Шайба-гровер: зачем нужна, как ставить, аналоги, эффект от применения, разновидности, маркировка гроверной шайбы

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.

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.

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.

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:

Н — нормальные, с поперечным сечением в виде квадрата;
Т — тяжелые с квадратным поперечным сечением;
ОТ — особо тяжелые, с поперечным сечением в виде квадрата;
Л — легкие, с прямоугольным сечением.

В модификациях Н, Т, ОТ для каждого номинального диаметра шайбы поперечное сечение увеличивается, соответственно увеличивается и жесткость пружиной шайбы.

Изготавливаются шайбы из проволоки квадратного сечения из сталей 65Г, 70 и 30Х13. Для «легких» сечение проволоки прямоугольное.
После придания гроверу необходимой формы и размеров, деталь подвергается термической обработке для обеспечения необходимой твердости HRCэ 40 .. 49.
Для увеличения коррозионной стойкости детали подвергаются воронению (Хим. окс), цинкованию, никелированию, хромированию.
Все размеры шайб пружинных указаны в таблице.

Таблицу размеров шайбы-гровера из ГОСТ 6402 можно посмотреть (https://docs.cntd.ru/document/1200004378).

Разновидности

Производство пружинных шайб на территории нашей страны регламентируют положения ГОСТа 6402-70. Он устанавливает 2 варианта исполнения данных метизов.

Первое исполнение – простое. Второй вариант – более сложный. Гроверы этого исполнения применяются в соединениях, подвергаемых воздействию высоких нагрузок, включая вибрационные и носящие импульсный характер – ударные.

В данном нормативном документе четко прописано, что производится пружинные шайбы должны нижеперечисленных типов.

Легкие. Поперечное сечение витков таких деталей – прямоугольное. Обозначаются литерой «Л».
Особо тяжелые. Поперечное сечение – квадратное. Обозначение такое: «ОТ».
Тяжелые. Конфигурация поперечного сечения, как и в предыдущем случае – оно квадратное. Для обозначения используется буква «Т».
Нормальные. Поперечное сечение витков тоже квадратное. Обозначается литерой «Н».

В таблице указаны номинальные размеры параметров, которые отображены на чертежах исполнения, для гроверов, подходящих для формирования соединений с помощью соответствующих стержневых крепежных элементов. Единица измерения – миллиметры.

Dн.ст.э	d		Типы пружинных шайб
			OT		T		H		Л
			Значения параметров b и s одинаково						s		b
	*	**	*	**	*	**	*	**	*	**	*	**
48,0	48,5	+1,0	—	____	—	——	12,0	± 0,215	7,0	± 0,18	12,0	± 0,215
							10,0	± 0,18
45,0	45,5						9,5
42,0	42,5				12,0	± 0,35	10,0
							9,0
39,0	39,5				—	± 0,29	8,5		6,0	± 0,15	10,0	± 0,18
36,0	36,5		12,0	± 0,35	10,0		9,0
							8,0
33,0	33,5		—	± 0,29	—		7,0
30,0	30,5		10,0		9,0		8,0				9,0
							6,50				8,0
27,0	27,5	+0,84	9.0		8,0		7,0		5,5		8,0
							6,0	± 0,15			7,0
24,0	24,5		8,0		7,0		6,0		5,0		7,0
							5,50		4,8		6,5
22,0	22,5		7,0		6,0	± 0,24	5,50		4,5		6,0	± 0,15
							5,0
20,0	20,5		6,0	± 0,24	5,5		5,0		4,0		5,5
							4,50
18,0	18,3		5,50		5,0		4,50		3,5		5,0
							4,0
16,0	16,3	+0,70	5,0		4,5		4,0		3,2		4,5
							3,50
14,0	14,2		4,50		4,0		3,50		3,0	± 0,125	4,0
							3.20
12,0	12,2		4,0		3,5		3,0	± 0,125	2,5		3,5
10,0	10,2		3,50		3,0	± 0,125	2,50		2,0		3,0	± 0,125
											2,5
8,0	8,2	+0,58	____	____	2,5		2,0		1,6		2,5
											2,0
7,0	7,2				—		2,0		1,6		2,0
6,0	6,1				2,0		1,6		1,4		2,0
							1,4		1,2		1,6
5,0	5,1	+0,30			1,6		1,4		1,2		1,6
							1,2		1,0		1,2
4,0	4,1				1,4		1,2		1,0		1,4
							1,0		0,8	± 0,08	1,2
3,5	3,6				—		1,0		0,8		1,0
3,0	3,1				1,0		0,80	± 0,08	0,8		1,0
									0,6	± 0,07
2,5	2,6	+0,25			0,8	± 0,08	0,60	± 0,07	0,6		0,8	± 0,08
2,0	2,1				0,6	± 0,07	0,50		0,5

