Стопорящееся резьбовое соединение Российский патент 2023 года по МПК F16B39/12 

Изобретение относится к крепежным изделиям, исключающим самопроизвольное отвинчивание гайки, и может быть использовано в силовых и энергетических машинах и установках автомобильной, авиационной, машиностроительной, железнодорожной и других отраслях промышленности, испытывающих вибрационные, ударные нагрузки и тепловое воздействие.

Известно резьбовое соединение, включающее гайку и болт с развальцованным концом стержня (см. книгу Орлова П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2. - М: Машиностроение, 1988. С.139-140, рис. 289 VI).

Недостатком крепежных соединений с развальцованным свободным концом болта является образование глухого неразъемного соединения. При техническом обслуживании или ремонте машин и установок резьбовое соединение срезается и становится непригодным для повторного использования.

Известно также резьбовое соединение, включающее резьбовой стержень с цилиндрической полостью и головкой, гайку и шайбу с опорными поверхностями непараллельными друг другу, см. RU Патент 2007630 МПК F16B 39/00, (1990.01), 1994.

Недостатком известного изобретения является невысокая надежность стопорения резьбового соединения.

Указанный недостаток обусловлен тем, что при тепловом и вибрационном воздействиях на резьбовое соединение деталей происходит ослабление сил трения в местах подклинивания резьбы (в двух противоположных зонах сжатия и растяжения резьбового стержня у основания гайки). Напряжения, возникающие в резьбовом соединении при изгибе, и изменение формы поперечного сечения стержня, вызванные действием этих напряжений, незначительны, поскольку ограничены областью действия упругих деформаций.

Наиболее близким по технической сущности является стопорящееся резьбовое соединение, содержащее болт с резьбовым стержнем, гайку с удлиненным «воротником» и контргайку, вворачиваемую в нарезное отверстие гайки (см. книгу Орлова П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2. - М: Машиностроение, 1988. С.140-141, рис. 294).

Недостатком известного технического решения является низкая надежность стопорения резьбового соединения.

Указанный недостаток обусловлен тем, что при затяжке контргайка, упираясь в торец резьбового стержня, вытягивает основную гайку и уменьшает величину сил трения между витками резьбы в осевом направлении.

Технической задачей изобретения является повышение надежности стопорения резьбового соединения при воздействии значительных нагрузок вибрационного и ударного характера, в том числе в условиях высокой температуры, за счет создания напряжений в радиальном и осевом направлениях резьбового стержня и основной гайки.

Техническая задача решается тем, что стопорящееся резьбовое соединение содержит стержень с резьбовой частью, основную гайку с удлиненным «воротником» и контргайку с глухим отверстием, причем на «воротник» с наружной стороны нарезана резьба, контргайка выполнена с внутренней резьбой и снабжена усеченным коническим элементом, размещенным внутри глухого отверстия, стержень выполнен с цилиндрической полостью и прорезями, причем усеченный конический элемент, полость и прорези выполнены с возможностью при закручивании контргайки обеспечивать расширение конца стержня.

В дополнительных аспектах раскрыто, что для стального соединения диаметр цилиндрической полости составляет 0,65-0,70 диаметра резьбовой части, глубина прорезей превышает длину резьбовой части на 1,5-2,0 шага резьбы, усеченный конический элемент, полость и прорези выполнены с возможностью при закручивании контргайки обеспечивать упругое расширение конца стержня, усеченный конический элемент, полость и прорези выполнены с возможностью при закручивании контргайки обеспечивать пластическое расширение конца стержня.

Решение технической задачи позволяет обеспечить технический результат, заключающийся в надежной фиксации основной гайки от самоотвинчивания за счет возникновения упругих или пластических деформаций резьбового стержня при взаимодействии с контргайкой.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен общий вид резьбового соединения; на фиг.2 - резьбовое соединение без контргайки; на фиг.3 - разрез А-А, на которых

1 - болт с резьбовым стержнем,

2 - основная гайка,

3 - «воротник» основной гайки,

4 - контргайка,

5 - первая деталь,

6 - вторая деталь,

7 - цилиндрическая полость,

8 - прорези,

9 - сегменты болта, формируемые прорезями,

10 - усеченный конический элемент.

Резьбовое соединение включает: болт с резьбовым стержнем 1, основную гайку 2 с «воротником» 3, контргайку 4, соединяемые детали 5, 6.

Конец резьбового стержня 1 выполнен с цилиндрической полостью 7 и прорезями 8, делящими образовавшееся резьбовое кольцо на сегменты 9. диаметр цилиндрической полости составляет 0,65-0,70 диаметра резьбового стержня, а глубина прорезей превышает длину резьбовой части стержня на 1,0-1,5 шага резьбы.

На «воротник» 3 основной гайки 2 с наружной части нарезана резьба.

Контргайка 4 выполнена глухой с соосным усеченным коническим элементом 10 и внутренней резьбой, соответствующей основным размерам наружной резьбы «воротника» 3.

Стопорящееся резьбовое соединение работает следующим образом. В отверстия деталей 5, 6 вставляют болт и на резьбовой стержень 1 навинчивают основную гайку 2, при затягивании которой с определенным усилием поджимаются соединяемые детали. На резьбовую часть «воротника» 3 навинчивают контргайку 4 с введением усеченного конического элемента 10 в цилиндрическую полость 7 резьбового стержня. Образовавшееся резьбовое кольцо делят прорезями 8 на сегменты 9. При затягивании контргайки 4 конический элемент 10, перемещаясь вглубь цилиндрической полости 7, раздвигает сегменты 9 резьбового кольца.

