Что такое стопорное кольцо
Стопорные кольца
Стопорное кольцо представляет собой незамкнутое кольцо, предназначенное для быстрой фиксации детали в отверстии или на валу. Такой вид соединения активно используется в производстве многих изделий, заметно упрощая и удешевляя процесс сборки. Существует множество разновидностей стопорных колец, но все они имеют схожий механизм фиксации, реализуемый благодаря упругим свойствам материала и уникальной геометрии.
Стопорные кольца подразделяют на наружные кольца, которые устанавливаются на цилиндрическую деталь (вал), и внутренние кольца, которые предназначены только для установки в отверстие. Среди всех стопорных колец можно выделить самые популярные:
Стопорные кольца DIN 471 (аналог ГОСТ 13942-86) и DIN 472 (аналог ГОСТ 13943-86)
Именно эти стопорные кольца используются чаще всего, т.к. у них самый широкий размерный ряд, а также существуют вариации по толщине. Кольца имеют плоское сечение, а на торцах изготовлены специальные проушины, которые необходимы для установки/снятия колец специальным ручным съемником. Помимо основного размерного ряда, у данных колец есть усиленное исполнение, отличающееся большей толщиной и увеличенным внешним диаметром, которое предназначено для использования в высоконагруженных соединениях. Стопорные кольца DIN 471 и DIN 472 
получили широкое распространение в автомобилестроении, машиностроении, приборостроении, а также для ремонта техники. При выборе подходящего по размеру кольца необходимо руководствоваться простым правилом: для наружных колец по DIN 471 размер кольца соответствует диаметру вала, а фактический внутренний диаметр будет меньше и его можно определить по таблице; для внутренних колец по DIN 472 размер кольца определяется по диаметру отверстия, а фактический наружный диаметр будет больше. При этом нужно учесть, что измерение наружного или внутреннего диаметра кольца, снятого с оборудования, может иметь погрешность из-за остаточной деформации.
Стопорные кольца DIN 7993 A (аналог ГОСТ 13940-86) и DIN 7993 B (аналог ГОСТ 13941-86)
Стопорные кольца этих стандартов, в отличии от предыдущих, имеют круглое сечение.
В конструкции колец не предусмотрены специальные проушины для установки. Установка данных колец возможна шарнирно-губцевым инструментом. Кольца часто используются в машиностроении и приборостроении для фиксации втулок и подшипников от осевого смещения.
Данные стопорные шайбы (кольца) или фиксаторы имеют только наружное исполнение, т.е. они устанавливаются только в пазы цилиндрических деталей (валов). Также шайбы легко устанавливаются, т.к. не требуют специального инструмента, можно обойтись обычными плоскогубцами. Однако, специальный монтажный инструмент для этих колец существует и успешно применяется в условиях конвейерной сборки. Кольца DIN 6799 часто используются при сборке инструмента различного рода, а также в изделиях приборостроения и машиностроения. При подборе размера стопорной шайбы необходимо учесть, что номинальный размер шайбы равняется диаметру проточенной канавки, а не вала.
Кольца этого стандарта схожи со стопорными кольцами стандарта DIN 471. Отличие составляет лишь наличие специальных лапок в конструкции колец, которые позволяют применять их для деталей с большой фаской.
Изделие представляет собой пружинную шайбу с внутренними упругими лепестками, которые после монтажа на вал деформируются и фиксируются за счет сил трения. Демонтаж шайб без их повреждения практически невозможен, поэтому они считаются одноразовыми. Установка очень проста и не требует специальных инструментов. Шайбы Star-Lock широко применяются на гладких валах и осях, так как не требуют проточки специальной канавки.
Материалы стопорных колец
Пружинная сталь
Данный вид стали является основным для изготовления всех стопорных колец. Пружинная сталь обладает высоким значением предела текучести, т.е. она очень упругая. Стопорные кольца после установки деформируются, но, благодаря пружинным свойствам стали, кольца стремятся вернуть исходную форму и оказывают постоянное механическое давление на стенки установочного паза. Такой механизм работы стопорных колец обеспечивает надежную фиксацию детали.