Параметр «k» (см. Исполнение 2) актуален только для шайб легкого и нормального типа. Его значение изменяется в диапазоне 0,15 мм ≤k≤0,8 мм.

В таблице приняты такие обозначения:

Dн.ст.э. – диаметр (номинальный) подходящего крепежного стержневого элемента;
символ «*» – «Номинальное значение»;
символы «**» – «Предельное отклонение».

Зарубежные аналоги шайб-гровера ГОСТ 6402

Из признанных во всем мире стандартов на шайбы гровера можно отметить:

Гроверы DIN 127. Изделия с прямоугольными сечениями. Изготавливаются 2 формы — А (срезы заостренны) и В (срезы ровные). Твердость от 44 до 51 HRCэ. Размеры от М2 до М100;
Гроверы DIN 128А(В), 137А(В), 432;
Гроверы DIN7980. Имеют квадратное поперечное сечение. Твердость 44 — 51 HRCэ. Рассчитаны на ВИНТЫ для соединений высокой прочности.

Сравнительную таблицу соответствия ГОСТ, DIN, ISO можно посмотреть (https://getpocket.com/read/3347360666).

Что нужно знать о профессии

Очень важно знать, какие функциональные обязанности у специальности гравировщик:

уметь создавать модели для объекта;
правильно подбирать материал для выполнения работы;
правильно выбирать способы и методы обработки, а так же необходимый инструмент;
выполнять гравировку любой сложности;
уметь доводить работу до совершенства;
производить заточку инструментов для гравировки;
проводить регулировку и наладку всех необходимых станков и аппаратов, необходимых для выполнения гравировки.

Важно знать, и о том, где может работать специалист:

различные государственные или частные ювелирные мастерские;
в художественных мастерских;
в магазинах, где продаются подарки;
на предприятиях, связанных с полиграфией, текстилем, или на целлюлозно-бумажных фабриках;
в организациях, где оказываются ритуальные услуги, в частности, изготовление памятников.

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.

Сравнение шайб различного типа

Выше была представлена информация об основных видах, достоинствах и недостатках имеющихся способов стопорения резьбового крепежа. Однако какой же из них лучше? В частности, какие шайбы целесообразней применять в конкретных условиях?

Ответ на данный вопрос могут дать лишь сравнительные испытания. Для оценки выносливости болтовых соединений в условиях динамической нагрузки применяют специальные вибростенды. Измерительный комплекс включает в себя платформу на гидроопорах, внешний электродвигатель (для нагружения платформы – создания вибрации) и контрольные датчики, информация с которых поступает на ПК для последующей обработки и демонстрации результатов.

Испытания проводятся следующим образом. В имеющееся на платформе отверстие устанавливается крепёж (болт, гайки и шайба) и затягивается первичным моментом (к примеру, 8 кН). Включается двигатель, платформа начинает вибрировать. Через какое-то время соединение «поплывёт», т.е. гайка начнёт самопроизвольно откручиваться и первичный момент затяжки снизиться – возможно даже до нуля (крепёж полностью ослабнет).

Какая шайба лучше стопорит соединение? Очевидно та, с которой первичный момент затяжки под действием вибрации продержится дольше! Зависимость «момент – время нагружения» и позволяет сделать вывод о стойкости шайб. А заодно и сравнить их между собой – в одинаковых условиях эксперимента.

