КОМПЛЕКТ ИЗ РЕЗЬБОВОЙ ВТУЛКИ И УСТРОЙСТВА ФИКСАЦИИ ДЛЯ УСТАНОВКИ В РЕЗЬБОВОМ ОТВЕРСТИИ НЕСУЩЕГО ОСНОВАНИЯ Российский патент 2024 года по МПК F16B39/06 

Изобретение относится к резьбовым крепежным соединениям и может быть использовано для создания надежного резьбового соединения или ремонта резьбы.

Резьбовые втулки (известные также как резьбовые вставки, футорки, ввертыши) с фиксирующими элементами в виде шпонок, штифтов давно и широко используются во всем мире в различных областях техники и обеспечивают неразъемные соединения с несущим основанием, в резьбовые отверстия которого такие втулки вставляются. Как правило, используются два и более фиксирующих элементов для блокировки резьбовой втулки в несущем основании, чтобы обеспечить более прочное закрепление и предотвратить скручивание резьбовой втулки в несущем основании под воздействием нагрузочных моментов, возникающих в процессе эксплуатации.

Известны комплекты резьбовых втулок и фиксирующих элементов, резьбовые втулки которых имеют на боковой поверхности наружную резьбу, предназначенную для ввинчивания в резьбовое отверстие в несущем основании, и пазы, проходящие вдоль резьбовой втулки и прерывающие ее наружную резьбу. Конфигурация и глубина каждого паза одинаковы по всей его длине, стенки паза параллельны продольной оси резьбовой втулки. Фиксирующие элементы выполнены удлиненными, имеют более тонкую (в радиальном направлении резьбовой втулки) заходную (направляющую) часть, утолщенную рабочую часть, и заходной частью предустановлены в пазах резьбовой втулки, где удерживаются стенками пазов в исходном положении за счет сил трения (см. заявки США на изобретения: US 3270792 - опубл. 1966.09.06 по классу МПК F16B 39/06, F16B 37/12; US 3346031 - опубл. 1967-10-10 по классу МПК F16B 39/06, F16B 37/12; US 4895485 – опубл. 1990.01.23 по классу МПК F16B 39/06).

Резьбовую втулку с фиксирующими элементами, установленными в ней в описанном выше исходном положении, ввинчивают в отверстие несущего основания. Затем ударами молотка по рабочим частям фиксирующих элементов или с использованием другого приводного или прижимного инструмента перемещают фиксирующие элементы вдоль пазов в положение блокировки, в котором фиксирующие элементы блокируют резьбовую втулку в указанном несущем основании. При этом рабочая часть фиксирующих элементов разрушает резьбу резьбового отверстия несущего основания в осевом направлении, вклиниваясь в несущее основание и препятствуя любому перемещению резьбовой втулки в положении блокировки.

В рассмотренных выше изобретениях пазы на резьбовых втулках и фиксирующие элементы имеют непростые объемные конфигурации, усложняющие технологию изготовления конструкций. Длина рабочей части фиксирующего элемента составляет не более половины общей его длины, что обуславливает ограничение нагрузочного момента, при котором сохраняется прочность неразъемного соединения резьбовой втулки с несущим основанием. Известно также, что прочность блокировки резьбовой втулки в несущем основании снижается при установке резьбовой втулки в резьбовое отверстие основания, имеющее низкую точность или дефекты резьбы.

Наибольшее распространение получил комплект из резьбовой втулки и устройства фиксации для установки в резьбовом отверстии несущего основания, например, который представлен на сайте: https://alterv.ru/catalog/vstavki_rezbovve/k0398_vstavki_rezbowe. На наружной боковой поверхности резьбовой втулки выполнена резьба и четыре паза, которые ориентированы длиной вдоль резьбовой втулки, и каждый паз ограничен двумя боковыми стенками и днищевой стенкой. Устройство фиксации содержит четыре фиксирующих элемента, которые имеют, как и перечисленные аналоги, более тонкую заходную часть для предустановки в пазах резьбовой втулки и утолщенную рабочую часть для фиксации в стенке резьбового отверстия несущего основания. Установка и фиксация резьбовой втулки выполняется так же, как у перечисленных выше аналогов.

