Стопорі́ння різьбових з'єднань — фіксація або запобігання мимовільному послабленню різьбового з'єднання. Це технічний термін, який описує будь який із способів утримати гайку, болт чи інший різьбовий елемент від самовільного відгвинчування в умовах вібрацій, ударів або перемінного навантаження.
Якщо сила попереднього натягу (крутного моменту), величина сили тертя і співвідношення міцності гвинта та різьбового елемента відповідають типу навантаження, що виникає, гвинтове з'єднання є самоблозаблокованим щодо самовільного відгвинчування. Різьбові з'єднання здатні ослаблятися через коливання (вібрації), змінні навантаження поперечними та поздовжніми силами, а також крутними моментами, в результаті корозії, повзучості чи усадки матеріалів. Усе це обумовлює зменшення сили попереднього натягу як основного чинника надійності кріпильного різьбового з'єднання.
Принципи стопоріння Всі нарізні кріпильні деталі машин повинні бути надійно застопорені від самовідгвинчування. Недотримання цього правила призводить до найсерйозніших наслідків; відомі випадки, коли самовідгвинчування усередині механізму гайки або болта викликали важкі аварії та виводили з ладу дорогі агрегати.
Розрізняють два основних принципи стопоріння. Позитивне (жорстке) стопоріння полягає в тому, що деталь, яка підлягає стопорінню з'єднується з іншою жорстким зв'язком — стопором так, що відгвинчування застопореної деталі неможливе без зрізання, руйнування або деформації стопора. До цього способу належить стопоріння шплінтами, відгинними шайбами або пластинками, зв'язувальним дротом тощо.
До позитивного можна віднести і глухе стопоріння, яке застосовують у випадках, коли гайку на болті встановлюють назавжди. Існують різні способи глухого стопоріння: повне або часткове зварювання (паяння) гайки і болта, розкернювання, розклепування або розвальцьовування, обтиснення подовженого «коміра» гайки, розклинення кінця болта конічним штифтом тощо.
Інший спосіб полягає у створенні підвищеного тертя між стопоримою і стопорною деталями; цей спосіб називають фрикційним стопорінням. До нього належить стопоріння контргайками, пружними підкладним шайбами (шайбами Гровера), самостопорними гайками тощо. Фрикційне стопоріння не таке надійне, як позитивне; завжди існує небезпека зменшення сили тертя і, як наслідок, ослаблення з'єднання. З цієї причини в усіх відповідальних з'єднаннях та в з'єднаннях, що знаходяться усередині машини, застосовують лише позитивне стопоріння (переважно шплінтом). Менш відповідальні з'єднання, ослаблення яких не може спричинити аварії машини, а також зовнішні (доступні для спостереження) з'єднання допускається стопорити фрикційним способом. Однак у цьому випадку необхідний періодичний контроль з підтягуванням ослаблих з'єднань.
Різновидом фрикційного стопоріння є пружне стопоріння, яке полягає в тому, що у з'єднання вводять пружний елемент для постійного підтримування натягу в системі. Чим більшою є піддатливість системи, тим надійнішим є фрикційне стопоріння: сила тертя між стопоримою і стопорною деталями буде підтримуватися навіть за появи деяких залишкових деформацій, вібрації, пульсацій навантаження тощо. При стопорінні контргайками система майже не має пружної податливості, при стопорінні шайбами Гровера (пружинними шайбами) володіє невеликим запасом пружності.
Існують і змішані способи стопоріння, в яких поєднуються принципи позитивного і фрикційного стопоріння. Такий, наприклад, випадок зубчастих шайб. Тут стопоріння здійснюється частково підвищеним тертям в різьбі внаслідок пружної деформації шайби при затягуванні і частково створенням жорсткого зв'язку між гайками і корпусом в результаті врізання зубів шайби в торець гайки та опорну поверхню корпусу.