Стопорные кольца из пружинной стали обладают и высокой твердостью, от 40 до 54 HRC в зависимости от диаметра. Для увеличения срока эксплуатации в слабоагрессивных или влажных средах кольца из пружинной стали покрывают специальным антикоррозийным покрытием, таким как Цинковые хлопья.
Примеры марок пружинной стали для изготовления стопорных колец: C67S, C75S, 65Г, 60С2А.
Нержавеющая сталь
Такой вид стали применяется для изготовления стопорных колец, работающих в агрессивных средах, а также в условиях высокой влажности. Упругие свойства нержавеющих стопорных колец ниже, чем колец из пружинной стали, поэтому и сила фиксации нержавеющих стопорных колец уступает кольцам из пружинной стали.
Примеры марок пружинной стали для изготовления стопорных колец: A1, A2.
Особенности монтажа стопорных колец
Для установки стопорных колец с проушинами используются специальные щипцы, которые также называют съемниками стопорных колец. Причем такие щипцы могут быть с прямыми или изогнутыми губками. Второй тип губок применяется для установки стопорных колец в труднодоступных местах. Для стопорных колец без проушин используют любой подходящий инструмент. Для монтажа стопорного кольца на валу или внутри отверстия необходимо изготовить посадочный паз определенных размеров, который называют “канавкой”. Геометрия пазов четко определена в соответствующих стандартах на кольца.
Стопорное кольцо
Существует просто огромное количество различных вариантов исполнения крепежных материалов, которые характеризуются своими определенными свойствами. В различных условиях эксплуатации применяются стопорные кольца. Они устанавливаются в качестве промежуточного элемента, к примеру, отвечающих за передачу вращения от электрического двигателя к исполнительному органу. Рассмотрим все особенности применения стопорных колец, их разновидности и многие другие моменты подробнее.
Стопорные кольца
Для обеспечения надежной фиксации самых различных элементов применяются стопорные кольца. Они представлены крепежом особой формы, который может применяться для повышения степени фиксации деталей относительно друг друга. Стопорные кольца наружные часто можно встретить при креплении подшипников качения, которые отвечают за снижение степени износа несущих валов и других элементов на момент эксплуатации. При рассмотрении уделяется внимание следующему:
Столь небольшое и недорогое изделие являются частью различных механизмов и устройств. За счет применения особой технологии производства и специальных материалов существенно повышаются эксплуатационные характеристики. При выборе учитывается следующее:
Не стоит забывать о том, что все размеры выдерживаются в определенном диапазоне с различной точностью. Многие параметры выбираются в соответствии со стандартами, которые указываются в ГОСТ.
Виды стопорных колец
Изготавливают различные разновидности стопорных колец, выбор проводится с учетом классификации и размеров. Наибольшее распространение получили следующие виды стопорных колец:
Данная классификация связана с тем, где именно фиксируется подобный элемент на момент эксплуатации. Примером можно назвать то, что внутренние устанавливаются в отверстии изделия, наружные на валах. В некоторых случаях изделие имеет специальную проточку, предназначенную для фиксации стопорного кольца.
Также классификация проводится по конструктивным признакам. Применение технологии литья позволяет получить самые различные изделия. Для достижения определенных свойств дополнительно проводится механическая обработка, а также термическая и химическая обработка для повышения основных характеристик. Выделяют следующие варианты исполнения:
При изготовлении могут применяться самые различные материалы. Определенные свойства, которыми должно обладать деталь, устанавливаются в ГОСТ и DIN,
Самое большое распространение получило пружинное изделие, которое получается при применении специального сплава. Наружное и внутреннее ГОСТ 13943 могут иметь различный диаметр. Также часто применяется стопорное кольцо метизы и спиральное осевое наружное, все зависит от конкретных условий эксплуатации.
