ПРУЖИННАЯ ГАЙКА Российский патент 1995 года по МПК F16B37/12 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к резьбовым соединениям, широко 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, для чего 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.

Произвольное отвертывание гаек в статических условиях нагружения не наблюдается, так как угол трения в резьбе значительно больше угла подъема витка (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 имеет переменную составляющую, перпендикулярную оси резьбового стержня, что вызывает радиальную деформацию сжатия тела гайки. Относительное радиальное перемещение витков резьбы резьбового стержня и гайки сопровождается изменением направления сил трения в резьбе и значительным снижением коэффициента трения, что приводит к потере свойств самоторможения резьбового соединения, т.е. к произвольному отвертыванию гайки. Снижение коэффициента трения в резьбовых соединениях наблюдается также и при вибрации. Это является недостатком известных резьбовых соединений, который устраняется различными способами стопорения резьбовых соединений [2 и 3]
Известна гайка [4] изготавливаемая из винтовой пружины растяжения. Эта гайка имеет ряд недостатков, а именно: требуются специальные устройства, для ее фиксации, малая жесткость, малая площадь опоры, требующая точного выполнения крепежных отверстий. Для известной пружинной гайки применяется обыкновенный резьбовой стержень (болт, винт, шпилька), резьбовая часть которого выполняется традиционными методами, характеризующимися снятием слоя материала механическим способом или выдавливанием при формировании профиля резьбы на резьбовом стержне. Для этого используется резьбонарезной инструмент, изготовление которого при массовой потребности в крепежных деталях требует ощутимых материальных и трудозатрат на его производство.

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

Для этого пружинная гайка снабжена винтовой пружиной сжатия, концентрично установленной внутри пружины растяжения и жестко связанной с неопорным торцом гайки, при этом пружина растяжения выполнена с элементами зацепления под монтажный инструмент в виде диаметрально противоположных выступов некруглой формы на средних витках, а ее опорный конец выполнен в виде обратного конуса, представляющего собой фасонную коническую пружину, обеспечивающую гарантированное стопорение и играющую роль опорной поверхности, при этом резьбовым стержнем (болтом, шпилькой, шурупом, винтом) может служить не только крепежная деталь с упорной трапецеидальной резьбой, но и витая пружина сжатия, имеющая одинаковый диаметр и шаг с винтовой пружиной сжатия предлагаемой гайки, витки которой при завинчивании входят в зазоры между витками резьбового стержня, в качестве которого выступает винтовая пружина сжатия.

Предлагаемая пружинная гайка соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена пружинная комбинированная гайка; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 схема завинчивания гайки на винтовую пружину сжатия.

Пружинная комбинированная гайка выполнена из концентрично расположенных (от оси гайки к периферии) винтовой пружины сжатия 1, закрытой винтовой пружиной растяжения 2 с утолщением 5 по середине высоты гайки, позволяющим использовать ключ при завинчивании и развинчивании гайки, которая заканчивается фасонной витой пружиной 3, обеспечивающей гарантированное стопорение гайки в сжатом состоянии. Пружинная комбинированная гайка выполнена из цельного куска пружинной проволоки круглого сечения.

На фиг. 3 показана гайка, завинченная на ответную часть винтовую пружину сжатия 4, представляющую собой резьбовой стержень, на который завинчивается винтовая пружина сжатия 1, витки которой при завинчивании входят в зазоры между витками винтовой пружины сжатия 4, например болта, винта, шпильки, шурупа. Винтовая пружина растяжения 2 в пружинной комбинированной гайке является направляющей, повышающей жесткость гайки.

Применение винтовых пружин, концентрично расположенных друг к другу в качестве гаек стало возможным благодаря использованию винтового характера навивки винтов пружин. При этом витки пружины сжатия заявляемой гайки при завинчивании входят в промежутки между витками винтовой пружины сжатия ответной части, роль которой играет винтовая пружина сжатия, имеющая наружный диаметр и шаг навивки, равный наружному диаметру и шагу навивки винтовой пружины сжатия заявляемой гайки, которые за счет винтового характера навивки витков входят в зацепление между собой, образуя винтовую пару, что позволяет использовать ее в качестве резьбовых соединений, которые изготовляются без применения традиционного способа снятие слоя материала специальным резьбонарезным инструментом. Эта операция заменяется более простой и менее трудоемкой операцией навивки на разнообразном оборудовании винтовых пружин, совмещаемых в следующей последовательности: винтовая пружина сжатия, накрываемая винтовой пружиной растяжения, которая на одном конце заканчивается фасонной пружиной.

Винтовая пружина растяжения играет роль направляющей для резьбового стержня, роль которого для заявляемой гайки играет винтовая пружина сжатия, имеющая наружный диаметр и шаг навивки, равный наружному диаметру и шагу навивки винтовой пружины сжатия заявляемой гайки. Фасонная коническая пружина, выполняемая на опорном конце заявляемой гайки, является продолжением винтовой пружины растяжения и при сжатии образует опорную поверхность, а сила сопротивления, возникающая при ее сжатии и направленная параллельно оси заявляемой гайки, создает усилие стопорения, т.е. прижимает витки винтовой пружины сжатия гайки к виткам винтовой пружины сжатия, представляющей собой ответную часть резьбового соединения, в котором обычно эту функцию выполняет резьбовой стержень (болт, винт, шпилька, шуруп).

Использование конструктивно выполненной комбинации винтовых пружин, концентрично расположенных между собой, в качестве гаек позволяет одновременно обеспечить стопорение резьбового соединения, а также расширить технологические возможности шурупов, т.е. применять их в качестве винтов.

Производство пружин освоено, имеется разнообразное оборудование, обеспечивающее изготовление широкой номенклатуры винтовых и фасонных витых пружин. Предлагаемое изобретение ориентирует производство пружин на отработку оснастки для получения комбинации винтовых пружин сжатия и растяжения, фасонных конических витых пружин в совмещении, представляя собой единую конструктивную комбинацию трех типов пружин, которые по своему пространственному расположению могут выполнять роль гайки в резьбовых соединениях.

Заявляемая пружинная гайка в перспективе может найти применение в автомобильной, автотранспортной промышленности, мебельном производстве, приборостроении и бытовой технике.

Сущность изобретения: гайка выполнена в виде пружины сжатия, концентрично установленной в пружине растяжения и жестко связанной с неопорным торцом гайки. Пружина растяжения выполнена с элементами зацепления под монтажный инструмент и с опорным торцом в виде обратного конуса. 3 ил.

ПРУЖИННАЯ ГАЙКА, содержащая корпус в виде винтовой пружины растяжения, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения стопорения резьбового соединения, повышения удобства обслуживания путем увеличения опорной поверхности и использования при сборке-разборке монтажного инструмента и повышения жесткости, она снабжена винтовой пружиной сжатия, концентрично установленной внутри пружины растяжения и жестко связанной с неопорным торцом гайки, пружина растяжения выполнена с элементами зацепления под монтажный инструмент в виде диаметрально противоположных выступов некруглой формы на средних витках, а ее опорный торец выполнен в виде обратного конуса.