Подобное испытание называется «вибрационный тест Юнкера» (методика испытаний регламентируется DIN 651512002). Тест показывает, что наибольшей стойкостью обладает стопорная (клиновая) шайба – первичный момент затяжки сохраняется практически на 100% (в то время как, например, у гроверной шайбы к концу теста он падает до нуля!).

Стопорение болтовых соединений

Контрирование: самый простой и очевидный способ надёжно поджать гайку – навинтить сверху ещё одну! Вторая гайка (контргайка) будет надёжно прижимать первую, образуя с ней практически монолитную пару. Достоинством данного метода является простота монтажа (при использовании только стандартных изделий). А недостатками – повышенный (в пределе – двукратный) расход гаек, увеличении веса и габаритов крепежа.

Пружинная (в обиходе «гроверная») шайба – представляет собой разрезное упругое кольцо. При её поджатии гайкой создаётся натяг, а острые кромки шайбы врезаются в тело гайки и поверхность детали, предотвращая самораскручивание. Даже если под действием вибрации гайка страгивается со своей позиции, упругое разжатие гроверной шайбы снова создаёт натяг и соединение буквально стопорит само себя. Достоинство метода: простота и надёжность. Недостатки – необходимость в дополнительной сборочной единице (гроверной шайбе), возможные ошибки, забывчивость при монтаже, повреждение крепежа и поверхности детали острыми концами шайбы при затяжке.

Самоконтрящиеся гайки – своеобразный синтез предыдущих способов, когда гайка и гроверная шайба объединяются в единый узел. Самоконтрящиеся гайки имеют несколько вариантов реализации. Например, болт и гайка с переменным шагом резьбы – этим достигается натяг при завинчивании, препятствующий ослаблению соединения в эксплуатации. Другой вариант – наличие упругого (нейлонового или полимерного) кольца или лепестковой насечки в верхнем пояске гайки. После затягивания эти дополнительные элементы оказывают давление на резьбу и за счёт трения «не пускают» гайку отвинчиваться. Третий способ – соединение в единый узел гайки и плоской шайбы с рифлёной «пружинной» поверхностью. При затягивании такой гайки нижняя «шайбовая» часть деформируется, создавая натяг и не давая крепежу отворачиваться. Достоинства самоконтрящихся гаек любого типа – простота монтажа, отсутствие дополнительных стопорных элементов. Недостаток – усложнение конструкции/формы гайки по сравнению со стандартной.

Шплинтование – короткий отрезок сложенной вдвое проволоки (шплинт) пропускается сквозь отверстие в стержне болта и теле/короне гайки, а затем разжимается. Достоинства – едва ли не самый надёжный способ стопорения крепежа, наличие/отсутствие шплинта легко различить визуально, сравнительная простота монтажа. Недостатки – усложнение конструкции (отверстие в теле болта, «шипастая» корона у гайки), затруднение откручивания (шплинты чаще всего одноразовые).

Кернение, пайка, приварка, расклёпывание – позволяют создать условно-разъёмное соединение, когда наружные витки резьбы гайки точечно повреждаются. Это создаёт механическое препятствие движению по резьбе. Достоинство метода – надёжность стопорения. Недостатки: повреждение крепежа, сложности как при монтаже (потребность в сварочных работах, пайке или точных ударных воздействиях), так и демонтаже.

Нанесение лаков, красок, клея на резьбу – метод аналогичен предыдущему, но без механического повреждения резьбы. Чуть проще в плане монтажа (нанести клей, а не паять/заваривать!), но обладает меньшей несущей способностью в сравнении с кернением и аналогичными «механическими» методами повреждения резьбы.

