Шайба-гровер: разновидности пружинной гроверной шайбы. Область использования и преимущества конструкции перед аналогами
Самой массовой деталью абсолютного большинства сборно-разборных конструкций — машин, станков, приборов, механизмов, космических аппаратов и сооружений, дорожно-строительной и сельскохозяйственной техники, являются крепежные детали.
Самая массовая среди них — шайба, потому что она применяется почти с каждым винтом, болтом и шпилькой, входящими в состав конструкции.
Согласно ГОСТ 27017-86 (Термины и определения крепежных изделий) шайбой (нем. Scheibe, англ. Washer и фр. Rondelle) называется крепежная деталь с центральным отверстием, помещаемая под головку болта (винта) или под гайку. Среди большого разнообразия конструктивных решений шайб есть и специфические, предотвращающие самопроизвольное отвинчивание болтов и винтов — шайба-гровер.
Содержание
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:
В модификациях Н, Т, ОТ для каждого номинального диаметра шайбы поперечное сечение увеличивается, соответственно увеличивается и жесткость пружиной шайбы.
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:
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.
Рекомендации по выбору шайб-гровера
При выборе следует учесть, что:
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:
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.
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:
Остальные требуют доработки болтов, гибки лепестков, установки на краску или клей, др.
Для чего нужна гроверная шайба
Гроверные шайбы используют в строительной и машиностроительной промышленности. Элементы предохраняют гайки различных видов от свинчивания с резьбового стержня. Пружинная шайба гровер представляет собой металлическую прокладку особой формы под гайку или головку болта. Сила прижима зависит от диаметра кольца и высоты.
Описание крепежного материала
Металлическую прокладку ставят, чтобы гайка или болт не раскручивались при работе стыка в условиях вибрации. Иногда для усиления прижимной способности используют сразу два стальных кольца. По виду прокладка напоминает виток пружины.
Действие пружинной шайбы:
Фактической высотой детали считают размер в наивысшей точке. Технологическое стопорение обеспечивается благодаря пружинной детали. Упругий элемент поддерживает натяжение в системе крепления.
Результаты исследований предельной динамической нагрузкой показывают:
Деталь производят в двух видах: форма А и В. Первая модель отличается острыми концами, отогнутыми наружу. Вариант В производят с гладкой плоскостью сечения (притупленные кромки). Гроверы имеют диаметры: М6, М8, М10, М12, М16, М20, М24, М27, М30, М36, М42, М48, М52.
Конструкция и принцип работы
Изготавливается шайба гроверная в соответствии с нормативами ГОСТ 64.02 – 1970.
Механизм действия обусловлен эффектом пружины и своеобразной формой:
Если в соединении участвует левосторонняя нарезка витков, гроверы становятся неэффективными. Результативность снижается и в случае твердых поверхностей деталей.
Материалы изготовления
Гроверные шайбы изготавливают из определенных видов металла, способных обеспечить требуемые технические характеристики изделия. Шайбы производят с покрытием или без него, условия защиты поверхности приведены в нормативно-технических документах на выпуск продукции.
Материал для производства:
Легированные сплавы включают железо, углерод в разных количествах, помимо этого вводят кремний, никель, хром, другие компоненты. Изделия из такого металла становятся прочными, повышается термостойкость, сопротивление химическому воздействию.
Сфера применения
Шайба Гровера используется, если нужно обезопасить резьбовое соединение от расшатывания, разбалтывания, самостоятельного откручивания.
Разновидности и критерии выбора
Гроверы выпускают в двух вариантах: простой и сложный. Первый отличается разными диаметрами и высотой пружины, но отклонения витков всегда под одинаковым углом к центральной линии. Сложные детали используют для нагруженных соединений, отличаются конструкцией.
Выпускают четыре версии гроверных шайб с поперечным сечением в форме квадрата:
Есть еще легкая версия, у нее поперечное сечение выполнено в виде прямоугольника, она обозначается буквой Л. Отличаются модели несущей способностью и силой деформации, при которой прокладка деформируется.
При выборе учитывают толщину вставки, размер промежутка между разрезанными торцами. Подбирают прокладку по диаметру шпильки, винта, болта по внешней резьбе. Важно и качество покрытия, точность обработки. Не допускаются трещины, участки коррозии, окалины. Такие эффекты разрешаются только на местах разреза.
Установка шайбы Гровера
Пружину помещают между шестигранной или другой гайкой и элементом механизма. Гровер не используют самостоятельно – только вместе с гайками.
