СТОПОРЯЩЕЕСЯ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 2000 года по МПК F16B39/282 

Настоящее изобретение относится к стопорящимся резьбовым соединениям и более точно оно касается таких крепежных изделий, принцип действия которых предусматривает заклинивание для стопорения или защемления резьбы с целью предотвращения нежелательного ослабления затяжки резьбового соединения.

Во многих случаях на практике при использовании крепежных резьбовых разъемных соединений требуется, чтобы они были "стопорящимися". Под термином "стопорящееся соединение" в общем случае понимается резьбовое крепежное соединение, которое включает в себя средство, препятствующее нежелательному ослаблению затяжки соединения в результате действия раскручивающих усилий, превышающих силы трения, препятствующие проворачиванию резьбовых крепежных деталей или изделий соединения друг относительно друга в направлении ослабления затяжки. Во многих случаях при применении стопорящегося резьбового крепежа, помимо всего прочего, требуется, чтобы он легко мог откручиваться, когда это необходимо, сниматься и переустанавливаться без повреждения как элементов самого соединения, так и соединяемых частей изделия (конструкции).

Известны самые различные резьбовые соединения и крепежные изделия заклинивающего стопорящего действия, которые разрабатывались применительно к удовлетворению вышеуказанных требований. Заклинивающее действие вызывает зажатие или защемление взаимодействующих витков резьб в ответ на нежелательное проворачивание одного из элементов резьбового соединения. В таком крепеже защемление резьбы обычно достигается за счет применения наклонной поверхности с углом скоса, превышающим угол наклона витков резьбы так, что, например, вращение гайки в направлении откручивания, ослабления затяжки будет вызывать ее отход назад в осевом направлении со скоростью (шагом) большей, чем это допускается резьбой. Такой характер взаимодействия между заклинивающими (расклинивающими) поверхностями и резьбой элементов соединения реализуется на практике за счет специальных шайб со скошенными поверхностями. В других известных резьбовых самостопорящихся соединениях заклинивающие поверхности входят в состав конструкции самой крепежной гайки.

Применение заклинивающих поверхностей на шайбах описано в US N 428183 Тримбла и других, US N 2665729 Терри и US N 3263727 Герполшеймера. В резьбовых соединениях, рассмотренных в патентах Тримбла и Герполшеймера, используются обычные болт и гайка с парой специальных шайб, размещаемых между гайкой и закрепляемым изделием (конструкцией), причем указанные шайбы выполнены в виде неразрезных кольцевых деталей. В обоих этих технических решениях на торцевой поверхности шайб выполнены зубцы: на внутренней шайбе зубцы выполнены на торце, который упирается в закрепляемое изделие, а на внешней шайбе - на поверхности, которая взаимодействует с гайкой, за счет чего создается большее усилие сопротивления вращению, чем в стыке между контактирующими торцами двух этих шайб. При такой конструкции вращение гайки в направлении ослабления затяжки или отвинчивания будет приводить к проворачиванию заклинивающих поверхностей друг относительно друга и защемлению резьбы с проявлением стопорящего действия, препятствующего ослаблению затяжки резьбового соединения.

В соединении по патенту Тримбла и других на одном из противоположных торцов шайб имеется совокупность скошенных поверхностей, а на противоположном торце - выступ, который взаимодействует с соответствующей скошенной поверхностью. Для снятия гайки в одной из шайб на конце скошенной, наклонной части предусмотрен паз или углубление для приема выступа, за счет чего уменьшается суммарная толщина шайб, и гайку можно отвернуть без защемления взаимодействующих резьб соединения.

В резьбовом соединении Герполшеймера на противоположных торцах шайб имеются противоположно обращенные, взаимодействующие скошенные поверхности. В таком соединении гайка может быть снята в случае приложения достаточно большого момента кручения так, чтобы скошенные поверхности на взаимодействующих торцах шайб находили друг на друга, при этом удлинение болта будет меньше, чем на пределе текучести его материала. Помимо этого предусматривается возможность снятия гайки за счет удержания ее от проворачивания и вращения головки болта в направлении ослабления затяжки без защемления взаимодействующих резьб стопорящими шайбами.