По сравнению с другими, рассмотренными выше, аналогами, пазы резьбовой втулки и фиксирующие элементы имеют более простую конструкцию; использование нескольких элементов фиксации обеспечивает более надежную блокировку резьбовой втулки в несущем основании. Но, для обеспечения высокой прочности соединения фиксирующих элементов со стенками резьбового отверстия несущего основания, предъявляются высокие требования к точности резьбового отверстия, в которое вставляется резьбовая втулка. Кроме того, для перемещения фиксирующих элементов в положение блокировки используется специальный дорогостоящий монтажный инструмент. Комплекты, как правило, поставляются с предустановленными в резьбовые втулки фиксирующими элементами. В этом случае последние могут быть повреждены в процессе транспортировки и хранения, и комплект не сможет быть использован по назначению.

Отсутствие подходящих отечественных аналогов вызвало необходимость в разработке комплекта из резьбовой втулки и устройства фиксации, обеспечивающего блокировку резьбовой втулки в стенке монтажного резьбового отверстия несущего основания и позволяющего:

- получить характеристики по нагрузочному моменту от скручивания резьбовой втулки, сопоставимые с соответствующими характеристиками замещаемых зарубежных аналогов с учетом более низких требований к точности и качеству монтажного резьбового отверстия;

- снизить трудоемкость монтажа комплекта в несущее основание за счет обеспечения простой и удобной установки устройства фиксации простым подручным инструментом.

Техническая проблема, на решение которой направлен предлагаемый комплект, заключается в расширении арсенала технических средств среди комплектов из резьбовой втулки и устройства фиксации для установки в резьбовом отверстии несущего основания.

Предлагается комплект из резьбовой втулки и устройства фиксации для установки в резьбовом отверстии несущего основания, в котором на наружной боковой поверхности резьбовой втулки выполнена резьба и пазы, ориентированные длиной вдоль резьбовой втулки, каждый паз ограничен двумя боковыми стенками и днищевой стенкой, а устройство фиксации содержит фиксирующие элементы, имеющие заходную часть, выполненную с возможностью предустановки в пазах резьбовой втулки, и рабочую часть для фиксации в стенке резьбового отверстия несущего основания. Согласно предлагаемому техническому решению, резьбовая втулка содержит два упомянутых паза, которые расположены диаметрально на противоположных сторонах наружной боковой поверхности резьбовой втулки и имеют общую продольную плоскость симметрии, лежащую в диаметральной плоскости резьбовой втулки. Днищевые стенки пазов в их продольной плоскости симметрии расположены под углом α друг к другу, а также под углом и симметрично относительно продольной оси резьбовой втулки, причем вершина угла α находится, относительно резьбовой втулки, со стороны установки устройства фиксации в упомянутые пазы. Устройство фиксации выполнено в виде одной фиксирующей детали, состоящей из двух фиксирующих элементов, которые соединены около торцевых концов рабочих частей перемычкой и расположены симметрично относительно продольной оси симметрии фиксирующей детали. Фиксирующие элементы имеют клинообразную форму в диаметральной плоскости резьбовой втулки, образованную внутренней и наружной боковыми гранями рабочей и заходной частей, причем противолежащие внутренние боковые грани рабочих частей фиксирующих элементов выполнены под углом β друг к другу, который соответствует углу α между днищевыми стенками пазов резьбовой втулки. Наружные боковые грани рабочих частей фиксирующих элементов параллельны друг другу. Концы заходных частей выполнены остроугольными, внутренняя и наружная грани заходной части каждого фиксирующего элемента образуют режущую кромку. При этом противолежащие внутренние боковые грани заходных частей фиксирующих элементов выполнены под углом ω друг к другу, который больше угла β между внутренними гранями рабочих частей; а наружные боковые грани заходных частей выполнены под углом к соответствующим наружным боковым граням рабочих частей фиксирующих элементов. Причем ширина фиксирующей детали между наружными гранями рабочих частей фиксирующих элементов меньше наружного диаметра резьбовой втулки; расстояние между внутренними гранями на стыке рабочих и заходных частей фиксирующих элементов соответствует расстоянию между днищевыми стенками пазов на торце резьбовой втулки со стороны установки фиксирующей детали. Длина рабочей части каждого фиксирующего элемента больше длины его заходной части. Перемычка выполнена с возможностью ее беспрепятственного механического отделения от фиксирующих элементов под воздействием монтажной нагрузки, прикладываемой к торцевым концам рабочих частей фиксирующих элементов.