Конструктивные отличительные признаки во многом определяют эксплуатационные характеристики. Отличия между эксцентрическими и концентрическими вариантами исполнения заключаются в следующем:
Подобный вид детали характеризуется тем, что имеет своеобразные уши. Вариант исполнения концентрического типа не имеет ушек, при этом ширина сечения остается неизменной. Эксцентрические варианты исполнения рассчитаны на большую осевую нагрузку, оба хорошо сбалансированы. При изготовлении учитывается тот момент, что на поверхность может оказываться агрессивное воздействие самых различных веществ. Именно поэтому при изготовлении применяются следующие сплавы:
За счет добавления в состав хрома обеспечивается повышенная устойчивость к воздействию влаги и некоторых других химических веществ. В некоторых случаях могут использоваться другие сплавы, которые характеризуются повышенными эксплуатационными характеристиками. Большое распространение получили стопорные кольца, на поверхности которого кадий и цинк, способные существенно повысить защиту поверхности от воздействия окружающей среды.
Классификация также проводится по типу применяемого материала при изготовлении. Довольно большое распространение получили варианты исполнения из проволоки, так как она обходится намного дешевле. В этом случае поперечное сечение круглое. Также в качестве основного материала может использоваться стальная лента, которая имеет прямоугольное сечение. Эти и многие другие характеристики регламентируются стандартами ГОСТ и DIN.
Монтаж стопорных колец
Как ранее было отмечено, кольцо стопорное изготавливается в соответствии с установленными стандартами в ГОСТ и DIN. Однако, неправильный монтаж может стать причиной существенного снижения срока эксплуатации. Деталь имеет специальные пазы, за счет которых упрощается процесс монтажа и эксплуатации. К особенностям монтажа отнесем следующее:
Именно тот момент, что с монтажом изделия не возникает трудностей определяет его широкое распространение. Установка, как и замена, достаточно проста, однако не стоит забывать о том, что подобное изделие выступает в качестве промежуточного элемента. Поэтому чтобы до него добраться в некоторых случаях приходится проводить разбор практически всего механизма. Плоское внутреннее кольцо часто устанавливается в специальной канавке, поэтому при извлечении могут возникнуть серьезные трудности.
Функции стопорных колец
Многие технологические карты и чертежи указывают на необходимость применения подобного изделия. Основными функциями можно назвать:
Часто надевается кольцо стопорное на вал, который обладает требующимися канавками. За счет этого фиксация отдельных элементов вдоль оси, к примеру, подшипников и шестерен существенно повышается. Именно поэтому подобное изделие получило весьма широкое распространение в сфере машиностроения.
Подбор канавок
При проектировании и подборе наиболее подходящего стопорного кольца уделяется внимание также канавке. Она должна обладать соответствующими характеристиками:
Канавки существенно повышают эффективность применения крепежных элементов. Как правило, они создают в соответствии со стандартизированными размерами, которые указываются в технической документации.
Рассматриваемое изделие можно встретить во многих специализированных магазинах. Следует выбрать исключительно те, которые производятся в соответствии с ГОСТ и другими стандартами. При выборе учитываются не только геометрические размеры, но и отсутствию серьезных дефектов. Для этого достаточно провести визуальный осмотр. Небольшие трещины и вмятины могут привести к снижению основных эксплуатационных характеристик.
Что такое стопорные кольца: виды, особенности, стандарты
Стопорными кольцами называются специальные детали, которые предназначены для фиксации различных элементов на валу или в технологических отверстиях. Эти изделия обычно применяют для крепления подшипников качения или других вращающихся узлов, тяг, рычагов и разнообразных осей. Их фиксация производится за счет наличия специальных канавок на корпусе вала: выступающая над поверхностью часть функционирует как плечо, надежно закрепляя необходимый элемент на положенном месте. В большинстве случаев стопорное кольцо на вал делается из нержавеющей проволоки, стали с повышенным содержанием углерода или меди с добавлением бериллия, поскольку эти металлы выдерживают высокие нагрузки и не покрываются коррозией.
