ПРУЖИННАЯ ГАЙКА Российский патент 1995 года по МПК F16B37/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к резьбовым соединениям, применяемым при сборке соединений и сборочных единиц машин.

Известна гайка [1], служащая для затяжки стержневых крепежных деталей (винтов, болтов, шпилек и т.д.) в резьбовых соединениях при сборке. Изготовление гаек сопровождается трудоемкой резьбонарезной операцией, характеризующейся снятием материала механическим методом или выдавливанием при формировании профиля резьбы в гайке, а для этого используется резьбонарезной инструмент, изготовление которого при массовой потребности в гайках требует ощутимых материальных и трудовых затрат на его производство.

В процессе эксплуатации машин наблюдается снижение усилия затяжки гайки, что крайне неблагоприятно сказывается на нормальной работе соединений и может привести к их разрушению.

Производное отвертывание гаек в статических условиях нагружения не наблюдается, так как угол трения в резьбе значительно больше угла подъема витка [2] (резьбовое соединение обладает свойством самоторможения), но отвертывание гаек в соединении происходит в случае динамического нагружения или вибрации.

При действии на затянутую гайку с треугольным профилем резьбы динамических нагрузок, направленных по оси резьбового стержня, сила давления между витками будет иметь переменную составляющую, перпендикулярную оси резьбового стержня, что вызывает радиальную деформацию сжатия тела резьбового стержня и растяжения тела гайки. Относительное радиальное перемещение витков резьбы резьбового стержня и гайки сопровождается изменением направления сил трения в резьбе и значительным снижением коэффициента трения, что и приводит к потере свойств самоторможения резьбового соединения, т.е. к произвольному отвертыванию гайки. Снижение коэффициента трения в резьбовых соединениях наблюдаются также и при вибрации [2, 3]. Это является недостатком известных резьбовых соединений, который устраняется различными способами стопорения резьбовых соединений.

Известна гайка [4], изготовляемая из винтовой пружины растяжения.

Известная гайка имеет ряд недостатков: требуются специальные устройства для ее фиксации, малая площадь опоры, требующая точного выполнения крепежных отверстий, не обладает дополнительным гарантированным усилием стопорения, которое в резьбовых соединениях исключает произвольное отвертывание гаек при действии динамических нагрузок и вибрации.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения стопорения резьбового соединения, повышения удобства обслуживания путем увеличения опорной поверхности и использование при сборке-разборке монтажного инструмента и повышение жесткости.

Это достигается тем, что пружинная гайка содержит корпус в виде винтовой пружины, который выполнен с элементами зацепления под монтажный инструмент в виде диаметрально противоположных выступов некруглой формы на неопорном торце, и содержит со стороны опорного торца участок в виде обратного конуса, представляющего собой фасонную коническую пружину, обеспечивающую стопорение резьбового соединения и выполняющую роль опорной поверхности.

На фиг. 1 изображена заявляемая гайка, сечение; на фиг. 2 - то же, план; на фиг. 3 и 4 - сечение соединяемых деталей.

Гайка выполнена из винтовой пружины растяжения 1, содержащей на неопорном торце диаметрально противоположные выступы 2 некруглой формы, а на опорном торце - участок в виде обратного конуса, представляющий собой фасонную коническую пружину 3.

Детали 4, 5 соединяются с помощью резьбового соединения, в котором применена заявляемая гайка, содержащая в качестве корпуса винтовую пружину растяжения, на неопорном торце которой выполнены выступы некруглой формы, а на опорном торце - фасонная коническая пружина, но при этом в качестве ответной части - резьбовой стержень, представляющий стандартный болт 6.

Анализ конструктивно-технологических возможностей пружинной гайки показывает, что пара резьбовой стержень-гайка пружинная, кроме свойства самоторможения, характерного резьбовым соединениям, обладает одновременно и свойством гарантированного стопорения за счет осевой силы давления, образующейся при сжатии витой фасонной конической пружины, материал которой обладает упругими свойствами (пружинение). Возможность получения гарантированного стопорения в паре заявляемая пружинная гайка-резьбовой стержень (стандартный болт, винт, шуруп) за счет создания осевой силы давления обеспечивает получение положительного эффекта.

Изготовленные образцы пружинных гаек предлагаемой конструкции в процессе испытаний показали устойчивую работу в роли крепежной детали (гайки) в резьбовых соединениях.

Для изготовления образцов гайки применялась проволока круглого, квадратного, ромбического сечения, а в качестве ответной части - стержневые крепежные детали с метрической, упорной, трапецеидальной резьбой. Корпус заявляемой пружинной гайки выполнялся из винтовой пружины растяжения или винтовой пружины сжатия в зависимости от вида применяемой на резьбовом стержне резьбы.

Благодаря наличию в конструкции пружинной гайки на неопорном торце диаметрально-противоположных выступов некруглой формы обеспечивается возможность применения монтажного инструмента, а наличие на опорном торце фасонной конической пружины в виде обратного конуса позволяет стопорить крепежные детали, т. е. увеличить силы трения в резьбе, а также повысить жесткость соединения в целом и увеличить площадь опорной поверхности.

Выполненная на опорном торце заявляемой гайки фасонная коническая пружина, являющаяся продолжением винтовой пружины (сжатия или растяжения), при сжатии образует опорную поверхность гайки, а сила сопротивления, возникающая при ее сжатии и направленная параллельно оси заявляемой конструкции гайки, создает дополнительное усилие - усилие стопорения, т.е. обеспечивает прижатие витков гайки к виткам резьбового стержня (шурупа, болта, винта, шпильки), представляющего ответную часть крепежного резьбового соединения.

Наличие на опорном и неопорном торцах заявляемой гайки дополнительных конструктивных элементов расширяет эксплуатационные характеристики и функциональные возможности ее конструкции: возможность применения монтажного инструмента, получение усилия стопорения, увеличения опорной поверхности и повышение жесткости конструкции.

Производство пружины освоено, имеется разнообразное оборудование, обеспечивающее производство широкой номенклатуры винтовых пружин, заявляемая пружинная гайка ориентирует производство пружин на отработку оснастки и создание оборудования, которые обеспечивали навивку пружин с наличием на торцах специальных конструктивных элементов, расширяющих технические возможности, т. е. использование конструктивно выполненной в пространстве из проволоки различного сечения в качестве крепежной детали-гайки.

Сущность изобретения: гайка содержит корпус в виде винтовой пружины сжатия с элементами зацепления под ключ на неопорном торце. Опорный торец выполнен в виде обратного конуса. 4 ил.

ПРУЖИННАЯ ГАЙКА, содержащая корпус в виде винтовой пружины, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения стопорения резьбового соединения, повышения удобства в обслуживании путем увеличения опорной поверхности и использования при сборке-разборке монтажного инструмента и повышения жесткости, корпус выполнен с элементами зацепления под монтажный инструмент в виде диаметрально противоположных выступов некруглой формы на неопорном торце и с участком в виде обратного конуса со стороны опорного торца.