БОЛТ Российский патент 2001 года по МПК F16B35/02 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в качестве датчика момента, или угла отвинчивания, или определенной величины вывинчивания болта из отверстия, или охранного устройства для защиты от несанкционированного вскрытия охраняемых объектов.

Известен "Болт, устанавливаемый в глухое отверстие" (патент США N 3861268, F 16 B 21/00). Болт содержит удлиненный стержень, на одном конце которого выполнена резьба, а на втором конце прорезь. В прорези соосно стержню установлен желоб, в котором в осевом направлении может перемещаться полусферический направляющий шарнирный элемент. Однако резьбовая часть известного болта является целостной и не может увеличивать свою длину, а полусферический направляющий шарнирный элемент хоть и является подвижным, однако располагается внутри объема стержня болта, не выходит за его габариты и не взаимодействует с резьбой ответной детали.

Известно также "Усовершенствование винтов, шурупов и болтов" (заявка Великобритании N 562733, F 16 B 35/00, 13.07.1944 г.). Усовершенствование заключается в том, что болт, устанавливаемый в резьбовое отверстие, содержит удлиненный полый стержень, на одном конце которого выполнена резьба, и дополнительный элемент, на одном конце которого также выполнена резьба. При этом стык, по которому соединяются резьбовые части удлиненного полого стержня и дополнительного элемента в единую резьбовую поверхность, выполнен в виде плоского сечения. Дополнительный элемент проходит по оси болта вдоль всего удлиненного полого стержня и, выходя за его пределы, ограничивается от возможных перемещений по оси болта с одной стороны своей резьбовой частью, а с другой стороны - головкой. При этом для завинчивания болта в отверстие необходимо прикладывать усилие завинчивания и к головке удлиненного полого стержня, и к головке дополнительного элемента одновременно. Однако удлинить свой размер при отвинчивании болт не может. Поскольку при отвинчивании болта за обе головки удлиненного полого стержня и дополнительного элемента, он просто начнет вывинчиваться из отверстия полностью, а при отвинчивании за одну из головок болт будет контриться в отверстии.

Известное "Усовершенствование винтов, шурупов и болтов" принято в качестве прототипа (заявка Великобритании N 562733, F 16 B 35/00, 13.07.44 г. ).

В некоторых областях техники стоит задача увеличения длины болта в габаритах стандартного болта, со стандартными приемами работы при его установке-снятии, пользуясь при этом стандартным инструментом, для создания охранного устройства повышенной надежности, или датчика момента или величины отвинчивания болта.

Решение этой задачи достигается тем, что предлагаемый болт, устанавливаемый в резьбовое отверстие, содержащий удлиненный полый стержень, на одном конце которого выполнена резьба и установлен дополнительный элемент, выполненный в виде стержня, на одном конце которого также выполнена резьба, отличающийся тем, что внутренняя поверхность удлиненного полого стержня, концентричная наружной резьбе, выполнена ступенчатой с большим и меньшим диаметрами, причем поверхность с меньшим диаметром выходит на его торец, а поверхность, расположенная между поверхностями внутренней полости с большим и меньшим диаметрами, выполнена в виде части храпового соединения, передающего вращательное движение от удлиненного полого стержня к дополнительному элементу при отвинчивании болта, а торец удлиненного полого стержня выполнен в виде части храпового соединения, передающего вращательное движение от удлиненного полого стержня к дополнительному элементу при завинчивании болта, дополнительный элемент установлен в удлиненный полый стержень таким образом, что его резьба является продолжением резьбы удлиненного полого стержня при взаимодействии частей храпового соединения на наружном торце удлиненного полого стержня и на дополнительном элементе, причем другой конец дополнительного элемента выполнен в виде ступенчатого стержня, установленного с возможностью взаимодействия его боковых поверхностей со ступенчатой поверхностью внутренней полости удлиненного полого стержня, а поверхность, расположенная между поверхностями дополнительного элемента с большим и меньшим диаметрами, выполнена в виде ответной части храпового соединения, взаимодействующего с частью храпового соединения, выполненной на поверхности, расположенной между поверхностями с большим и меньшим диаметрами удлиненного полого стержня при отвинчивании, при этом углы подъема выступов обоих храповых соединений выполнены одинаковыми и удовлетворяют условию:

где - угол подъема выступов храпового соединения - угол между поверхностями, образующими заходные выступы храпового соединения и плоскостью, перпендикулярной оси болта;
- угол подъема резьбы болта,
при этом углы подъема выступов храпового соединения и подъема резьбы совпадают по направлению, а высота выступов храпового соединения и шаг резьбы удовлетворяют соотношению:
Z ≤ t/n,
где Z - высота выступов храпового соединения;
t - шаг резьбы болта;
n - количество заходов храпового соединения.