Существует две разновидности стопорных колец:
Изделия, изготовленные по стандарту DIN, обычно более толстые, поэтому перед покупкой необходимо замерить толщину и диаметр канавки, в которую они будут монтироваться. Для дополнительной защиты от влаги и коррозии их покрывают цинком и кадмием, а также применяют технологии фосфатирования и химического оксидирования с промасливанием. Отметим, что по форме исполнения стопорное кольцо DIN 471 бывает DSH (стандартным) и DSR (тяжелым).
Как правильно выбрать
Конструктивно данный элемент представляет собой шайбу, разрезанную с одного края. Но существует разные типы стопорных колец: они могут быть с ушками для быстрой фиксации, эксцентрические, концентрические и пр.
Чтобы не ошибиться с выбором данного крепежного элемента, необходимо:
Данный тип крепления считается наиболее практичным и надежным. К его достоинствам относится быстрый монтаж, а также возможность беспроблемного снятия, экономия свободного пространства, низкая стоимость и высокая технологичность. Кольцо обеспечивает качественную фиксацию элементов. Его используют в автомобилестроении, в станкостроении и других отраслях производства.
Для чего нужно стопорное кольцо
Сегодня сложно представить нашу жизнь без такой просто детали как подшипник. Без них не обходится ни одно транспортное средство — начиная от детского велосипеда или скейта и заканчивая автомобилем. И в легковых авто и в самых мощных тягачах применяются подшипники. Помимо транспортных средств, применяются они в различных механизмах, где есть вращающиеся части. Одни части должны быть прочно закреплены, другие должны вращаться на своих осях.
Еще одна важная деталь, связанная с подшипниками — это стопорные кольца. Они предназначены для надежной фиксации. С их помощью крепятся подшипники, различные рычаги, валы и т.д. От надежности крепления зависит правильное функционирование механизмов, поэтому эта деталь должна быть изготовлена из качественных материалов, с соблюдением ГОСТа; а купить кольца стопорные наружные лучше всего в специализированном магазине.
Наружные стопорные кольца применяются для фиксации деталей на валу. Если нужно закрепить какие-то детали внутри отверстия, то используют внутренние кольца. Изготавливаются и те и другие, чаще всего, из углеродистой стали. Также для производства используется нержавеющая сталь или бериллиевая медь. Для дополнительной защиты от коррозии на них наносятся специальные составы. При этом следует уточнить, в какой среде будет работать кольцо, т.к. от этого зависит, какой антикоррозийный состав будет предпочтительнее.
И внутренние и наружные кольца имеют вид незамкнутого круга. Устанавливаются они в специальные пазы, которые иногда называют канавками или проточками, при этом происходит прочная фиксация детали в нужном месте.
В зависимости от размера стопорных колец для их монтажа потребуется либо простая отвертка (если речь идет о маленьких кольцах), либо специальные щипцы.
Качественные, правильно установленные стопорные кольца обеспечивают долгий срок эксплуатации механизмов.
Пружинные упорные стопорные кольца применяют для закрепления подшипников и других деталей на валах и в корпусах различных машин.
Различают наружные и внутренние стопорные кольца.
Наружные устанавливают в канавки, выполненные на валах.
Внутренние стопоные кольца устанавливают в канавки выполненные в корпусных деталях.
Согласно ГОСТ 13940-86 и ГОСТ 13941-86 стопорные кольца изготавливают штамповкой или навивкой.
Наружные стопорные кольца
На рисунке показано наружное концентрическое кольцо по ГОСТ 13940-86.
Эксцентрическое наружное кольцо показано на следующем рисунке.
Как видно по рисунку внутренний и наружный диаметр кольца расположены с эксцентриситетом.
Канавки под наружные стопорные кольца
Для надежного стопорения детали наружные кольца необходимо установить в канавки, выполненные по ГОСТ 13940-86 и ГОСТ 13942-86.
Размеры наружных стопорных колец и канавок для них
Внутренние стопорные кольца
Внутреннее концентрическое стопорное кольцо показано на следующем рисунке.
Внутреннее эксцентрическое кольцо по ГОСТ 13943-86 показано на рисунке.
