Пружинные шайбы (Гровер): размеры

Пружинные шайбы Гровер — это разрезные кольцевые элементы пружинной стали, устанавливаемые под гайку или головку болта для предохранения резьбового соединения от самоотвинчивания. Размеры и технические условия в России и СНГ устанавливает межгосударственный ГОСТ 6402-70 «Шайбы пружинные. Технические условия» (с Изменениями №2 и №3), действующий с 1972 года, полностью соответствующий СТ СЭВ 2665-80 и распространяющийся на шайбы для болтов, винтов и шпилек с диаметром резьбы от 2 до 48 мм. Таблица размеров пружинных шайб Гровер по ГОСТ 6402 приведена в начале статьи в разбивке по четырём типам — нормальные, лёгкие, тяжёлые, особо тяжёлые. Ниже разобраны конструкция, материалы, условное обозначение и особенности применения.

Назначение и принцип действия пружинной шайбы

Пружинная шайба — это незамкнутое кольцо из проволоки прямоугольного или квадратного сечения с разведёнными концами в разных плоскостях. При затяжке гайки или болта концы шайбы упираются: один — в опорную поверхность детали, другой — в нижнюю плоскость гайки (или головки болта). При сжатии шайба пружинит, создавая дополнительное осевое усилие в стыке резьбы и фрикционное сцепление между торцами шайбы и контактирующими деталями.

Этот механизм решает две задачи: создание начального натяга, компенсирующего возможную осадку соединения, и сопротивление обратному вращению гайки за счёт зацепления острых кромок развёрнутых концов с поверхностью детали.

Пружинная шайба Гровер удерживает резьбовое соединение от самоотвинчивания при умеренных вибрационных нагрузках за счёт упругой силы и зацепления острых кромок с опорными поверхностями.

Конструкция и геометрия

Конструктивная схема и параметры приведены на чертеже ГОСТ 6402-70. Основные размеры:

• d — номинальный диаметр резьбы крепёжной детали, мм. Это название колонки в таблицах; сам ряд диаметров согласован с резьбовым крепежом по основным метрическим стандартам.
• d₁ — внутренний диаметр шайбы. По ГОСТ 6402-70 он на десятые доли миллиметра больше номинального диаметра резьбы (обеспечивает зазор для свободной посадки на стержень) и нормируется только в большую сторону.
• s — толщина шайбы (высота сечения). У типов Н, Т, ОТ s равно ширине b (квадратное сечение).
• b — ширина сечения шайбы (радиальная ширина кольца).
• k — высота, на которую развёрнуты концы шайбы в свободном состоянии (для шайб типов Л и Н; ограничение «не более»).
• h₁, h₂ — высоты развода концов после трёхкратного сжатия (контролируемые параметры пружинящих свойств).

В таблице 1 ГОСТа также указаны предельные отклонения для каждого размера. По ним внутренний диаметр шайбы выполняется с положительным допуском (это позволяет шайбе свободно надеваться на стержень болта); толщина s и ширина b — с двухсторонним симметричным допуском, причём абсолютная величина допуска возрастает с увеличением номинального размера.

Исполнения по концам шайбы

Стандарт предусматривает два исполнения:

1. Исполнение 1 — концы шайбы имеют плоский (ровный) срез, образующий с опорной поверхностью острую кромку. Это базовое исполнение, наиболее распространённое.
2. Исполнение 2 — концы со скошенным срезом. Применяется для шайб, работающих в стыках, где требуется иная геометрия зацепления.

Типы пружинных шайб по ГОСТ 6402-70

ГОСТ 6402-70 классифицирует четыре типа шайб (таблица 1):

Нормальные (Н)

Сечение квадратное (b = s). Это базовый тип; в условном обозначении буква «Н» не указывается — её отсутствие как раз и означает шайбу нормального типа. Размеры приведены в таблице 2. Нормальная шайба покрывает массовые задачи стопорения резьбы в общем машиностроении, монтажных работах, при сборке металлоконструкций.

Лёгкие (Л)

Единственный тип с прямоугольным сечением (b больше s). Размеры — в таблице 3. По сравнению с нормальной шайбой того же диаметра у лёгкой меньше толщина при той же или большей ширине: соответственно меньше упругая сила в сжатом состоянии и меньше масса. Применяется в соединениях с относительно небольшими нагрузками и в задачах с массовыми ограничениями (приборостроение, точная механика).

Тяжёлые (Т)

Сечение квадратное, толщина больше, чем у нормальной. Размеры — в таблице 4. Создаёт большую упругую силу: применяется в соединениях с повышенной вибрационной нагрузкой и там, где требуется больший запас по самоотвинчиванию.

Особо тяжёлые (ОТ)

Сечение квадратное, наибольшая толщина из всех типов. Размеры — в таблице 4. Изготавливаются только для диаметров резьбы от М10 до М36 — для шайб малого и крупного диаметра тип ОТ не нормируется. Применяются в наиболее ответственных соединениях со значительной вибрацией и переменными нагрузками.

При высоких вибрационных, переменных и ударных нагрузках, а также в ответственных конструкциях стопорения одной пружинной шайбой обычно недостаточно — применяют контргайки, шплинты, специальные стопорные элементы или комплексные системы стопорения по проекту. Пружинная шайба остаётся базовым средством стопорения для умеренных эксплуатационных условий и решений общего машиностроения.