Технический результат, достигаемый предложенным выполнением пазов на резьбовой втулке и формой выполнения фиксирующих элементов фиксирующей детали, заключается в увеличении длины зоны фиксации в стенках резьбового отверстия несущего основания, обеспечении более прочного соединения резьбовой втулки с несущим основанием и автоматическом удалении перемычки фиксирующей детали. Это позволяет по сравнению с ближайшим аналогом:

- ограничиться использованием двух фиксирующих элементов вместо четырех и обеспечить характеристики по нагрузочному моменту от скручивания резьбовой втулки, сопоставимые с соответствующими характеристиками замещаемых зарубежных аналогов, с учетом более низких требований к точности и качеству монтажного резьбового отверстия;

- при прочих равных условиях обеспечить более высокие характеристики по нагрузочному моменту от скручивания резьбовой втулки.

Выполнение устройства фиксации в виде одной фиксирующей детали обеспечивает однократную, одновременную и простую ручную предустановку ее фиксирующих элементов в пазы резьбовой втулки с последующим перемещением в пазах при помощи молотка или другого подходящего инструмента, а также позволяет осуществлять поставку комплекта в виде двух отдельных частей, сборка которых производится на месте монтажа в несущее основание. Тем самым исключаются указанные выше риски повреждения фиксирующих элементов, имеющие место в комплектах аналогов, поставляемых в сборе.

Фиксирующая деталь может быть выполнена плоской и изготовлена из металлического листа большей твердости относительно материала несущего основания, что обеспечивает простоту, технологичность изготовления и ее функциональность.

Целесообразно выполнить отношение длины рабочей части фиксирующего элемента к длине заходной его части большим или равным 3:1, для увеличения длины зоны фиксации в несущем основании.

Для обеспечения срезания витков резьбы в стенках монтажного резьбового отверстия несущего основания, предпочтительно, чтобы угол ω между противолежащими внутренними гранями заходных частей был в 2 раза больше угла β между противолежащими внутренними гранями рабочих частей фиксирующих элементов.

Для обеспечения предварительной фиксации фиксирующей детали в пазах резьбовой втулки, перед монтажом фиксирующих элементов в несущее основание, ширина фиксирующей детали между наружными гранями рабочих частей фиксирующих элементов меньше наружного диаметра резьбовой втулки на 9 процентов.

Для более прочной блокировки резьбовой втулки в несущем основании полезно выполнить пазы по всей высоте резьбовой втулки, а фиксирующие элементы фиксирующей детали выполнить с длиной, соответствующей высоте резьбовой втулки.

Для отделения перемычки от фиксирующих элементов фиксирующей детали в процессе монтажа целесообразно расположить перемычку в пределах рабочих частей фиксирующих элементов, а в местах соединения фиксирующих элементов с перемычкой выполнить шейки ослабленных сечений.

Сущность предлагаемого комплекта из резьбовой втулки и устройства фиксации поясняется чертежами.

Фиг. 1 - продольное сечение резьбовой втулки в диаметральной плоскости с предустановленной в ее пазах фиксирующей деталью.

Фиг. 2 - резьбовая втулка, вид сверху на фиг. 1 (фиксирующая деталь не показана).

Фиг. 3 - фиксирующая деталь.

Фиг. 4 - вид А на фиг. 3.

Фиг. 5 - резьбовая втулка с элементами фиксации в положении блокировки после монтажа в несущем основании.

Комплект (фиг. 1) состоит из резьбовой втулки 1 (фиг. 1, 2) и устройства фиксации, выполненного в виде фиксирующей детали 2 (фиг. 1, 3, 4).