Порядок установки:
Такое соединения относится к разборному типу, поэтому шайбу можно менять много раз при техническом обслуживании агрегата. Технические характеристики и свойства прокладки меняются со временем.
Чем можно заменить
Гроверную шайбу можно успешно заменить другими конструкциями:
Вариантов стопора много, поэтому всегда есть выбор по техническим свойствам, прочности и условиям применения.
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.
Гравёрная шайба
Что такое граверная шайба, для чего нужна? Это пружинная неплоская шайба, которая предотвращает раскручивание резьбовых соединений. В конце 19-го века с развитием промышленности стало появляться много механизмов различного назначения с подвижными частями. Как следствие, возникала вибрация, и резьбовые соединения постепенно раскручивались, это было серьёзной проблемой. Тогда и появилось крепёжное изделие, названное граверной или гроверной шайбой по фамилии её изобретателя — Джона Гровера. Граверная шайба (ГОСТ 6402), как правило, изготавливается из пружинной стали, алюминия, реже — бронзы, иногда производится жёлтое хромирование, которое повышает твёрдость и износостойкость изделия.
Шайба имеет вид кольца с небольшим поперечным разрезом, выполненным под углом в 70 градусов.
Принцип действия граверной шайбы
Когда производится затягивание резьбового соединения, края граверной шайбы, расположенной между гайкой и подсоединяемой деталью, плотно прижимаются к месту соединения и при вибрациях не дают ему развинтиться. Это обеспечивается за счёт того, что торцы изделия расположены в разных плоскостях, шайба как бы «впивается» в металл с резьбой. Для увеличения прижимного эффекта в ряде случаев используют две шайбы, прижатые друг к другу.
Имеется ограничение применения этого изделия. Его можно использовать только в механизмах с правосторонней резьбой. По размеру граверная шайба должна точно подходить к соединяемым гайке и деталью с наружной резьбой.
Разновидности гроверных шайб
Описав, что такое граверная шайба, необходимо перечислить варианты её исполнения. Поперечное сечение может быть квадратным или прямоугольным. Существуют шайбы с загнутыми наружу краями. Их изготавливать труднее, но такая конструкция может выдерживать более высокие нагрузки, применяться в тяжёлой промышленности.
Гравёрная шайба по ГОСТ 6402 может быть одним из четырёх видов — лёгкой, нормальной, тяжёлой или особо тяжёлой. Основные их отличия связаны с разными размерами поперечного сечения изделия. Чем этот размер больше, тем выше значение силы, которая требуется для упругой деформации гроверной шайбы. Согласно этому же ГОСТ, твёрдость шайб из стали должна находиться в диапазоне от 40 до 48 HRC, а изделий из бронзы — 90 HRB или выше.
Выбирая гроверные шайбы, необходимо учитывать следующие параметры:
2. Размер зазора между между торцевыми поверхностями. Он должен быть не больше толщины шайбы, умноженной на 0,7;
3. Диаметр болта, винта, шпильки или другой детали с наружной резьбой, на которую будет крепиться шайба.
Преимущества и недостатки
1. Возможность получения крепкого резьбового соединения, устойчивого к вибрациям;
2. Высокая прочность и износоустойчивость шайб;
3. Небольшие масса и размер;
4. Очень низкая цена даже по сравнению с другими крепёжными элементами;
5. Простота использования;
6. Устойчивость к воздействию влаги благодаря наличию антикоррозионного (как правило, оцинкованного) покрытия;
7. Универсальность применения.
Недостатков у этого изделия немного. Основные из них следующие:
1. Если на граверную шайбу имеются очень высокие нагрузки, со временем она становится плоской и натяжная сила существенно уменьшается;
2. Вторичное применение практически невозможно из-за наличия остаточной деформации;
3. Если применять болты или винты из мягких металлов, края шайбы могут повредить резьбу.
Применение граверной шайбы
Пружинные граверные шайбы широко применяются в автомобильной отрасли, машино — и приборостроении, в различных производственных сферах, во время проведения строительных работ. Они практически незаменимы в ситуациях, когда узлы, детали и механизмы испытывают постоянную и сильную вибрацию, ударное воздействие. Амортизирую это воздействие, шайба значительно повышает срок службы оборудования, предотвращает поломку важных его узлов из-за раскручивания резьбовых соединений. Так как именно эти зоны испытывают наибольшие нагрузки и являются одними из самых важных при работе агрегатов, применение пружинных шайб позволяет предотвратить дорогостоящий ремонт и сэкономить денежные средства, вложенные в дорогостоящее оборудование.