Влияние периодической вибрации на отвинчивание болтов и гаек

Одним из свойств любой резьбы является свойство самоторможения. Это свойство блокирует поворот гайки относительно оси болта при воздействии растягивающих нагрузок. Благодаря этому наиболее эффективным средством, предотвращающим ослабления соединений, является использование высокопрочных (сильно затягиваемых) болтов. Этого средства будет достаточно, если на соединение оказывает воздействие только осевая статическая нагрузка. Осевая нагрузка, которая воздействует на болт, способствует появлению отвинчивающего момента, что вызвано наличием такого явления как угол подъема витков ψ.

М_отв=0,5F₀d₂*f_p/cos ψ

На практике момент М_отв будет компенсирован моментами возникающими при трении в резьбе и на торце гайки, М_р и М_т соответственно. При воздействии статических нагрузок сумма этих двух моментов значительно выше М_отв, из-за чего самоотвинчивание гайки невозможно, ведь даже при самых неблагоприятных условиях, использование смазки, угол трения будет не меньше 6^о, а величина угла подъема витков будет находиться в пределах 2° 29'-3°20 '.

Таблица 11.12

Коэффициент трения в резьбе болта М10х25 и на торце гайки при вибрации [35]

В тоже время, если вибрация будет систематической, либо случайной, и вследствие чего детали будут смещаться, соотношения, приведенные выше, будут нарушены. Так, в этом случае значения коэффициентов трения будут несколько меньше, табл. 11.12, а точнее, коэффициент трения в резьбе уменьшается на 70-85%, а коэффициент трения на торце гайки уменьшится на 75-80%. При использовании резьбы М10 при условии, что f_р; f_т < 0,02 характерным явлением будет начало процессов самоотвинчивания.

В тоже время при наличии любого рода вибрации, что зачастую связано с перекосом стыкуемых поверхностей порой наступают непродолжительные моменты, когда на гайку не оказывают влияние осевые нагрузки и тогда даже крутящий момент малой величины способен привести к ее повороту.

Если кроме прочего наблюдается воздействие на гайку внешних сил, то возможно отвинчивание даже в случае наличия остаточной силы затяжки. К примеру, момент, который передается на головку болта при помощи трения, может превышать М_р, чего будет достаточно для отвинчивания, даже если этот момент не превысит значение момента затяжки. Такой же результат можно получить в результате сдвига деталей, что можно рассматривать как своеобразное вращательное движение вокруг оси стержня болта.

Годы эксплуатации различных механизмов подтвердили, что в случае переменных нагружений резьбовые соединения будут показывать надежную работу только при их стопорении. При этом задача стопорящих элементов -  компенсация возникающих М_отв.