Часть стыка храпового соединения, относящаяся к удлиненному полому стержню, являющегося ведущей деталью в обоих рассматриваемых стыках, предшествует по направлению, совпадающему с направлением поступательного движения болта, части храпового соединения, относящейся к дополнительному элементу, являющемуся ведомой деталью, при этом величина h, на которую удлиняется болт при отвинчивании, связана с количеством его полных оборотов от исходного положения после полного завинчивания до размера h и величиной угла разворота храповых стыков X1 и X2 друг относительно друга, для обеспечения их совпадения при отвинчивании болта, после достижения им расчетного удлинения, условием:
tgα_рб = (h-txω)/Rβ,
где α_рб - угол подъема резьбы болта;
h - величина удлинения болта;
t - шаг резьбы болта;
ω - количество полных оборотов болта от начала вывинчивания до размера h;
R - наружный радиус резьбы болта;
β - угол, на который полный угол отвинчивания болта от исходного положения до величины h превышает угол, соответствующий количеству его полных оборотов от исходного положения (болт полностью ввернут в резьбовое отверстие до упора) до величины h, равный углу разворота храповых стыков X1 и X2 друг относительно друга.

Вторая деталь болта может быть выполнена полой.

Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в увеличении длины болта, т.е. болт может раздвигаться за счет удлинения резьбовой части при отвинчивании и таким образом может быть использован в качестве датчика момента отвинчивания болта, контакты которого, установленные внутри болта, разрываются в момент отвинчивания, или при достижении определенной величины отвинчивания.

При этом за счет того, что заявляемая конструкция не выходит за габариты стандартного болта, является практически единой деталью и для его установки-снятия используются стандартные приемы (он ничем внешне не отличается от стандартных болтов, как по форме, так и по приемам его установки-снятия), болт может использоваться как охранное устройство с повышенной надежностью, которое срабатывает при попытке вскрытия охраняемого объекта.

Увеличение общей длины болта происходит за счет удлинения резьбовой части на определенную конкретную величину при отвинчивании болта из отверстия ответной детали.

В заявляемом изобретении резьбовая часть болта выполнена из двух частей, причем резьбовая часть дополнительного элемента взаимодействует с отвинчиваемой резьбовой частью удлиненного полого стержня, связанной с головкой болта, посредством храпового соединения X1, располагаемого по месту стыка резьбовых частей болта и передающего вращение от удлиненного полого стержня к дополнительному элементу при завинчивании. При отвинчивании, когда вращение от одной резьбовой части к другой должно передаваться в направлении, обратном завинчиванию, данный стык перестает работать и резьбовые детали начинают расходиться. При этом резьбовая часть дополнительного элемента остается в отверстии, а вторая, связанная с головкой болта и принадлежащая удлиненному полому стержню, начинает вывинчиваться из отверстия. Расстояние между резьбовыми деталями увеличивается и достигает величины удлинения болта h. В этот момент резьбовые детали соединяются по внутреннему храповому соединению X2, которое может передавать вращение при отвинчивании, после чего, при дальнейшем вывинчивании резьбовых деталей, они вывинчиваются как единое целое и болт извлекается из отверстия. Таким образом, благодаря заявляемой конструкции и выбору взаимосвязанных признаков, конструкция болта увеличивает свою общую длину и в результате может быть создана конструкция надежного охранного устройства.

Конструкция предлагаемого технического решения представлена на чертеже.

Она состоит из двух взаимодействующих деталей - удлиненного полого стержня 1 и входящего в него по внутреннему ступенчатому соосному отверстию дополнительного элемента 2. Внутреннее ступенчатое отверстие выполнено в теле удлиненного полого стержня.