Материалы и термическая обработка

По п. 2.1 ГОСТ 6402-70 пружинные шайбы изготавливают из проволоки по ГОСТ 11850-72 «Проволока стальная для пружинных шайб. Технические условия» из сталей следующих марок:

Стальные шайбы имеют твёрдость 41,5-49,5 HRC_э (HRC 40-48), что обеспечивает упругое поведение материала и достаточный ресурс при многократном сжатии без потери пружинящих свойств. Метод измерения твёрдости установлен ГОСТ 9013-59 «Металлы. Метод измерения твёрдости по Роквеллу». Шайбы малых диаметров (от М2 до М5) на твёрдость не контролируются.

Для защиты от коррозии стальные шайбы выпускаются с покрытиями: цинковым, кадмиевым, никелевым, медным, оксидным, фосфатным; обозначения покрытий — по ГОСТ 9.306-85; технические требования — по ГОСТ 9.301-86. Шайбы с покрытием, нанесённым методом катодного восстановления (электролитический способ), подвергаются обезводораживанию для исключения водородного охрупчивания.

Условное обозначение пружинной шайбы

Условное обозначение по ГОСТ 6402-70 строится по шаблону: «Шайба [исполнение] [d][тип] [материал] [код покрытия] ГОСТ 6402-70». Исполнение 1 в обозначении не указывается; буква типа «Н» (нормальная) также опускается.

Расшифровка элементов: цифра перед типом — номинальный диаметр резьбы крепежа, мм; буква типа — Л, Т или ОТ (для нормальных не указывается); марка стали — по ГОСТ 11850-72 (для стальных) или ГОСТ 18175-78 (для бронзовых); трёхзначный код покрытия — по ГОСТ 9.306-85.

Соответствие с DIN 127 и СТ СЭВ 2665-80

На внешних рынках пружинные шайбы массово применяются по немецкому стандарту DIN 127 «Federringe» — пружинные кольца изогнутого и плоского профиля. Полного тождества с ГОСТ 6402-70 он не имеет, но базовые исполнения сопоставимы:

• DIN 127 Form B — с плоскими (ровными) концами; геометрически близок к исполнению 1 по ГОСТ 6402-70.
• DIN 127 Form A — со скошенными концами; геометрически близок к исполнению 2.

Диапазон диаметров резьбы у DIN 127 шире (от М2 до М100), у ГОСТ 6402-70 — от М2 до М48. Конкретные значения толщины, наружного диаметра и ширины сечения у изделий по DIN 127 и ГОСТ 6402-70 могут несколько различаться — при подборе подмены необходимо сверять размеры по обоим документам.

Сам ГОСТ 6402-70 полностью соответствует СТ СЭВ 2665-80 «Шайбы пружинные» — стандарту бывшего Совета Экономической Взаимопомощи, по которому в своё время гармонизировались крепёжные изделия стран-участниц.

Применение и ограничения

Пружинные шайбы по ГОСТ 6402-70 применяются в резьбовых соединениях общего назначения для предотвращения самоотвинчивания при умеренных нагрузках. Основные сферы — общее машиностроение, металлоконструкции, монтаж оборудования, станкостроение, приборостроение, ремонтные работы.

Когда пружинной шайбы достаточно

• Соединения с постоянной или слабо переменной нагрузкой.
• Невысокий уровень вибрации (стационарное оборудование, конструкции под относительно спокойную работу).
• Низкие требования к классу ответственности соединения.
• Болтовые группы массовой сборки, где важна простота и экономичность стопорения.

Когда пружинной шайбы недостаточно

• Сильные вибрационные и ударные нагрузки — пружинная шайба со временем теряет упругость, концы могут «затупиться» и зацепление ослабнет.
• Ответственные соединения, в которых отказ имеет тяжёлые последствия — применяют контргайки, шплинты, проволочную обвязку, специальные стопорные шайбы (зубчатые, с упорными лепестками), клеевые анаэробные составы.
• Соединения мягких материалов (алюминий, цветные сплавы, пластики, древесина) — острые кромки шайбы могут продавить опорную поверхность; в таких случаях ставят плоскую опорную шайбу между пружинной и поверхностью детали.
• Соединения, работающие в агрессивных средах — выбирают шайбы соответствующего материала (3Х13 или БрКМц3-1) и/или с защитным покрытием.

Пружинная шайба ставится острыми кромками концов в сторону опорной поверхности детали и нижней плоскости гайки. После затяжки она должна быть сжата до плоского состояния — это означает, что соединение получило заданное усилие; визуально это проверяется по разведению концов: при правильной затяжке концы либо смыкаются, либо разведены на минимальную высоту, обеспеченную пружинными свойствами материала.

Контроль качества и приёмка

Правила приёмки пружинных шайб установлены ГОСТ 17769-83 «Изделия крепёжные. Правила приёмки» для изделий грубой точности (класса точности С). От каждой предъявленной партии отбираются шайбы для проверки:

• внешнего вида (визуальный осмотр или лупа 2,5-3-кратного увеличения);
• размеров (универсальный измерительный инструмент или калибры);
• твёрдости (по методу Роквелла, ГОСТ 9013-59);
• вязкости (отгиб конца на 45° без поломки и трещин);
• пружинящих свойств (трёхкратное сжатие до плоского состояния, затем выдержка в сжатом состоянии 24 ч; высота развода концов после этого — не менее 1,65 от фактической толщины);
• качества покрытия (по ГОСТ 9.302-88).

На поверхности шайб не допускаются окалины, заусенцы, трещины и коррозия; следы неотделимой окалины браковочным признаком не являются. В плоскости среза допускаются дефекты, не выводящие размеры за предельные отклонения.

Каждая партия сопровождается документом о качестве с указанием товарного знака изготовителя, условного обозначения, результатов испытаний и массы партии нетто. Упаковка и маркировка тары — по ГОСТ 18160-72.

Вопросы и ответы