Известно также из US N 2665729 Терри стопорящееся резьбовое соединение с шайбой, выполненной как одна деталь и имеющей наклонные или скошенные заклинивающие поверхности. В этом соединении используется обычный болт и гайка с разрезной шайбой между гайкой и закрепляемым изделием, причем шайба имеет перекрывающиеся внахлест концы с противоположно обращенными скошенными поверхностями. Внутренний торец шайбы, обращенный к закрепляемому изделию, снабжен у свободного конца зубцами или рифлениями; аналогичные зубцы имеются у свободного конца и на внешнем торце, обращенном к гайке. При затяжке гайки зубцы на шайбе зацепляются с поверхностью фиксируемого изделия, противодействуя ее проворачиванию, при этом зубцы на внешней поверхности (торце) шайбы зацепляются с гайкой, перемещаясь вместе с ней в процессе затяжки; в результате этого шайба увеличивается, "раздается" по окружности, а ее толщина на перекрывающихся концах уменьшается до минимума. Такое действие, как указывается в описании изобретения, приводит к растяжению шайб так, что перехлестнутые концы при сжатии сводятся в направлении друг к другу под действием усилий растяжения, действующих по окружности в шайбе; усилия растяжения заставляют свободные концы шайбы сводиться друг к другу так, что взаимодействующие скосы создают усилия расклинивания (заклинивания), результатом которых является защемление резьб болта и гайки и соответственно предотвращение ослабления затяжки и откручивания гайки. В анализируемом резьбовом соединении Терри предусмотрено приспособление для ограничения стопорящего действия с обеспечением возможности снятия гайки с болта при приложении момента кручения в направлении ее откручивания. Указанное приспособление выполнено в виде осевого заплечика на каждом стопорящем скосе; заплечик примыкает к свободному концу другого скоса, ограничивая толщину шайбы на ее свободном конце, когда гайка проворачивается в направлении раскрутки.

Известно также стопорящееся резьбовое соединение, в котором используется разрезная шайба с взаимодействующими поверхностями, аналогичными поверхностям вышерассмотренного технического решения. Это соединение описано в US N 4708555 Терри. В рамках изобретения предусмотрен вариант исполнения с использованием пары шайб с обращенными друг к другу скошенными поверхностями. В этом соединении используется пружинное средство, противодействующее при сжатии относительному перемещению взаимодействующих скошенных поверхностей в направлении затяжки и запасающее энергию для смещения указанных поверхностей в направлении откручивания гайки, за счет чего обеспечивается защемление резьб болта и гайки и стопорение последней. На внутренней поверхности шайбы, которая взаимодействует с закрепляемым изделием, и на внешней поверхности шайбы, которая контактирует с гайкой, выполнены зубцы.

Кроме того, известно стопорящееся резьбовое соединение, в котором стопорящие поверхности выполнены на самой гайке и в котором применена специальная шайба. Такое соединение описано в вышеупомянутых US N 3263727 и US N 4708555. В первом из них головка болта имеет скошенные, наклонные поверхности, которые взаимодействуют с встречно обращенными скошенными поверхностями на специальной шайбе. Эта шайба снабжена зубцами, которые, взаимодействуя с закрепляемыми изделиями, предотвращают проворачивание шайбы вместе с головкой болта при повороте ее в направлении ослабления затяжки соединения. Болт откручивается при приложении момента кручения, достаточного для того, чтобы скошенные поверхности нашли внахлест друг на друга, причем, что важно, указанные заклинивающие поверхности имеют такие размеры, при которых в случае совмещения этих поверхностей напряжения в болте не выходят за предел упругости. Во втором из них говорится о резьбовом соединении в виде болта с гайкой, имеющей заклинивающие скошенные поверхности, которые обращены контактно к аналогичным поверхностям на специальной шайбе. Гайка снимается за счет ее проворачивания одновременно с шайбой в направлении свинчивания для прекращения заклинивающего действия, которое защемляет витки взаимодействующих резьб.

Во многих случаях при применении резьбовых соединений требуется установить крепежные детали так, чтобы в соединении создавалось определенное натяжение (напряженное состояние). Как известно, целью такого натяжения является приложение к закрепляемому изделию (или элементу конструкции) потребного усилия фиксации, а также реализация фрикционного противодействия нежелательному ослаблению затяжки элементов соединения. В общепринятой практике использования резьбовых разъемных соединений для реализации потребного натяжения при затяжке соединения задают вполне определенный момент кручения. Это касается прежде всего стандартных соединений, при установке которых, как правило, выдерживается определенное соотношение между прикладываемым моментом кручения и результирующим натяжением в резьбовом соединении. Однако, известно, что взаимозависимость между моментом закрутки и натягом изменяется значительным образом от случая к случаю; прикладываемый к резьбовому соединению момент закрутки (кручения) определяется во многом фрикционным сопротивлением, которое является многопараметрическим фактором. Фрикционное сопротивление затяжке соединения включает в себя не только силы трения между витками резьб, но и трение между торцом крепежной детали, к примеру гайки, и поверхностью закрепляемого изделия или конструкции, с которой взаимодействует эта деталь. В стандартных резьбовых соединениях соотношение между моментом кручения и натягом в первом приложении известно и является более или менее стабильным, и в каждом конкретном случае задается прогнозируемо применительно к тем частным целям, которым служит данное соединение.

