ГАЙКА И ЗАТЯГИВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ТАКОЙ ГАЙКИ Российский патент 2005 года по МПК B25B13/06 B25B13/48 F16B37/00 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к ручному инструменту, используемому при различных монтажно-сборочных работах, в частности для соединения (разъединения) узлов и деталей в шпилечных резьбовых соединениях с повышенным моментом затяжки в условиях габаритных ограничений на соединение.

Известно, что для сборки (разборки) шпилечных резьбовых соединений широко используется гайка шестигранная ГОСТ 5915-70 [1].

Для затягивания такой гайки используется ключ гаечный торцовый с внутренним шестигранником (ГОСТ 25787-83) [2]. Данный ключ, как известно, охватывает гайку снаружи, что требует дополнительной свободы действия сборки, а в условиях габаритных ограничений на соединение использование стандартных шестигранных гаек и торцовых ключей с внутренним шестигранником невозможно.

Известно использование при различных монтажно-сборочных работах в условиях габаритных ограничений на соединение круглой гайки со шлицем на торце по ГОСТ 10657-80 [3]. Данная гайка, взятая за прототип, удобна и проста в эксплуатации и по технической сущности является наиболее близким решением к заявляемому.

Подходящий для такой гайки инструмент представляет собой ключ для резьбовых деталей с рабочей торцовой головкой, содержащей выступы (штыри), расположенные параллельно ее оси и образующие рабочий зев для взаимодействия с соответствующими профильными элементами завинчиваемых резьбовых деталей [4]. Данное устройство также просто и удобно в эксплуатации.

Недостатком известной пары гайка - инструмент является неудобство в работе и ненадежное обеспечение требуемого момента затяжки. Это обусловлено тем, что даже незначительный наклон инструмента может привести к выскальзыванию его из шлицев гайки. Чтобы в какой-то мере предотвратить это, необходимо приложение значительного осевого усилия. Но в этом случае шлицы гайки и выступы (штыри) ключа подвергаются значительным сложным нагрузкам, из-за чего возможно смятие рабочих кромок шлицев и выступов, разрушение (срез) выступов. При этом требуемый момент затяжки резьбового соединения может быть не обеспечен.

Задачей заявляемого изобретения является создание пары гайка - инструмент, обеспечивающей удобство работы и надежную затяжку резьбового соединения.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в следующем. Придание особой формы шлицам гайки и выступам инструмента обеспечивает надежное взаимодействие пары. При этом подбор материала пары, исходя из формы и размеров взаимодействующих элементов, позволяет сохранить их целостность при заданных условиях нагружения.

Этот технический результат достигается тем, что в круглой гайке со шлицем на торце, согласно изобретению, шлиц выполнен в виде двух диаметрально противоположных выемок, рабочие кромки которых образуют угол 2α_г, причем предел текучести материала гайки определяется соотношением:

где τ_т.г - предел текучести материала гайки;

М - момент затяжки;

α_г - половина угла, образованного рабочими кромками выемок гайки;

d_г - наружный диаметр гайки;

d_н.р - диаметр наружной резьбы соединения.

Вышеуказанный технический результат достигается также и тем, что инструмент, предназначенный для затягивания круглой гайки со шлицем на торце, представляет собой ключ с рабочей торцовой головкой, содержащей выступы, расположенные параллельно ее оси и образующие рабочий зев для взаимодействия с соответствующими выемками гайки, согласно изобретению, боковые поверхности выступов образуют угол 2α_к, причем величина наружного диаметра корпуса рабочей торцовой головки ключа не больше наружного диаметра гайки, при этом предел текучести материала ключа определяется соотношением:

где τ_т.к - предел текучести материала ключа;

М - момент затяжки;

α_к - половина угла, образованного боковыми поверхностями выступов ключа;

d₂ - наружный диаметр корпуса рабочей торцовой головки ключа;

d₁ - внутренний диаметр корпуса рабочей торцовой головки ключа.

Изобретение будет более понятным из последующих иллюстрируемых чертежей, на которых:

фиг.1 представляет продольный разрез гайки и затягивающего инструмента для такой гайки в сборке;

фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1.

На фиг.1, 2 показана круглая гайка 1 и затягивающий инструмент для такой гайки, представляющий собой ключ 2 с рабочей торцовой головкой в сборке. Гайка 1 выполнена со шлицем 3 на торце. Шлиц 3 выполнен в виде двух диаметрально противоположных выемок, рабочие кромки которых образуют угол 2α_г. Ключ 2 с рабочей торцовой головкой содержит выступы 4, расположенные параллельно ее оси и образующие рабочий зев для взаимодействия с соответствующими выемками гайки 1. Боковые поверхности выступов 4 образуют угол 2α_к. Пределы текучести материалов гайки 1 и ключа 2 определяются математическими соотношениями.

Устройство работает следующим образом.