Если стопорение осуществляется в области действия упругих деформаций, то заклинивание резьбы обеспечивается в радиальном направлении за счет смещения сегментов 9, а контргайка фиксируется в цилиндрической полости за счет сил трения в соединении на конус.

В случае если стопорение осуществляется в области пластических деформаций, то отгибаясь, сегменты 9 надежно заклинивают резьбовое соединение в осевом направлении. При отогнутых сегментах 9 контргайка 4 может быть свинчена, что облегчит конструкцию резьбового соединения.

Нижняя граница диаметра d_ц=0,65 мм обусловлена жесткостью сегментов резьбового кольца, а верхняя граница диаметра d_ц=0,70 мм - их прочностью.

Прорези 7 превышают длину резьбовой части стержня 1 на 1,0-1,5 шага резьбы. Нижняя граница превышения длины на 1,0 шага резьбы обусловлена упругостью материала, а верхняя граница 1,5 шага резьбы - его пластичностью.

При разборке соединения, в случае действия упругих деформаций, последовательно свинчивают контргайку 4 (сегменты 9 возвращаются в исходное положение) и основную гайку 2.

При разборке соединения, в случае действия пластических деформаций, после свинчивания контргайки 4 обжимают конец резьбового стержня 1, после чего свинчивают основную гайку 2. Резьбовое соединение можно использовать многократно.

Заявляемое стопорящееся резьбовое соединение поясняется примером конкретного исполнения.

Соединяемые детали 5, 6 фиксируются стопорящимся резьбовым соединением, например, с метрической резьбой M16 (ГОСТ 24705-2004).

Резьбовой стержень 1 болта M16 (ГОСТ 7798-70) с крупным шагом резьбы р=2 мм имеет запас резьбы а=4 мм и фаску z=2 мм (ГОСТ 10549-80). Суммарная длина резьбовой части стержня составляет l_с=6 мм. Конец резьбового стержня 1 выполнен с цилиндрической полостью 6 и прорезями 7. Диаметр цилиндрической полости составляет 0,65-0,70 диаметра резьбовой части стержня.

Основная шайба 2 выполнена особо высокой по ГОСТ 15525-70 с размером под ключ S=24 мм и проточкой «воротника» 3 под резьбу М24 с мелким шагом р=2 мм.

Контргайка 4 выполнена с глухим отверстием и соосным усеченным коническим элементом 10, размещенным в отверстии. Резьбовая часть контргайки имеет параметры М24х2 и размер под ключ S=36 мм.

Таким образом, повышение надежности стопорения резьбового соединения при воздействии значительных нагрузок вибрационного и ударного характера, в том числе в условиях высокой температуры, может быть обеспечено за счет создания напряжений в радиальном и осевом направлениях резьбового стержня и основной гайки, обусловленных упругими или пластическими деформациями резьбового стержня, взаимодействующего с контргайкой.

Изобретение относится к крепежным изделиям, исключающим самопроизвольное отвинчивание гайки, и может быть использовано в силовых и энергетических машинах и установках автомобильной, авиационной, машиностроительной, железнодорожной и других отраслях промышленности, испытывающих вибрационные, ударные нагрузки и тепловое воздействие. Стопорящееся резьбовое соединение содержит стержень с резьбовой частью, основную гайку с удлиненным воротником и контргайку с глухим отверстием. На воротник с наружной стороны нарезана резьба. Контргайка выполнена с внутренней резьбой и снабжена усеченным коническим элементом, размещенным внутри глухого отверстия. Стержень выполнен с цилиндрической полостью и прорезями. Усеченный конический элемент, полость и прорези выполнены с возможностью при закручивании контргайки обеспечивать расширение конца стержня. Технический результат: повышение надежности стопорения резьбового соединения при воздействии значительных нагрузок вибрационного и ударного характера, в том числе в условиях высокой температуры. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Стопорящееся резьбовое соединение, содержащее:

стержень с резьбовой частью, основную гайку с удлиненным воротником и контргайку с глухим отверстием, отличающееся тем, что

на воротник с наружной стороны нарезана резьба,

контргайка выполнена с внутренней резьбой и снабжена усеченным коническим элементом, размещенным внутри глухого отверстия,

стержень выполнен с цилиндрической полостью и прорезями,

причем усеченный конический элемент, полость и прорези выполнены с возможностью при закручивании контргайки обеспечивать расширение конца стержня.

2. Соединение по п. 1, в котором диаметр цилиндрической полости составляет 0,65-0,70 диаметра резьбовой части.

3. Соединение по п. 2, в котором глубина прорезей превышает длину резьбовой части на 1,5-2,0 шага резьбы.

4. Соединение по п. 1, в котором усеченный конический элемент, полость и прорези выполнены с возможностью при закручивании контргайки обеспечивать упругое расширение конца стержня.

5. Соединение по п. 1, в котором усеченный конический элемент, полость и прорези выполнены с возможностью при закручивании контргайки обеспечивать пластическое расширение конца стержня.