Однако это не относится к самостопорящимся резьбовым соединениям заклинивающего типа, для которых практически крайне трудно спрогнозировать устойчивое соотношение между моментом кручения и натягом в соединении. Это обусловлено прежде всего тем, что в таких соединениях применяются необходимые для стопорения рифленые или зубчатые поверхности (торцы) на гайке или прокладочной шайбе, взаимодействующие с поверхностью закрепляемого изделия или конструкции. Применение таких поверхностей направлено на то, чтобы придать соединению максимум сопротивления закрутке (о чем говорилось выше) и за счет этого обеспечить эффективное защемление взаимодействующих резьб с предохранением крепежной гайки от самораскручивания. Ныне применяемые типы резьбовых разъемных соединений имеют два следующих недостатка: (1) значительное снижение натяга при заданном моменте закрутки вследствие значительного расходования этого момента на сопротивление вращению, порождаемое зацеплением стопорящих зубьев с поверхностью закрепляемого изделия; (2) проворачивание рифлено-зубчатой гайки или шайбы вызывает истирание и задир поверхности изделия. Таким образом, соотношение между моментом затяжки и натягом в соединении при его первичной установке является непредсказуемым, и во многих случаях этот натяг (растягивающее нагружение болта) оказывается недопустимо малым, не обеспечивая надежного сохранения затяжки и потребного усилия крепления изделия. При демонтаже и переустановке соединения взаимодействующие поверхности претерпевают изменения в результате их задира, что еще больше изменяет соотношение между потребным крутящим моментом затяжки и натяжением в соединении. Помимо этого поверхностные повреждения могут привести к концентрации напряжений и ослаблению зоны вокруг посадочных отверстий болтов.

Указанные негативные явления в значительной мере устранены в конструкции стопорящегося резьбового соединения, описанного в EP 0350711 A1 и содержащего резьбовой стержневой хвостовик с резьбой, проходящей витками в направлении завинчивания вдоль от его внешнего конца к внутреннему, и гаечную сборку, включающую первую гаечную деталь со сквозным отверстием для свободного прохода резьбового хвостовика и вторую гаечную деталь с резьбовым отверстием под резьбовой хвостовик, располагаемую ближе к его внешнему концу, чем первая гаечная деталь, уступы на первой и второй гаечных деталях для совместного вращения при проворачивании второй гаечной детали в направлении завинчивания и скосы на первой и второй гаечных деталях для осевого расклинивания этих деталей при проворачивании второй детали на резьбовом хвостовике в направлении ослабления завинчивания, причем скосы имеют угол расклинивания больше угла наклона витков резьбы для создания защемления взаимодействующих резьб и блокирования отвинчивания второй гаечной детали.

В свете вышесказанного задачей настоящего изобретения является разработка усовершенствованного резьбового соединения стопорно-заклинивающего типа, которая улучшала бы известные соединения подобного рода.

Эта задача решается с помощью предложенного стопорящегося резьбового соединения, содержащего стержневой хвостовик с резьбой, проходящей витками в направлении завинчивания вдоль от внешнего конца хвостовика к внутреннему, гаечную сборку, включающую первую гаечную деталь со сквозным отверстием для свободного прохода резьбового хвостовика и вторую гаечную деталь с резьбовым отверстием под резьбовой хвостовик, располагаемую ближе к его внешнему концу, чем первая гаечная деталь, уступы на первой и второй гаечных деталях для совместного вращения при проворачивании второй детали в направлении завинчивания и скосы на первой и второй гаечных деталях для осевого расклинивания этих деталей при проворачивании второй детали на резьбовом хвостовике в направлении ослабления завинчивания, причем скосы имеют угол расклинивания больше угла наклона витков резьбы для создания защемления взаимодействующих резьб и блокирования отвинчивания второй гаечной детали. Согласно изобретению резьбовое соединение содержит третью гаечную деталь со сквозным отверстием для свободного прохода резьбового хвостовика, при этом первая деталь расположена между третьей и второй деталями, а третья гаечная деталь имеет плоскую внутреннюю поверхность для взаимодействия с поверхностью закрепляемого изделия и плоскую внешнюю поверхность для взаимодействия с плоской внутренней поверхностью первой гаечной детали, причем взаимодействующие поверхности уступов имеют коэффициент трения в стыке между ними меньше, чем коэффициент трения в стыке между плоской внешней поверхностью третьей детали и плоской внутренней поверхностью первой детали, причем последний коэффициент меньше коэффициента трения в зоне контакта между плоской внутренней поверхностью третьей детали и поверхностью закрепляемого изделия.

В предпочтительной форме выполнения резьбового соединения согласно изобретению оно имеет множество скошенных поверхностей на внешнем торце первой гаечной детали и такое же множество скошенных поверхностей на внутреннем торце второй гаечной детали и продольно ориентированные уступы, расположенные между смежными скосами так, что вращение второй детали в направлении завинчивания приводит к взаимодействию между уступами второй и первой деталей, а взаимодействие скошенных поверхностей при проворачивании второй детали относительно первой в направлении ослабления завинчивания вызывает аксиальное смещение второй детали относительно первой.

При этом целесообразно сделать так, чтобы первая и вторая гаечные детали имели для захвата инструментом приемные грани одинаковой конфигурации, совпадающие по плоскости положения друг с другом при взаимодействии уступов. Целесообразно также поверхность резьбового отверстия второй гаечной детали и поверхность скосов на этой детали покрыть смазкой.