При сборке шпилечного резьбового соединения (см. фиг.1, 2) шпилька 5 предварительно наживляется в резьбовое отверстие основания 6. Затем на шпильку устанавливается закрепляемая деталь 7. Навинчивание гайки 1 на шпильку 5 до касания гайки 1 упора 8 производится ключом 2 после предварительного совмещения вручную выступов 4 на рабочей головке ключа 2 со шлицами 3 гайки 1. После этого с помощью рукоятки (не показано) создается требуемый момент затяжки. По окончании завертывания гайки 1 выступы 4 ключа 2 выводятся из шлицев 3 гайки 1. Устройство ключ-гайка готово к сборке следующего шпилечного резьбового соединения. Разборка шпилечного резьбового соединения производится обратно его сборке. Устройство надежно и просто в работе.

В результате создавшейся большей площади контакта торцовых поверхностей взаимодействующих элементов (выступов ключа и шлиц гайки), исходя из их формы и размеров при соответствующем подборе материала ключа и гайка, происходит надежное взаимодействие пары гайка - инструмент, что позволяет сохранить их целостность при заданных повышенных моментах затяжки узлов и деталей в шпилечных резьбовых соединениях в условиях габаритных ограничений на соединение.

Пример конкретного выполнения

Для сборки шпилечного резьбового соединения была взята круглая гайка М8 и затягивающий инструмент для такой гайки, выполненный в виде ключа.

Наружный диаметр корпуса рабочей головки ключа составил d₂=1,26 cм;

внутренний диаметр корпуса рабочей головки ключа составил d₁=0,80 cм;

диаметр наружной резьбы соединения равен d_н.р=0,80 см.

Круглая гайка была выполнена со шлицем на торце, который представлял собой шлиц в виде двух диаметрально противоположных выемок, рабочие кромки которых образовывали угол 120°.

Ключ с рабочей торцовой головкой имел выступы, расположенные параллельно ее оси и образовывающие рабочий зев для взаимодействия с соответствующими выемками гайки. Боковые поверхности выступов образовывали угол 60°.

При заданном условии нагружения шпилечного резьбового соединения, а именно моменте затяжки, равном М=350 кГ·см, согласно формуле изобретения, по пределу текучести определили материал, из которого должны быть изготовлены гайка и инструмент для затягивания такой гайки.

Гайка и ключ были изготовлены из стали З0ХГСА, пределы текучести которых в зависимости от термообработки составили

Путем специального режима нижний предел текучести был повышен до уровня

В дальнейшем ключ и гайка были испытаны на воздействие с увеличенными моментами затяжки (М=400 кГ·см, 500 кГ·см). Испытания подтвердили прочность ключа и гайки в пределах упругих деформаций при незначительных остаточных деформациях: гайка и ключ сохранили целостность, при этом выступы ключа разошлись по диаметру на 0,08 мм.

Таким образом, применение для сборки шпилечных резьбовых соединений с повышенным моментом затяжки в условиях габаритных ограничений на соединение пары гайка - инструмент определенной формы и размеров при соответствующем подборе их материала позволило:

- создать самоцентрирующееся соединение “ключ - гайка”, исключающее свободный выход ключа из зацепления с гайкой;

- сохранить целостность гайки и инструмента для затягивания такой гайки;

- обеспечить удобство работы и надежную затяжку резьбового соединения.

Источники информации

1. Гайка шестигранная ГОСТ 5915-70.

2. Ключ гаечный торцовой с внутренним шестигранником ГОСТ 25787-83.

3. Гайка со шлицем на торце ГОСТ 10657-80 (прототип).

4. А.С. СССР №569446, МКИ В 25 В 13/48, 13/50, опубл. 06.09.77г. (прототип).

Изобретение относится к ручному инструменту, используемому при монтажно-сборочных работах в условиях габаритных ограничений. Технический результат - создание пары гайка - инструмент, обеспечивающей удобство работы и надежную затяжку резьбового соединения. Устройство представляет собой круглую гайку со шлицем на торце и затягивающий инструмент для такой гайки. Шлиц гайки выполнен в виде двух диаметрально противоположных выемок, рабочие кромки которых образуют угол 2α_г. Затягивающий инструмент представляет собой ключ с рабочей торцовой головкой, содержащей выступы, расположенные параллельно ее оси и образующие рабочий зев для взаимодействия с соответствующими выемками гайки. Боковые поверхности выступов образуют угол 2α_к, а величина наружного диаметра корпуса головки ключа не больше наружного диаметра гайки. Предел текучести материала гайки и ключа определяется математическими соотношениями. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Круглая гайка со шлицем на торце, отличающаяся тем, что шлиц выполнен в виде двух диаметрально противоположных выемок, рабочие кромки которых образуют угол 2α_г, причем предел прочности материала гайки определяется соотношением:

где τ_т.г. - предел текучести материала гайки;

М - момент затяжки;

α_г - половина угла, образованного рабочими кромками выемок гайки;

d_г - наружный диаметр гайки;

d_н.р. - диаметр наружной резьбы соединения.

где

τ_т.к. - предел текучести материала ключа;

М - момент затяжки;

α_к - половина угла, образованного боковыми поверхностями выступов ключа;

d₂ - наружный диаметр корпуса рабочей торцовой головки ключа;

d₁ - внутренний диаметр корпуса рабочей торцовой головки ключа.