Стопорные (клиновые) шайбы – состоят из двух «половинок», внутренние поверхности которых снабжены специальными клиновидными выступами (отсюда и название). Внешние края шайбы также имеют выступы (радиальную насечку) для лучшего сцепления с поверхностью детали и гайки. При затягивании крепежа половинки стопорной шайбы плотно, без зазора, прижимаются друг к другу – деформации шайбы не происходит. Однако при попытке гайки стронуться в обратную сторону (начать самопроизвольно откручиваться), внутренние клинья половинок шайб давят друг на друга и «распираются» вовне – против усилия затягивания. Поскольку угол клиньев больше, чем угол резьбы (это учтено при разработке шайбы), то под действием вибрации более вероятно, что гайка останется на месте (не ослабнет!), чем преодолеет суммарный «подъём» резьбы и клиньев шайбы. Даже при работе соединение в условиях сильной вибрации! Достоинства: лёгкость монтажа, практически стандартная толщина стопорной шайбы (отсутствие дополнительных элементов), возможность откручивания соединения без повреждений крепежа, многократное повторное использование шайб

Недостатки: требует внимательности при сборке (важно не перепутать установку половинок – клиньями друг к другу, насечкой вовне!).

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:

После окончательного заворачивания гаек и болтов гровер превращается в простую шайбу, которая дает лишь незначительный натяг в витках резьбы, только чуть-чуть увеличивающий силу трения;
Эффект от «вгрызания» торцев разреза в основной материал, особенно если он не твердый, при раскручивании незначителен;
Значительная остаточная деформация шайбы гровера после разборки соединения не позволяет ее повторное использование.

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.

Плюсы и минусы

Пружинные шайбы имеют как преимущества, так и недостатки. К достоинствам можно отнести:

универсальность. Гроверы, при корректной установке, отлично работают в резьбовых соединениях любого типа;
устойчивость к негативному воздействию влаги. Даже если для производства шайб использовалась не коррозионностойкая сталь марки 3X13, такие детали, выполненные из углеродистых сплавов, обычно оцинковываются. Поэтому на их поверхности при работе в условиях повышенной влажности, оксид железа – ржавчина – не появляется;
простота использования;
невысокая стоимость даже по сравнению с другим бюджетным крепежом;
достаточно высокая износоустойчивость;
отличные прочностные характеристики.

Значимых недостатков у пружинных шайб заметно меньше:

если гровер применяется совместно с крепежными элементами, изготовленными из мягкого металла, его кромки могут причинить вред их резьбовой накатке;
при продолжительном пребывании в сильно затянутом резьбовом соединении возникают остаточные деформации. По этой причине повторное использование часто бывает невозможным;
когда на пружинную шайбу воздействуют повышенные нагрузки, она может со временем изменить спиралевидную конфигурацию на плоскую. Данное явление вызывает значительное уменьшение натяжной силы.

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:

Пружина тарельчатая ГОСТ 3057-90. Изготавливаются из листового проката сталей типа 60С2, 51ХФА. Европейский аналог — DIN 2093.

Подразделяются:

По виду нагружения — на циклические, статические-циклические, по виду кромок (4 типа), по точности деформации (3 группы) ;
Шайба гровера с рисунком (насечками) на плоскостях;
Шайба стопорная. Изготавливается в соответствии с требованиями ГОС 10462-81 — на внутреннем отверстием выполнено много лепестков-зубчиков развернутых. Последние врезаются в материал и мешают раскручиванию;
Самоконтрящаяся гайка. Во внутреннем отверстии буртика встроена резиновая или пластиковая вставка, которая и гасит вибрационные колебания и препятствует самораскручиваню крепежа. Это очень эффективный, технологичный метод, но дорогой;

Остальные требуют доработки болтов, гибки лепестков, установки на краску или клей, др.

Стандарты стопорных шайб

В России все стопорные шайбы выпускаются в соответствии с ГОСТ 13463-77, со-гласно которому для их изготовления должна использоваться сталь, твердость кото-рой лежит в пределах от 41.5 до 49.5 HRB.

Читайте также: Для чего нужен парогенератор

В тех случаях, когда для этой цели приме-няется бронза, этому показателю надлежит быть в два раза выше. Кромки срезов гро-веров должны быть заостренными, а на поверхностях стопорных шайб других типов не должно быть заусенец, трещин, признаков коррозии и окалины.

Проверка качества этих крепежных изделий проводится согласно ГОСТ 17769-83.

В ходе этого процесса из каждой изготовленной партии отбирается несколько изделий для того, чтобы проверить их внешний вид, размеры, качество покрытия (если таковое имеется), вязкость, твердость и пружинистость.