В другой форме предпочтительного выполнения изобретения вторая гаечная деталь имеет входящую в отверстие первой гаечной детали осевую цилиндрическую втулочную часть с кольцевым фланцем увеличенного диаметра по сравнению с диаметром концевой части отверстия для ограничения аксиального перемещения между первой и второй деталями.

Еще в одном варианте предпочтительного выполнения изобретения резьбовое отверстие второй гаечной детали имеет резьбу, проходящую от ее внешнего торца в цилиндрическую втулочную часть.

Задача изобретения решается также с помощью стопорящегося резьбового соединения, содержащего стержневой хвостовик с резьбой, проходящей витками в направлении завинчивания вдоль от внешнего конца хвостовика к внутреннему, гаечную сборку, включающую первую гаечную деталь со сквозным отверстием для свободного прохода резьбового хвостовика и вторую гаечную деталь с резьбовым отверстием для навинчивания на резьбовой хвостовик, располагаемую ближе к его внешнему концу, чем первая гаечная деталь, уступы на первой и второй деталях для совместного их вращения при проворачивании второй детали в направлении завинчивания и скосы на первой и второй деталях для осевого расклинивания этих деталей при проворачивании второй детали на резьбовом хвостовике в направлении ослабления завинчивания, причем скосы имеют угол расклинивания больше угла наклона витков резьбы для защемления взаимодействующих резьб и блокирования отвинчивания второй детали. Согласно изобретению предусмотрены третья деталь со сквозным отверстием для свободного прохода резьбового хвостовика, при этом первая деталь расположена между второй и третьей деталями, а третья деталь имеет плоскую внутреннюю поверхность для взаимодействия с поверхностью закрепляемого изделия, муфтовое зацепление с множеством скосов на внешнем торце третьей детали и таким же множеством скосов на внутреннем торце первой детали для передачи крутящего момента от первой детали к третьей в направлении завинчивания и множеством уступов на первой детали и таким же множеством уступов на третьей детали для передачи крутящего момента от первой детали к третьей в направлении отвинчивания, при этом максимальный крутящий момент, передаваемый посредством зацепления уступов в направлении отвинчивания больше, чем максимальный крутящий момент, передаваемый посредством скосов в направлении завинчивания.

Благодаря использованию дополнительного средства механического взаимостопорения, обеспечивающего вращательное соединение безрезьбовой гаечной детали и третьей детали с противодействием проворачиванию резьбовой гаечной детали в направлении ослабления затяжки, достигается более жесткий контроль момента развинчивания соединения, чем момента его затяжки.

Предложенное стопорящееся резьбовое соединение позволяет реализовать строго прогнозируемое и устойчивое соотношение между моментом закрутки гайки и натягом в соединении при максимально эффективном использовании прикладываемого момента для создания натяга.

Другой особенностью заявленного стопорящегося резьбового соединения является то, что создаваемое в нем усилие затяжки распределяется по большему числу витков гайки и болта, чем в ныне применяемых соединениях такого типа.

Существо изобретения раскрывается ниже в подробном описании частных предпочтительных вариантов исполнения предложенного стопорящегося резьбового соединения со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг.1 приведен общий вид двухэлементной (двухдетальной) сборной гайки с местным продольным разрезом,
на фиг. 2 - вид сбоку двухэлементной гайки,
на фиг. 3 - местный вид гайки,
на фиг. 4 - резьбовое соединение с двухэлементной гайкой в затянутом состоянии,
на фиг. 5 - резьбовое соединение, в котором резьбовая гаечная деталь сборной гайки находится в застопоренном состоянии,
на фиг. 6 - общий вид (с местным разрезом-вырезом) трехэлементной сборной гайки по второму варианту исполнения изобретения,
на фиг. 7 - в изометрии деталировка трехэлементной гайки в видоизмененном варианте исполнения,
на фиг. 8 - вид сверху на внутренний (тыльный) торец промежуточной детали трехэлементной гайки, изображенной на фиг. 7,
на фиг. 9 - вид сбоку взаимного положения заклинивающих безрезьбовых деталей сборной гайки, изображенной на фиг. 7, 8.

Рассмотрим подробно поясняющие чертежи, на которых в качестве примера представлены частные варианты исполнения заявленного сборного крепежного гаечного изделия (в вариантах двухдетальной и трехдетальной сборки). Здесь уместно подчеркнуть, что эти варианты конструктивного исполнения гайки носят сугубо иллюстративный характер: на практике и сама сборная гайка, и головка болта могут быть выполнены самым различным образом, имея то или иное конструктивное оформление в зависимости от конкретного назначения рассматриваемого резьбового соединения.

Вариант двухэлементного исполнения заявленного стопорящегося резьбового соединения представлен на фиг.1-5. В конструкцию сборной гайки, обозначенной в целом позицией 10, входят резьбовая гаечная деталь (элемент) 12 и безрезьбовая, гладкая внутри гаечная деталь 14. Деталь 12 имеет обычную, например, правостороннюю резьбу и навинчивается на резьбовой хвостовик 16 болта 18. Последний проходит через отверстие в закрепляемом изделии (конструкции) 22, при этом его головка упирается в тыльную поверхность изделия с противоположной стороны.