На наружной боковой поверхности резьбовой втулки 1 выполнена резьба (не обозначена) и два паза 3 (фиг. 2), которые расположены диаметрально на противоположных сторонах наружной боковой поверхности резьбовой втулки 1, имеют общую продольную плоскость m симметрии, лежащую в диаметральной плоскости резьбовой втулки 1, и выполнены вдоль резьбовой втулки 1 по всей ее высоте Н (фиг. 1). Пазы 3 образованы двумя боковыми стенками 3а и днищевой стенкой 3b (фиг. 1, 2). Днищевые стенки 3b пазов 3, в их продольной плоскости m симметрии, расположены под углом α друг к другу (фиг.1), под углом и симметрично относительно продольной оси z резьбовой втулки 1, причем вершина (не обозначена) угла α находится, относительно резьбовой втулки 1, со стороны установки фиксирующей детали 2 в пазы 3.

Фиксирующая деталь 2 (фиг. 1, 3, 4) выполнена из пластины, например, из нержавеющей стали, состоит из двух фиксирующих элементов 4 и удаляемой перемычки 5. Фиксирующие элементы 4 имеют рабочую F и заходную Е части (фиг. 3), соединены перемычкой 5 около торцевых концов 4а рабочих частей F, расположены симметрично относительно продольной оси j фиксирующей детали 2 и имеют клинообразную форму в диаметральной плоскости m резьбовой втулки 1, образованную внутренними боковыми гранями 4b, 4 с и наружными боковыми гранями 4d, 4h. Противолежащие внутренние грани 4b рабочих частей F выполнены под углом β друг к другу, который соответствует углу α между днищевыми стенками 3b пазов 3 резьбовой втулки 1. Наружные боковые грани 4d рабочих частей фиксирующих элементов параллельны друг другу, и измеренная по ним ширина В фиксирующей детали 2 меньше наружного диаметра D резьбовой втулки 1 (фиг. 1) на 9 процентов. Концы заходных частей Е имеют острый угол, внутренняя грань 4 с и наружная грань 4h заходной части Е каждого фиксирующего элемента 4 образуют режущую кромку (не обозначена). Противолежащие внутренние боковые грани 4 с заходных частей Е выполнены под углом со друг к другу, который в два раза больше угла β между внутренними гранями 4b рабочих частей F, чтобы обеспечить предварительную фиксацию фиксирующих элементов 4 концами заходных частей Е в пазах 3 резьбовой втулки 1 (фиг. 1). Наружные боковые грани 4h заходных частей Е выполнены под углом к соответствующим наружным боковым граням 4d рабочих частей F.

Расстояние f (фиг. 3) между внутренними боковыми гранями 4b рабочих частей F на стыке с внутренними боковыми гранями 4с заходных частей Е фиксирующих элементов 4 соответствует расстоянию S (фиг. 2) между днищевыми стенками 3b пазов 3 на торце резьбовой втулки 1 со стороны установки фиксирующей детали 2. Длина L1 рабочей части F фиксирующего элемента больше длины L2 его заходной части Е, и отношение L1:L2 может быть больше или равно 3:1.

Перемычка 5 расположена в пределах рабочих частей F фиксирующих элементов 4 так, что ее боковая грань 5а не лежит в плоскости торцевых концов 4а фиксирующих элементов 4, а в местах соединения фиксирующих элементов 4с перемычкой 5 выполнены шейки 5b ослабленных сечений, образованные фигурными выемками. Геометрические параметры шеек 5b и сопряженных с ними мест высвобождения обеспечивают безопасное отделение перемычки 5 от фиксирующих элементов 4 при монтаже их в резьбовую втулку 1, без повреждения рабочих частей F фиксирующих элементов 4 и без заклинивания между ними в момент удаления.

Несущее основание 6 (фиг. 5) изготовлено, например, из алюминиевого сплава, и имеет монтажное резьбовое отверстие (не обозначено) под резьбовую втулку 1.

