резьбы. Если вы не строите гоночный болид или летательный аппарат, использование такого способа будет неоправданным.
Корончатая гайка — применяется там, где ослабление и самораскручивание крепежа может вызвать критическую ситуацию, отлично противостоит высоким нагрузками и вибрации, стоит дороже пружинных гаек или шайб, так как конструкция сложнее и в ней взаимодействуют несколько элементов.
Фиксирующие составы — в зависимости от типа могут противостоять низким и высоким вибрационным нагрузкам, стоимость их так же может существенно варьироваться.
Прикипел болт: шесть вариантов сдвинуть его с мертвой точки
Шесть способов открутить упрямый болт
Сколько было сказано про закисшие, неподатливые болты, сколько нервов было на них потрачено – не сосчитать! Иногда в откручивании упрямого болта или гайки помогал крепкий ключ и не менее крепкие выражения. Но когда силы иссякают, а словарный запас профессионального автослесаря подходит к концу, нужно прибегать к смекалке, она не подведет, если знать, что и как делать.
Смотрите также: Что сложнее: закрутить или открутить болт и почему?
Давайте пробежимся по шестерке самых действенных способов открутить болт, если обычный ключ уже не помогает. От простого к сложному. Поехали!
Но прежде немного юмора, исключительно по теме, из сериала «Теория большого взрыва»
МЕТОД № 1: дрель
Как это работает: можно использовать вместо шуруповерта, если последний не справляется с задачей. Скажем, ему просто не хватает мощности. Дрель явно будет помощнее. Зажимаем нужный бит в держатели сверла и, хорошенько надавив на инструмент, дабы контакт был максимальным, чтобы не слизать шлицы, нажимаем на заветную кнопку.
Почему это не сработало: плюс такого способа – удобство. Минус – мощности может не хватить, чтобы сорвать ржавчину с витков болта или гайки.
МЕТОД № 2: трещотка
Как это работает: крутящий момент инструмента зависит от длины рычага, к которому применяется усилие. Качественный (и дорогой) инструмент может иметь телескопическую ручку, которая поможет усилить момент и решить задачу.
Почему это не сработало: в особо сложных случаях можно легко свернуть головку болта. Этому может быть несколько причин:
1. Приложили слишком много усилий
2. Некачественный бит из Китая
3. Некачественный болт (слишком мягкий металл)
Как утверждают мастера, если «слизало» грани головки болта, можно попробовать усадить торцевой ключ при помощи молотка и довернуть упрямое крепежное изделие. Однако мы бы не стали так делать, ведь таким способом вы можете привести в негодность инструмент. Или окончательно уничтожить болт…
МЕТОД № 3: ножовка
Как это работает: если головка болта пришла в негодность, есть очень призрачный шанс, что вам еще удастся справиться более-менее подручными средствами. Можно ножовкой вырезать шлиц на головке болта и попробовать свернуть его отверткой. Отвертка должна быть с крупной ручкой для максимально возможного крутящего момента.
Почему это не сработало: шанс, что этот вариант поможет, – процентов 20. В остальных 80% случаев болт окончательно будет сорван. Ах, да, еще вариант подходит не для всех типов болтов. Если головка входит заподлицо с поверхностью, у вас ничего не получится.
МЕТОД № 4: нагрев (опасный метод!)
Как это работает: в принципе, головка (где больше металла) и стержень болта (где меньше металла) термически расширяются и охлаждаются с разной скоростью, что может стать подспорьем в откручивании. Кроме того, если болты были прикручены с использованием средства Loctite (синий фиксатор резьбовых соединений), жар от нагрева более 550 градусов растопит его и поможет сдвинуть дело с мертвой точки.
Почему это не сработало: вы можете спалить машину! Без шуток – можете! Лучше так не делать, просто отметили, что такой способ существует, но оставьте его для профессионалов.
МЕТОД № 5: ударный инструмент
Как это работает: ударная дрель выглядит как дрель обыкновенная, но она способна не только откручивать болты, но и работать в качестве ударного инструмента. В нашем случае ударное действие может ослабить коррозию, попавшую между витками краску и т. д.
Почему это не сработало: этот метод был подслушан на одном гаражном форуме. Минус состоит в том, что шляпкам болтов во время ударных нагрузок может не поздоровиться и они придут в негодность. Обычно именно так и бывает.
МЕТОД № 6: устройство для извлечения сорванных болтов
Как это работает: экстрактор для выкручивания сломанных болтов – последний бастион на пути к победе. Штуковина полезная и действенная, если знать, как ей пользоваться. Есть разные типы экстракторов и различные технологии их применения. Пример: Экстрактор для выкручивания сломанных болтов
Почему это не сработало: нужны навыки.
Что делать, если испробовали все? Ехать в автосервис или вызывать мастера в гараж. Да, придется переплатить, но что тут поделаешь, если ситуация нестандартная. Опытный механик сможет вам помочь, например, таким способом (второй вариант в материале):