Для взаимного стопорения сборной гайки 10 на болте 18 и соответственно предотвращения ослабления затяжки резьбового соединения и свинчивания гайки предусмотрено заклинивающее средство 24 на торцах резьбовой гаечной детали 12 и безрезьбовой гаечной детали 14, обеспечивающее заклинивающее отжатие друг от друга указанных деталей при повороте резьбовой гаечной детали 12 в направлении ослабления затяжки (свинчивания). Заклинивающее средство 24 включает в себя совокупность плоских скосов (скошенных поверхностей) 26 на внешнем (переднем) торце безрезьбовой гаечной детали 14 (в данном случае таких скосов 6). Каждый скос 26 имеет нижний, утопленный конец (по отношению к основанию гаечной детали 14) и верхний, выступающий конец. Смежные скосы соединяются друг с другом уступом-заплечиком 28, связывающим верхний конец одного скоса с нижним концом другого скоса. Каждый уступ 28 имеет определенный угол наклона по отношению к основанию гладкой гаечной детали 14, который значительно больше угла наклона упомянутых плоских скосов 26. В состав заклинивающего средства входит также совокупность скосов 32 на внутреннем торце резьбовой гаечной детали 12. Каждый скос 32 имеет верхний, выступающий конец, и нижний, утопленный конец, относительно внешнего торца данной гаечной детали. Нижний конец одного скоса 32 соединяется с верхним концом соседнего скоса уступом-заплечиком 34. Угол наклона скосов 32 точно такой же, как и у скосов 26; это же касается и уступов 34 и 28. Таким образом внутренний торец гаечной детали 12 стыкуется конгруэнтно с внешним торцом детали 14 при определенном взаимном поворотном положении этих деталей, при котором уступы 28 и 34 упираются друг в друга, а скосы 26 и 32 плотно поджимаются друг к другу. Это исходное положение взаимного контакта показано на фиг.4. Угол скосов 26 и 32 относительно плоскости, перпендикулярной оси резьбы, существенно больше, чем угол наклона витков резьбы, что сделано с целью реализации заклинивающего стопорящего действия, о котором говорилось выше.

Безрезьбовая гаечная деталь 14 имеет сквозное отверстие 36, через которое свободно пропускается болт 18. Рассматриваемая деталь имеет цилиндрическое основание 38 и гексагональную головку 42, которая заканчивается профилированным верхним торцом со скосами 26 и уступами 28. Внутренний торец 44 безрезьбовой детали 14 имеет плоскую кольцевую поверхность и используется для опорной посадки на плоскую поверхность закрепляемого изделия 22. Обе гаечные детали 14, 12 в общем случае выполняются из стали холодным фасонированием (штамповкой). Аналогичным образом выполняется и болт 18. Изделие (конструкция) 22 может быть выполнено из черного металла. Следует указать, что рассматриваемые крепежные детали резьбового соединения и закрепляемые изделия могут быть выполнены из самых различных материалов.

Двухэлементная самостопорящаяся гайка 10 устроена таким образом, что коэффициент трения в стыке между внутренним (тыльным) торцом резьбовой детали 12 и внешним (передним) торцом безрезьбовой детали 14 и между взаимодействующими резьбами меньше, чем коэффициент трения в стыке между внутренним торцом 44 безрезьбовой гаечной детали 14 и поверхностью закрепляемого изделия 22. Это реализуется за счет того, что на резьбу 13 гаечной детали 12 наносится смазочное покрытие 46; аналогичная смазка 48 имеется на скосах 32 и выступах 34. Смазочные покрытия 46 и 48 могут быть выполнены в виде сухого смазочного материала, являющегося составной частью той или иной детали соединения. Предпочтительным в этом смысле является сухая твердопленочная смазка, содержащая смесь политетрафторэтилена и мелидисульфида. Такая смазка наносится обычным образом в процессе изготовления крепежной детали.

Резьбовая гаечная деталь 12 и безрезьбовая деталь 14 имеют для захвата инструментом боковые грани одинакового размера (в данном случае таких граней 6). Это позволяет использовать один и тот же вращательный инструмент для затяжки гайки 10 с захватом только детали 12, вращая обе детали 12 и 14 при свинчивании этой сборной гайки (более подробно эти операции будут рассмотрены ниже).