Канавки под внутренние стопорные кольца
Для обеспечения фиксации деталей в осевом направлении стопорные кольца должны быть установлены в канавках, выполненных по ГОСТ 13941-86 и 13943-86.
Крепление подшипников на валах и в отверстиях корпусов
Самым простым способом крепления подшипников на валах и в отверстиях корпуса является крепление с натягом, когда фиксация подшипника достигается с помощью сил трения между обоймой подшипника и поверхностью вала (отверстия). Но, в случае использования радиальных подшипников, этот способ применим только при соблюдении высокой точности монтажа и только при низких нагрузках на узел подшипника. Установить подшипник точно получается не всегда – возникает некоторая несоосность между осью вращения подшипника и осью вала (отверстия), увеличивающая нагрузку на подшипник. Также часто присутствуют осевые нагрузки на подшипник.
В таких случаях, а также, просто при наличии высоких нагрузок на подшипник, требуется применение дополнительных фиксирующих элементов, которые удержат подшипник в его финальном положении. Для этих целей используется различный крепёж:
Рассмотрим далее основные способы установки и закрепления подшипников с помощью дополнительного крепежа.
Крепление подшипника на валу стопорной гайкой
Это самый распространённый способ фиксации подшипника на валу с использованием вспомогательного крепежа. Используется как при концевом креплении подшипника на валу, так и при промежуточном. При монтаже на валу внутренняя обойма подшипника должна упереться либо в заплечики или бортик на валу (левая схема на рисунке), либо в промежуточную втулку (правая схема на рисунке). Для затяжки и фиксации финального положения подшипника используется крепёжная пара: Гайка круглая шлицевая ГОСТ 11871-88 (поз.2 на рисунке) + Шайба стопорная многолапчатая ГОСТ 11872-89 (поз.1 на рисунке).
Одну из лапок шайбы, предупреждающую проворачивание шайбы на валу (т.е. внутреннюю), заводят в изготовленный паз на валу; после затяжки гайки одну из наружных лапок отгибают в совпадающий паз гайки.
Применяют два основных способа фиксации стопорной многолапчатой шайбы на валу. При первом способе фиксирующую внутреннюю лапку отгибают «от гайки», при втором – «под гайку». Паз на валу во втором случае должен быть более глубоким, поэтому на практике, обычно, предпочитают первый способ. Иногда, если допускает толщина стенок вала, паз делают настолько глубоким, чтобы в него можно было ввести фиксирующую внутреннюю лапку многолапчатой шайбы без отгиба. Это повышает надежность фиксации соединения.
Паз можно заменить сквозной прорезью в валу. При этом способе фиксации сильно ослабляется вал. Этот способ применим только при концевой установке подшипника на валу, тогда как предыдущие способы используют и при промежуточной установке подшипников (например, на ступенчатых валах).
Крепление подшипника упорным стопорным кольцом
Очень технологичный, удобный и недорогой способ, позволяющий сэкономить место, ускорить монтаж и демонтаж – использование упорных пружинных стопорных колец для фиксации подшипников качения на валах и в отверстиях в корпусе. Кольца, изготовленные из пружинной стали, позволяют многократно собирать и разбирать подшипниковый узел.
Также, наряду с эксцентрическими, для фиксации подшипников используются концентрические пружинные стопорные кольца: для валов – кольца упорные стопорные наружные по ГОСТ 13940-86, для отверстий в корпусе – кольца упорные стопорные внутренние по ГОСТ 13941-86.
В случае, когда на подшипниковый узел действуют большие осевые нагрузки, упорные концентрические кольца по ГОСТ 13940-86 и по ГОСТ 13941-86 могут быть использованы дополнительно в комбинации с эксцентрическими кольцами. При этом упорное концентрическое кольцо, забирает на себя часть изгибающего момента от осевых нагрузок и разгружает стопорное эксцентрическое кольцо, отвечающее за цельность подшипникового узла.
В случае применения стопорных колец для фиксации подшипников, при проектировании подшипникового узла, необходимо учитывать и контролировать предельно допустимую осевую нагрузку стопорного кольца, чтобы избежать его разрушения при эксплуатации.