Детали болта 1 и 2 могут перемещаться вдоль оси болта по цилиндрическим поверхностям Y1 и Y2 внутреннего ступенчатого отверстия и вращаться друг относительно друга по оси болта, взаимодействуя при этом по разъемам X1 и X2, представляющим собой двухзаходные храповые соединения. Поверхность Y1 представляет собой больший диаметр ступенчатого отверстия, а поверхность Y2 - меньший диаметр. По разъему X1 детали взаимодействуют при завинчивании, а по разъему X2 - при отвинчивании. При этом, для передачи вращения от удлиненного полого стержня 1 (ведущая деталь в рассматриваемой паре) к дополнительному элементу 2 (ведомая деталь) удлиненный полый стержень должен быть первым по направлению перемещения болта. Т.е. при завинчивании болта необходимо, чтобы по стыку X1 часть храпового соединения, принадлежащая удлиненному полому стержню 1, располагалась над частью храпового соединения, принадлежащей дополнительному элементу 2. А при отвинчивании по стыку X2 необходимо, чтобы часть храпового соединения, принадлежащая удлиненному полому стержню 1, находилась под частью храпового соединения, принадлежащей дополнительному элементу 2, поскольку направление перемещения при этом меняется на обратное. Направление перемещения болта при завинчивании и вывинчивании соответствует показанному на чертеже.

Удлиненный полый стержень 1 представляет собой болт, в резьбовой части которого выполнено внутреннее ступенчатое отверстие соосно наружной его поверхности, а на торце выполнен наружный храповой разъем X1, передающий вращение от детали 1 к детали 2 при завинчивании. На внутреннем кольцевом торце, расположенном во внутреннем ступенчатом отверстии между цилиндрическими поверхностями Y1 и Y2, выполнена часть храпового соединения X2, передающая вращение от детали 1 к детали 2 при отвинчивании.

Дополнительный элемент 2 представляет собой стержень, на одном конце которого выполнена резьба, являющаяся продолжением резьбы удлиненного полого стержня 1, а на другом конце выполнен цилиндрический ступенчатый стержень, взаимодействующий с деталью 1 по цилиндрическим поверхностям Y1 и Y2, а на кольцевых торцах выполнены части храповых соединений X1 и X2, взаимодействующие с ответными частями храповых соединений детали 1.

Работает предлагаемая конструкция следующим образом.

В исходном состоянии (в положении для завинчивания) детали болта 1 и 2 взаимодействуют друг с другом по храповому соединению X1. Заходные выступы Z стыкуются друг с другом и согласуются с применяемой в болте резьбой, и т.о. при вращении завинчивания деталь 1 передает вращение на деталь 2. При этом болт завинчивается в резьбовое отверстие ответной детали как единое целое при прикладывании момента завинчивания к головке болта стандартным ключом.

При отвинчивании болта заходные выступы Z выходят из зацепления друг с другом по храповому соединению X1, и т.о. вывинчивание детали 1 не приводит к вывинчиванию детали 2. Деталь 2 остается на месте. Это происходит до тех пор, пока не выберется расстояние h, определяющее расположение ответной части храпового соединения X2 до их совпадения, после чего заходные выступы Z детали 1 и детали 2 по храповому соединению X2 вступают во взаимодействие, и болт вывинчивается из отверстия как единое целое, но при этом происходит увеличение длины болта на величину h и вывинчивание детали 2 происходит с определенной задержкой по сравнению с началом вывинчивания детали 1. Величина задержки определяется величиной расстояния h, заложенного в конструкцию исходя из потребности решаемой задачи. Задержку в вывинчивании может замерять как по времени вращения, так и по расстоянию вывинчивания одной детали относительно другой.

Т.о. на основании вышесказанного следует, что отличительную основу предлагаемого технического решения составляет:
- разделение резьбовой части болта на две части таким образом, что конец резьбы одной части является началом резьбы другой части;
- деление резьбы производится при помощи храпового или другого соединения, способного передавать моменты завинчивания и отвинчивания;
- при этом следует учитывать, что геометрические характеристики резьбы и моментного соединения должны быть согласованы как по углу подъема резьбы и храповых выступов, так и по высоте храповых выступов и величине шага резьбы (в зависимости от количества заходов храпового соединения);
- углы подъема храповых выступов и резьбы имеют одно направление подъема;
- обе резьбовые детали болта завинчиваются в одно резьбовое отверстие, располагаясь одна над другой; при этом часть храпового соединения - деталь - 1 (ведущая деталь болта в обоих храповых соединениях) предшествует, по направлению движения болта, части храпового соединения детали - 2 (ведомой детали болта), а также условия, заявленные в формуле.