Желательно, чтобы безрезьбовая гаечная деталь 14 была фиксировано взаимосвязана с резьбовой деталью 12. Это обеспечивается с помощью продольно отходящего цилиндрического хвостовика или втулки 52, которая входит в безрезьбовую деталь 14. С этой целью проходное отверстие 36 безрезьбовой детали 14 сделано на конце с меньшим диаметром на внешнем конце для приема втулочного хвостовика 52 цилиндрической формы. После введения хвостовика 52 в сквозное отверстие 36 он, деформируясь радиально наружу, образует кольцевой фланец или ободковый раструб 54. Такое соединение ограничивает свободу перемещения в аксиальном направлении между гаечными деталями 12 и 14, не ограничивая их в поворотном движении друг относительно друга. Желательно, чтобы резьба проходила и по втулочному хвостовику 52. В этом случае зона резьбовой взаимосвязи с хвостовиком 16 болта удлинится. Поскольку втулка 52 является относительно тонкостенным элементом, витки резьбы на ней будут "поглощать" часть нагрузки от резьбового хвостовика болта, уменьшая нагрузку на резьбе внешней части гаечной детали 12.

При использовании двухэлементной самостопорящейся сборной гайки 10 ее резьбовая деталь 12 навинчивается на резьбовой хвостовик болта 18 с помощью соответствующего гаечного ключа, создающего необходимый момент кручения. При затяжке уступы 34 будут взаимодействовать упорно с уступами 28 так, что безрезьбовая деталь 14 будет вращаться вместе с резьбовой гаечной деталью 12. Внутренний торец 44 безрезьбовой детали 14 будет упираться и прокручиваться скользящим образом по поверхности закрепляемого изделия 22. Поскольку торец 44 гладкий и плоский, он не будет задирать или шабрить поверхность изделия 22. Далее, благодаря наличию плоского торца 44, отношение "крутящий момент/натяг" в рассматриваемом соединении будет таким же, как в стандартном нестопорящемся резьбовом соединении.

При проворачивании резьбовой гаечной детали 12 в направлении ослабления затяжки (в результате вибрации или действия какого-то случайного постороннего усилия) скосы 32 будут надвигаться сверху на скосы 26. Ввиду того, что угол наклона скоса 26 больше угла наклона витков резьбы 13, результирующее взаимное поворотное перемещение деталей 12, 14 приведет к защемлению, зажатию витков резьбы 13 по отношению к резьбе болта 18. Это, в свою очередь, увеличит натяг (натяжение) болта 18 и предотвратит дальнейшее откручивание резьбовой гаечной детали 12, стопоря таким образом сборную гайку 10 в затянутом состоянии. При необходимости ослабления затяжки соединения и снятия гайки 10 гаечный ключ устанавливается на шестигранные головки обеих гаечных деталей 12 и 14, и они вращаются вместе так, что резьбовая деталь 12 скручивается с резьбового хвостовика 16 болта.

Изобретение, рассматриваемое применительно к конструкции двух- и трехэлементной сборной гайки, с равным успехом может быть распространено и на конструкцию головки болта, то есть головке болта может быть придана форма резьбовой детали 12, взаимодействующей с опорной безрезьбовой деталью 14 таким же образом, как в вышерассмотренной гаечной сборке.

Далее рассматривается трехэлементный вариант сборной гайки, относящейся к данному изобретению и представленной в сборе на фиг. 6. Самостопорящаяся сборная гайка 60 включает в себя резьбовую гаечную деталь 12', безрезьбовую ограненную деталь 14' и шайбу 62. Шайба 62 имеет плоско-кольцевую форму со сквозным отверстием, в которое на свободной посадке может вставляться болт, пропускаемый через закрепляемое изделие (не показано). Проходное отверстие 64 шайбы 62 имеет конусность с меньшим диаметром на внешнем торце. Резьбовая гаечная деталь 12' и безрезьбовая гаечная деталь 14' имеют в целом такую же конструкцию, что и гаечные детали 12 и 14 в первом варианте исполнения изобретения, рассмотренном применительно к фиг. 1-5, за исключением следующих отличий. Гаечная деталь 12' имеет расходящуюся или цилиндрическую юбочно-хвостовую втулочную часть 52, которая проходит полностью через всю безрезьбовую гаечную деталь 14', входя в сквозное отверстие опорной шайбы 62. Втулочная часть 52'детали 12' деформируется наружу после введения в шайбу 62, удерживая вместе деталь 14' и указанную шайбу в сборе с резьбовой деталью 12'. Заклинивающее средство 24' между гаечными деталями 12' и 14' аналогично средству 24, рассмотренному в конструкции соединения, представленного на фиг. 1-5. Резьба 13' и внутренний торец резьбовой гаечной детали 12' и внешний торец гаечной детали 14' имеют смазочное покрытие, аналогичное смазке в рассмотренном первом варианте сборной гайки. Безрезьбовая гаечная деталь 14' показана на фиг. 6 как плоская шестигранная головка; в определенных случаях она может иметь фланец, аналогичный фланцу 38 на фиг.1.