Схеми стопоріння Гайку можна стопорити на болт і на корпус чи деталь, що кріпиться. Розрізняють такі випадки схем стопоріння: 1. Гайка утримується за різьбу болта. При цьому способі між нитками різьби гайки і болта тими чи іншими прийомами створюють підвищене тертя, що збільшує зчеплення між гайкою та болтом. До даного способу відносять, наприклад, стопоріння за рахунок натягу в поєднанні, контргайками, пружними підкладним шайбами, самостопорними пружними гайками тощо. 2. Гайка утримується за тіло болта. При цьому способі застосовують стопор, який одночасно входить в отвори або виїмки в тілі болта і гайки. До даного способу належить стопоріння шплінтами, шайбами з відгинними лапками тощо. Цей спосіб стопоріння зазвичай реалізується за принципом позитивного стопоріння. 3. Гайка утримується за корпус. При цьому способі створюють жорсткий або пружний зв'язок між гайкою і деталлю (корпусом), що кріпиться, або встановленими на ній елементами. До даного способу відносять, наприклад, стопоріння гайок пелюстковими шайбами з відгином пелюсток на гайку і на корпус, стопоріння незалежно закріпленими пластинами з вирізами під гайку, в'язку гайок дротом тощо. При цьому способі обов'язковою є одночасна фіксація болта від провертання відносно корпусу; інакше можливе самовільне вигвинчування болта з гайки. Для болтів і шпильок застосовні всі можливі способи стопоріння: фрикційного, позитивного з фіксацією гайки на тіло болта або шпильки, позитивного з фіксацією гайки на корпус. Для вкрутних у тіло деталі болтів можливим є фрикційне і позитивне стопоріння болта на корпус.
У всіх випадках доцільно збільшувати пружну піддатливість болта. Це підвищує надійність стопоріння, сприяючи збереженню постійного натягу в з'єднанні. З'єднання з короткими жорсткими болтами швидко слабшають в експлуатації, оскільки залишкові деформації, що неминуче виникають з часом у різьбі і на опорних поверхнях, є співмірними з пружним подовженням болта, досягнутим при затягуванні; підтримувати постійний натяг у з'єднаннях такого типу неможливо, особливо в умовах коливань, вібрацій чи пульсації навантаження. Не допомагає в даному випадку і позитивне стопоріння, шплінти лише запобігають втраті болта або гайки, з'єднання ж з плином часу все одно слабшає й робиться непрацездатним.
У тих випадках, коли застосування коротких жорстких болтів продиктовано необхідністю (наприклад, випадок кріплення відокремлених листових елементів рам, облицювань тощо), доводиться вдаватися до періодичного огляду і підтяжки ослаблих з'єднань (регулярна підтяжка всіх болтових з'єднань шасі з корпусом автомобіля). Шплінтування гайок у даному випадку не застосовують, тому що воно лише ускладнює підтягування. Раціональне рішення завдання полягає у збільшенні податливості системи. Довгі тонкі пружні болти можуть утримувати гайку від самовідгвинчування; шплінтування у даному випадку є додатковим заходом забезпечення надійності.
Застосування довгих болтів, проте, далеко не завжди можливе через габаритні умови; в цих випадках вдаються до встановлення спеціальних пружних елементів. Аналогічний результат дає і підвищення пружності деталей, що скріпляються. Подібні конструкції, зрозуміло, можуть бути застосовані лише у разі якщо деталі виготовлені з міцного матеріалу з високим модулем пружності. З метою виключення перезатяжки з'єднання вводять обмежувачі. Величина затягування вданому випадку визначається розміром зазору, обраного при затягуванні.
Гайки, що працюють під постійним натягом сильних пружин є застопореними за фрикційним принципом. Однак при роботі в умовах вібрацій або під динамічним навантаженням доцільно додатково стопорити гайку ще й іншим способом.
Основні конструктивні варіанти виконання стопоріння Стопоріння контргайками
Стопоріння контргайками застосовують відносно рідко внаслідок недостатньої надійності такої реалізації стопоріння. Цьому способу властивий і інший недолік: при затягуванні контргайка, витягуючи болт, бере на себе все навантаження, у той час як основна гайка розвантажується. Це змушує іноді застосовувати зворотну схему: контргайку розташовують під основною гайкою, що забезпечує сприятливіший розподіл сил. Іноді контргайку роблять однієї висоти з основною гайкою.