Резьбовая втулка 1 и фиксирующая деталь 2 могут быть изготовлены на известном высокоточном станочном оборудовании с использованием специальной оснастки, которые обеспечивают повторяемость геометрии деталей комплекта, их высокую точность изготовления и качество при массовом производстве. Паз 3 в резьбовой втулке 1 выполняется с учетом допуска на толщину листа, из которого изготавливается фиксирующая деталь 2, и обеспечивается зазор между боковыми стенками 3а паза 3 и фиксирующими элементами 4 фиксирующей детали 2.

Монтаж комплекта в несущее основание 6 начинается с ввинчивания резьбовой втулки 1 в монтажное резьбовое отверстие соответствующим инструментом, например, электродрелью. Затем фиксирующую деталь 2 вручную вставляют в пазы 3 резьбовой втулки 1 заходными частями Е фиксирующих элементов 4. Наличие перемычки 5 облегчает предустановку фиксирующей детали 2 в пазы 3 и обеспечивает стабильность положения фиксирующих элементов 4, которые удерживаются с легкой фиксацией между стенками 3а, 3b паза 3 (фиг. 1). Далее ударом молотка, или другого подходящего инструмента, одновременно по двум торцевым концам 4а фиксирующих элементов 4 фиксирующей детали 2, перемещают фиксирующие элементы 4 в пазах 3 вдоль оси z резьбовой втулки 1. За счет угла наклона а днищевых стенок 3b пазов 3 фиксирующие элементы 4 раздвигаются в радиальном направлении, и перемычка 5 отделяется от фиксирующих элементов 4 в шейках 5b с ослабленными сечениями. При последующем ударе молотком кромки заходных концов Е фиксирующих элементов 4 разрезают стенки резьбового отверстия несущего основания 6, а рабочие части F фиксирующих элементов 4, а также частично прилегающие к ним заходные части Е, вклиниваются в стенки резьбового отверстия несущего основания 6, создавая неразъемное соединение резьбовой втулки 1 с несущим основанием 6 практически по всей высоте Н резьбовой втулки (фиг. 5), в отличие от известных аналогов.

Следует отметить, что возможно выполнение устройства фиксации в виде отдельных фиксирующих элементов как у аналогов. Но ручная установка их в пазы резьбовой втулки крайне неудобна и требует больших трудозатрат: фиксирующие элементы очень мелкие, их трудно удерживать рукой; фиксирующие элементы нужно будет устанавливать в пазы резьбовой втулки последовательно, по одному; а для придания им стабильности положения и удержания их перед ударной нагрузкой потребуется использование специальной оснастки.

Предложенный комплект пополнит имеющийся арсенал технических средств среди комплектов из резьбовой втулки и устройства фиксации для установки в резьбовом отверстии несущего основания.

Опытные исследования показали, что представленный комплект из резьбовой втулки и фиксирующей детали позволяет упростить, удешевить его монтаж, снизить трудоемкость его монтажа в резьбовом отверстии несущего основания, а также обеспечить характеристики по нагрузочному моменту от скручивания резьбовой втулки, сопоставимые с соответствующими характеристиками замещаемых аналогов с учетом более низких требований к точности и качеству монтажного резьбового отверстия за счет новой формы выполнения устройства фиксации и соответствующего изменения конструкции резьбовой втулки.