В варианте трехэлементной сборной гайки 60, представленной на фиг. 6, опорная шайба 62 имеет внешний торец 66 и внутренний торец 68, которые образуют рабочие поверхности самостопорящейся сборной гайки 60, обладающей изначально за счет своего конструктивного решения вполне ощутимыми положительными качествами для потребителя. Это подразумевает то, что при применении данной сборной гайки в составе резьбового соединения последнее при затяжке или раскручивании не будет вызывать повреждение поверхности закрепляемого изделия или конструкции, позволяя в то же время с высокой точностью выдерживать на заданном уровне и с надежной повторяемостью от изделия к изделию соотношение между крутящим моментом и натягом болта в соединении. В этой трехдетальной сборной гайке коэффициент трения в стыке между торцом 68 опорной шайбы и закрепляемым изделием 22' больше, чем коэффициент трения между взаимодействующими торцами безрезьбовой гаечной детали 14' и шайбы 62, который, в свою очередь, больше коэффициента трения между витками резьб и взаимодействующими торцами резьбовой детали 12' и безрезьбовой детали 14'. Внутренний тыльный торец 68 шайбы 62 имеет очень большой коэффициент трения в стыке с поверхностью закрепляемого изделия; это достигается за счет применения соответствующего покрытия 72 с большим коэффициентом трения.

При установке трехэлементной стопорящейся сборной гайки 60 шайба 62 проворачивается после первичной затяжки совсем немного, а потом в ходе дальнейшей затяжки резьбового соединения вообще прекращает вращаться. Эта шайба не будет проворачиваться и под действием вибрационных нагрузок и при снятии гайки.

На фиг. 7, 8 и 9 представлен модифицированный вариант трехдетальной стопорящейся сборной гайки, обозначенной в целом позицией 60'. В этой сборной гайке резьбовая деталь 12'' точно такая же, как и на фиг.6; безрезьбовая гаечная деталь 14'' и шайба 62' несколько отличаются от деталей 14', 62 гаечной сборки, показанной на фиг.6. Смысл этого отличия состоит в следующем. Между внешним (передним) торцом 66' шайбы 62' и внутренним торцом 78 гладкой гаечной детали 14'' имеется механическая связь 76. Эта связь реализована в виде муфтового зацепления с совокупностью выступающих скосов 82 на внешнем торце 66' шайбы 62'. Выступающие скосы с интервалом разнесены друг относительно друга, разделяясь плоскостными промежутками 84. Целесообразно обратить внимание на то, что рассматриваемые скосы 82 имеют плавный наклон, заканчиваясь на уровне плоской разделительной перемычки (торцевой поверхности) нижним концом, а с противоположной стороны - верхним, выступающим кромочным концом, ориентируясь по ходу от нижнего к верхнему концу в направлении закручивания, затяжки резьбовой гаечной детали 12''. Верхний кромочный конец каждого скоса заканчивается на уступе, который опускается до плоскости торца под сравнительно большим углом. Аналогичные скосы 86, имеющие уступы 87, расположены и на внутреннем торце 78 гладкой гаечной детали 14''. Эти скосы разделены плоскими промежутками 88 и имеют точно такую же конструкцию, что и скосы 82, уступы 83 и промежутки 84. Такое зубчатое зацепление обеспечивает контролируемое сопротивление вращению в обоих направлениях с увеличенным моментом откручивания (отвинчивания гайки), чем без этих-скосов. При необходимости с помощью такой зубчатой передачи можно реализовать больший по величине момент развинчивания, чем момент завинчивания гайки.

В заключение необходимо указать, что, несмотря на то, что существо изобретения было рассмотрено к определенным, вполне конкретным вариантам его технического исполнения, эти варианты не следует рассматривать как ограничивающие и единственно возможные. В принципе, на практике в конструкцию заявляемой сборной гайки могут быть внесены самые различные изменения и усовершенствования, допустимый объем и содержание которых определяются признаками формулы изобретения, приводимой ниже.