Контргайки незамінні у тих випадках, коли потрібна безступінчаста фіксація положення гайки на болті, особливо при значному переміщенні гайки уздовж болта. Часто застосовують стопоріння контргайками у вузлах регулювання осьового натягу підшипників кочення.
Стопоріння шплінтом
Стопоріння шплінтомDIN 94 (ISO 1234; ГОСТ 397-79 (шплінтування) гайок — надійний і дуже поширений спосіб стопоріння, що застосовується в найбільш відповідальних вузлах.
У сучасних конструкціях у верхній частині гайки роблять пази (зазвичай шість — за кількістю граней гайки) з глибиною, істотно більшою від діаметра d шплінта — такі гайки ще називають «корончастими». Шплінти, виконані з дроту напівкруглого перетину, вводять в один з пазів гайки і в поперечний отвір у верхній, ненавантаженій, частині болта; кінці шплінта відгинають.
Застосовують два способи встановлення шплінтів. При першому способі шплінти встановлюють площиною кільця (вушка) паралельно до осі болта; кінці шплінта відгинають: один на грань гайки, другий на торець болта. При другому способі шплінти встановлюють площиною кільця перпендикулярно до осі болта; кінці шплінта відгинають на межі гайки (на рисунку праворуч).
Перший спосіб застосовують частіше, тому що він забезпечує зручність монтажу і компактність конструкції. Проте другий спосіб розширює межі шплінтованості.
Гайки з шістьма пазами допускають можливість стопоріння через кожні 60° повороту гайки. При кроці різьби ~ 1,5 мм це відповідає розтягуванню болта на 0,25 мм; регулювання сили затягування, як видно, виходить дещо грубим.
Для зменшення дискретності фіксації в болті іноді свердлять два взаємно перпендикулярних отвори. У цьому випадку гайка може бути застопорена через кожні 30° повороту. Максимально можливе осьове переміщення гайки уздовж болта між крайніми положеннями стопоріння становить t = h-d (де h — глибина паза; d — діаметр шплінта). Для збільшення меж шплінтованості отвори зміщують відносно один одного на величину s = h—d (не більше). Цей спосіб застосовують при довгих болтах, розтягування яких при закручуванні гайки може досягати значної величини (0,5 мм і більше). Іноді застосовують спосіб шплінтування, при якому паз виконують на кінці болта, а отвір — в гайці.
Шплінти виготовляють з м'якої сталі і після одноразового використання замінюють новими. На практиці застосовують і постійні пружні шплінти з загартованої сталі. Кінці пружних шплінтів оснащують зубчиками, які надійно фіксують шплінт після його встановлення.
Стопоріння шайбами Шайби з лапками
Поширеним способом позитивного стопоріння є стопоріння шайбами з лапками, що відгинаютьсяДСТУ ГОСТ 13463:2008 Шайбы стопорные с лапкой. Конструкция и размеры (ГОСТ 13463-77, IDT)DIN 463 Tab Washers with Long and Short Tap at Right Angles. Шайби з лапками виготовляють з м'якої листової сталі. При установці шайби під гайку одну з лапок фіксують на скріплюваній деталі (найчастіше відгином на відповідний уступ кріпильного фланця), іншу відгинають на грань гайки. Виходить жорсткий зв'язок між гайкою і деталлю, що закріплюється (стопоріння на корпус).
Крім відгинання на фланець, практикують й інші способи фіксації шайби на скріплюваній деталі, користуючись для цього будь-якими відповідними елементами деталі, що знаходяться поблизу гайки. Іноді фіксуючі елементи доводиться створювати штучно: лапку заправляють у спеціально пророблений поблизу гайки отвір, або надягають її на спеціально призначений для цієї мети штифт, або фіксують сусіднім болтом.
Фіксація стопорними шайбами застосовна для вкрутних болтів і для гайок, що накручуються на шпильки. При стопорінні гайок, що накручуються на болти, необхідна одночасна фіксація головки болта від провертання. При стопорінні лише гайки болт може викрутитися із застопореної гайки. Фіксація стопорної шайби на корпусі має бути надійною і жорсткою.