Изобретение относится к резьбовым крепежным соединениям. На наружной боковой поверхности резьбовой втулки выполнена резьба и два паза, проходящих вдоль резьбовой втулки и расположенных диаметрально на противоположных ее сторонах. Устройство фиксации выполнено в виде фиксирующей детали, два фиксирующих элемента которой соединены отделяемой перемычкой, имеют заходную часть для предустановки в пазах резьбовой втулки и рабочую часть для фиксации в стенке резьбового отверстия несущего основания. В диаметральной плоскости резьбовой втулки фиксирующие элементы имеют клинообразную форму с острым углом и режущей кромкой на конце заходной части. Днищевые стенки пазов в их продольной плоскости симметрии расположены под углом α друг к другу, симметрично и под углом к продольной оси резьбовой втулки, и вершина угла α находится относительно резьбовой втулки, со стороны установки фиксирующей детали в пазы. Противолежащие внутренние боковые грани рабочих частей фиксирующих элементов выполнены под углом β друг к другу, соответствующему углу α между днищевыми стенками пазов резьбовой втулки. Достигается увеличение длины зоны фиксации в стенках резьбового отверстия несущего основания и обеспечение более прочного соединения резьбовой втулки с несущим основанием. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Комплект из резьбовой втулки и устройства фиксации для установки в резьбовом отверстии несущего основания, причем на наружной боковой поверхности резьбовой втулки выполнена резьба и пазы, которые ориентированы длиной вдоль резьбовой втулки, каждый паз ограничен двумя боковыми стенками и днищевой стенкой, а устройство фиксации содержит фиксирующие элементы, имеющие заходную часть, выполненную с возможностью предустановки в пазах резьбовой втулки, и рабочую часть для фиксации в стенке резьбового отверстия несущего основания, отличающийся тем, что резьбовая втулка содержит два упомянутых паза, которые расположены диаметрально на противоположных сторонах боковой поверхности резьбовой втулки, имеют общую продольную плоскость симметрии, лежащую в диаметральной плоскости резьбовой втулки, днищевые стенки пазов в их продольной плоскости симметрии расположены под углом α друг к другу, а также под углом и симметрично относительно продольной оси резьбовой втулки, причем вершина угла α находится относительно резьбовой втулки, со стороны установки устройства фиксации в упомянутые пазы, устройство фиксации выполнено в виде одной фиксирующей детали, состоящей из двух фиксирующих элементов, которые соединены около торцевых концов рабочих частей перемычкой, расположены симметрично относительно продольной оси симметрии фиксирующей детали и имеют клинообразную форму в диаметральной плоскости резьбовой втулки, образованную внутренней и наружной боковыми гранями рабочей и заходной частей, причем противолежащие внутренние боковые грани рабочих частей фиксирующих элементов выполнены под углом β друг к другу, который соответствует углу α между днищевыми стенками пазов резьбовой втулки, наружные боковые грани рабочих частей фиксирующих элементов параллельны друг другу, концы заходных частей выполнены остроугольными, внутренняя и наружная грани заходной части каждого фиксирующего элемента образуют режущую кромку, при этом противолежащие внутренние боковые грани заходных частей фиксирующих элементов выполнены под углом ω друг к другу, который больше угла β между внутренними гранями рабочих частей, а наружные боковые грани заходных частей выполнены под углом к соответствующим наружным боковым граням рабочих частей фиксирующих элементов, причем ширина фиксирующей детали по наружным граням рабочих частей фиксирующих элементов меньше наружного диаметра резьбовой втулки, расстояние между внутренними гранями на стыке рабочих и заходных частей фиксирующих элементов соответствует расстоянию между днищевыми стенками пазов на торце резьбовой втулки со стороны установки фиксирующей детали, длина рабочей части каждого фиксирующего элемента больше длины его заходной части, а перемычка выполнена с возможностью ее беспрепятственного механического отделения от фиксирующих элементов под воздействием монтажной нагрузки, прикладываемой к торцевым концам рабочих частей фиксирующих элементов.

2. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что фиксирующая деталь выполнена плоской и изготовлена из металлического листа большей твердости относительно материала несущего основания.

3. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что отношение длины рабочей части фиксирующего элемента к длине заходной его части больше или равно 3:1.

4. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что угол ω между противолежащими внутренними гранями заходных частей в 2 раза больше угла β между противолежащими внутренними гранями рабочих частей фиксирующих элементов.

5. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что ширина фиксирующей детали по наружным граням рабочих частей фиксирующих элементов меньше наружного диаметра резьбовой втулки на 9 процентов.

6. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что пазы выполнены по всей высоте резьбовой втулки, а длина фиксирующих элементов фиксирующей детали соответствует высоте резьбовой втулки.

7. Комплект по п. 1, отличающийся тем, что перемычка расположена в пределах рабочих частей фиксирующих элементов, а в местах соединения фиксирующих элементов с перемычкой выполнены шейки ослабленных сечений.