Изобретение относится к стопорящимся резьбовым соединениям и касается таких крепежных изделий, принцип действия которых предусматривает заклинивание для стопорения или защемления резьбы с целью предотвращения нежелательного ослабления затяжки резьбового соединения. Стопорящееся резьбовое соединение содержит стержневой резьбовой хвостовик и гаечную сборку, включающую первую и вторую гаечные детали, имеющие соответствующие скосы и уступы для взаимного зацепления. Кроме того, оно содержит третью гаечную деталь со сквозным отверстием для прохода резьбового хвостовика, первая деталь располагается между второй и третьей. При этом третья гаечная деталь имеет плоские внешнюю и внутреннюю поверхности. В другом варианте исполнения стопорящегося резьбового соединения третья гаечная деталь имеет плоскую внутреннюю поверхность для взаимодействия с поверхностью закрепляемого изделия, а на внешней поверхности имеет скосы и уступы для взаимодействия со скосами и уступами на первой гаечной детали, первая и вторая гаечные детали также контактируют друг с другом посредством скосов и уступов. В результате создано усовершенствованное резьбовое соединение стопорно-заклинивающего типа, которое улучшает все известные соединения подобного рода. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Стопорящееся резьбовое соединение, содержащее стержневой хвостовик с резьбой, проходящей витками в направлении завинчивания вдоль от внешнего конца хвостовика к внутреннему, гаечную сборку, включающую первую гаечную деталь со сквозным отверстием для свободного прохода резьбового хвостовика и вторую гаечную деталь с резьбовым отверстием под резьбовой хвостовик, располагаемую ближе к его внешнему концу, чем первая гаечная деталь, уступы на первой и второй гаечных деталях для совместного вращения при проворачивании второй детали в направлении завинчивания и скосы на первой и второй гаечных деталях для осевого расклинивания этих деталей при проворачивании второй детали на резьбовом хвостовике в направлении ослабления завинчивания, причем скосы имеют угол расклинивания больше угла наклона витков резьбы для создания защемления взаимодействующих резьб и блокирования отвинчивания второй гаечной детали, отличающееся тем, что оно содержит третью гаечную деталь со сквозным отверстием для свободного прохода резьбового хвостовика, при этом первая деталь расположена между третьей и второй деталями, а третья гаечная деталь имеет плоскую внутреннюю поверхность для взаимодействия с поверхностью закрепляемого изделия и плоскую внешнюю поверхность для взаимодействия с плоской внутренней поверхностью первой гаечной детали, причем взаимодействующие поверхности уступов имеют коэффициент трения в стыке между ними меньше, чем коэффициент трения в стыке между плоской внешней поверхностью третьей детали и плоской внутренней поверхностью первой детали, причем последний коэффициент меньше коэффициента трения в зоне контакта между плоской внутренней поверхностью третьей детали и поверхностью закрепляемого изделия. 2. Стопорящееся резьбовое соединение по п.1, отличающееся тем, что имеет множество скошенных поверхностей на внешнем торце первой гаечной детали и такое же множество скошенных поверхностей на внутреннем торце второй гаечной детали и продольно ориентированные уступы, расположенные между смежными скосами так, что вращение второй детали в направлении завинчивания приводит к взаимодействию между уступами второй и первой деталей, а взаимодействие скошенных поверхностей при проворачивании второй детали относительно первой в направлении ослабления завинчивания вызывает аксиальное смещение второй детали относительно первой. 3. Стопорящееся резьбовое соединение по п.2, отличающееся тем, что первая и вторая гаечные детали имеют для захвата инструментом приемные грани одинаковой конфигурации, совпадающие по плоскости положения друг с другом при взаимодействии уступов. 4. Стопорящееся резьбовое соединение по п.2, отличающееся тем, что поверхность резьбового отверстия второй гаечной детали и поверхность скосов на этой детали покрыты смазкой. 5. Стопорящееся резьбовое соединение по п.2, отличающееся тем, что вторая гаечная деталь имеет входящую в отверстие первой гаечной детали осевую цилиндрическую втулочную часть с кольцевым фланцем увеличенного диаметра по сравнению с диаметром концевой части отверстия для ограничения аксиального перемещения между первой и второй деталями. 6. Стопорящееся резьбовое соединение по п.5, отличающееся тем, что резьбовое отверстие второй гаечной детали имеет резьбу, проходящую от ее внешнего торца в цилиндрическую втулочную часть. 7. Стопорящееся резьбовое соединение, содержащее стержневой хвостовик (16) с резьбой, проходящей витками в направлении завинчивания вдоль от внешнего конца хвостовика к внутреннему, гаечную сборку, включающую первую гаечную деталь (14'') со сквозным отверстием (36) для свободного прохода резьбового хвостовика (16) и вторую гаечную деталь (12'') с резьбовым отверстием (13') для навинчивания на резьбовой хвостовик (16), располагаемую ближе к его внешнему концу, чем первая гаечная деталь (14''), уступы (28, 34) на первой (14'') и второй деталях (12'') для совместного их вращения при проворачивании второй детали в направлении завинчивания и скосы (26, 32) на первой (14'') и второй (12'') деталях для осевого расклинивания этих деталей при проворачивании второй детали (12'') на резьбовом хвостовике (16) в направлении ослабления завинчивания, причем скосы (26, 32) имеют угол расклинивания больше угла наклона витков резьбы для защемления взаимодействующих резьб и блокирования отвинчивания второй детали (12''), отличающееся тем, что оно содержит третью деталь (62') со сквозным отверстием для свободного прохода резьбового хвостовика (16), при этом первая деталь (14'') расположена между второй (12'') и третьей (62') деталями, а третья деталь (62') имеет плоскую внутреннюю поверхность для взаимодействия с поверхностью (22') закрепляемого изделия, муфтовое зацепление (76) с множеством скосов (82) на внешнем торце третьей детали (62') и таким же множеством скосов (86) на внутреннем торце первой детали (14'') для передачи крутящего момента от первой детали (14'') к третьей в направлении завинчивания и множеством уступов (87) на первой детали (14'') и таким же множеством уступов (83) на третьей детали (62') для передачи крутящего момента от первой детали (14'') к третьей (62') в направлении отвинчивания, при этом максимальный крутящий момент, передаваемый посредством зацепления уступов (87, 83) в направлении отвинчивания больше, чем максимальный крутящий момент, передаваемый посредством скосов (82, 86) в направлении завинчивания.