Благодаря этому мы получаем возможность в габаритах отдельной резьбовой детали создать механизм, состоящий из двух деталей и позволяющий при простой, стандартной операции отвинчивания получить их взаимное перемещение за счет взаимодействия с резьбой ответной детали. Использовать данный механизм можно как в качестве датчика момента или величины отвинчивания болта, так и в качестве охранного устройства с повышенной надежностью.

Изготовлен макет изобретения, проверена его работоспособность.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве датчика момента отвинчивания болта. Болт, устанавливаемый в резьбовое отверстие, содержит удлиненный полый стержень (1) с резьбой на одном конце и дополнительный элемент (2) в виде стержня с резьбой на другом конце. Внутренняя поверхность стержня (1), концентричная наружной резьбе, выполнена с большим и меньшим диаметрами и поверхность с меньшим диаметром выходит на его торец, выполненный в виде части храпового соединения, передающей вращательное движение от удлиненного полого стержня к дополнительному элементу при завинчивании болта, а поверхность, расположенная между поверхностями внутренней полости, выполнена в виде части храпового соединения, передающей вращательное движение от удлиненного полого стержня к дополнительному элементу при отвинчивании болта. Дополнительный элемент входит в удлиненный полый стержень таким образом, что его резьба является продолжением резьбы стержня (1) при взаимодействии частей храпового соединения на наружном торце удлиненного полого стержня и на дополнительном элементе. Другой конец дополнительного элемента выполнен в виде ступенчатого стержня, взаимодействующего боковыми поверхностями со ступенчатой поверхностью стержня (1). Изобретение расширяет технические возможности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Болт, устанавливаемый в резьбовое отверстие, содержащий удлиненный полый стержень, на одном конце которого выполнена резьба, и дополнительный элемент, выполненный в виде стержня, на одном конце которого также выполнена резьба, отличающийся тем, что внутренняя поверхность удлиненного полого стержня, концентричная наружной резьбе, выполнена ступенчатой с большим и меньшим диаметрами, причем поверхность с меньшим диаметром выходит на его торец, а поверхность, расположенная между поверхностями внутренней полости с большим и меньшим диаметрами, выполнена в виде части храпового соединения, передающей вращательное движение от удлиненного полого стержня к дополнительному элементу при отвинчивании болта, а торец удлиненного полого стержня выполнен в виде части храпового соединения, передающей вращательное движение от удлиненного полого стержня к дополнительному элементу при завинчивании болта, дополнительный элемент входит в удлиненный полый стержень таким образом, что его резьба является продолжением резьбы удлиненного полого стержня при взаимодействии частей храпового соединения на наружном торце удлиненного полого стержня и на дополнительном элементе, причем другой конец дополнительного элемента выполнен в виде ступенчатого стержня, установленного с возможностью взаимодействия его боковых поверхностей со ступенчатой поверхностью удлиненного полого стержня, а поверхность, расположенная между поверхностями дополнительного элемента с большим и меньшим диаметрами, выполнена в виде ответной части храпового соединения, взаимодействующей с частью храпового соединения, выполненной на поверхности, расположенной между поверхностями с большим и меньшим диаметрами удлиненного полого стержня при отвинчивании, при этом углы подъема выступов обоих храповых соединений выполнены одинаковыми и удовлетворяют условию
α_хр≤ α_рб,
где α_хр - угол подъема выступов храпового соединения - угол между поверхностями образующими заходные выступы храпового соединения и плоскостью, перпендикулярной оси болта; α_рб - угол подъема резьбы болта,
при этом углы подъема выступов храпового соединения и подъема резьбы совпадают по направлению, а высота выступов храпового соединения и шаг резьбы удовлетворяют соотношению
Z ≤ t/n,
где Z - высота выступа храпового соединения;
n - количество заходов храпового соединения;
t - шаг резьбы болта. 2. Болт, установленный в отверстие, отличающийся тем, что дополнительный элемент выполнен в виде полого стержня.