Крепление подшипника торцевой крышкой и торцевой шайбой
При установке подшипников на концу вала можно воспользоваться торцевыми шайбами по ГОСТ 14734-69 или специальными. Такие торцевые шайбы фиксируются с помощью одного или нескольких болтов или винтов, которые не дают шайбе проворачиваться относительно вала. Пример такой схемы с торцевыми шайбами приведен на следующем рисунке:
При необходимости зафиксировать внешнюю обойму подшипника используют торцевые крышки, также на болтах.
Крепление подшипника с помощью конической стяжной или закрепительной втулки
Использование в машинах и механизмах подшипников больших размеров и веса очень затрудняет их монтаж и демонтаж. В таких случаях рекомендуется применение подшипников с конической внутренней обоймой. Подшипники с коническим отверстием используют также для тяжелонагруженных подшипников. Такие подшипники удобны в монтаже/демонтаже и очень «выносливы» в работе, но имеют существенный недостаток: большие осевые нагрузки, направленные по оси от меньшего конуса к большему, могут привести к заклиниванию подшипника, и, даже к разрушению.
При установке конического подшипника непосредственно на вал достигается хорошее центрирование, но для этого вал должен иметь конический участок, выполненный с высокой точностью обработки, что приводит к удорожанию вала. Кроме того, со временем, от динамических нагрузок, при аварийной ситуации или от многократного монтажа/демонтажа подшипника конический участок вала теряет необходимую точность – «слизывается»- и приходится заменять дорогостоящий вал. Прекрасным с точки зрения экономии, в этом случае, является техническое решение с использованием конических стяжных и закрепительных втулок, имеющих коническую наружную поверхность и цилиндрическую внутреннюю – переходных втулок, позволяющих закрепить конические подшипники на гладком, и даже грубо обработанном, цилиндрическом валу. Стяжные и закрепительные втулки имеют продольный разрез вдоль оси, позволяющий им разжиматься и сжиматься в диаметре. Они значительно упрощают монтаж подшипников с коническим отверстием на цилиндрические ступенчатые валы. Недостатком применения втулок является ухудшение центрирования вала, так как добавляется ещё одна посадочная поверхность.
Подшипники с конической внутренней обоймой при установке непосредственно на вал фиксируются, как и подшипники с цилиндрической обоймой, с помощью крепёжной пары: Гайка круглая шлицевая ГОСТ 11871-88 (поз.2 на рисунке) + Шайба стопорная многолапчатая ГОСТ 11872-89 (поз.1 на рисунке).
Монтаж подшипника с помощью конической стяжной втулки происходит следующим образом: втулку запрессовывают в коническое отверстие подшипника и полученную конструкцию одевают на вал. При этом подшипник упирается в ступеньку или неподвижную деталь на валу.
Пример установки подшипника с коническим отверстием с помощью конической стяжной втулки на цилиндрическом валу приведен на рисунке:
Закрепительная втулка, в отличие от стяжной, имеет конус на наружной поверхности, направленный в другую сторону (если у стяжной втулки больший диаметр конуса расположен на гаечном конце, то у закрепительной втулки больший диаметр конуса расположен на свободном конце втулки). Использование закрепительной втулки позволяет расположить подшипник на любом отрезке цилиндрического вала без всяких дополнительных ступенек, опор и неподвижных деталей – исключительно за счёт силы трения между валом, втулкой и подшипником.
Фиксация закрепительной втулки осуществляется той же крепёжной парой, что и для стяжной втулки: Гайка круглая шлицевая ГОСТ 8530-90 (поз.2 на рисунке) + Шайба стопорная многолапчатая ГОСТ 8530-90 (поз.1 на рисунке). Схема установки подшипника с помощью закрепительной втулки на гладком валу приведена на рисунке:
В случае установки закрепительной втулки на ступенчатом цилиндрическом валу, для повышения надёжности, рекомендуется использовать дополнительную распорную втулку: