Гайка с механизмом блокировки скручивания Российский патент 2024 года по МПК F16B39/04 

Техническое решение относится к крепежным изделиям и может быть использовано при соединении конструктивных элементов в различных механизмах или сооружениях для исключения самопроизвольного отвинчивания гайки с резьбы болта.

Традиционно при создании резьбового крепежного соединения, подвергаемого действию знакопеременных или вибрационных нагрузок, либо эксплуатирующихся в условиях с большими перепадами атмосферных параметров (температура, влажность и т.п.) используются самоконтрящиеся гайки, в которых предусмотрен стопорный элемент, усиливающий надежность резьбового соединения. Кроме того, аналогичные решения используются в антивандальных целях.

Известна самоконтрящаяся гайка (см. патент RU №2347119, МПК F16B 39/34, F16B 39/06, опубликован 20.02.2009 г.) с отверстиями и вставленными в них пластмассовыми штифтами, при этом отверстия выполнены таким образом, чтобы штифты проникали внутрь резьбы гайки на 50-75% высоты профиля резьбы.

В известной гайке при ее накручивании происходит нарезка резьбы в пластмассовых штифтах, материал которых заполняет зазоры между резьбами гайки и болта, что позволяет предотвратить самоотвинчивание при вибрации и сильных ударах. Однако ввиду того, что материал штифтов имеет физико-химические свойства, отличающиеся от свойств материала гайки и болта, с течением времени надежность фиксации может существенно снизится. Кроме того, подобная конструкция не обеспечивает защиты от несанкционированного скручивания гайки.

Известно стопорящееся резьбовое соединение (см. патент RU №2595589, МПК F16B 39/01, F16B 39/282, опубликован 27.08.2016 г.), включающее болт с резьбовым стержнем, гайку, при этом гайка имеет на торцевой поверхности слой из композита, включающего полимерное связующее, устойчивое к длительному воздействию температуры до 600°С, и наполнитель из высокотвердых дисперсных частиц с эквивалентным диаметром 0,08-0,10 мм и содержанием в композите 50-60 мас. %.

Известное резьбовое соединение также позволяет предотвратить самоотвинчивание при воздействии нагрузок вибрационного и ударного характера, в том числе в условиях термического воздействия, однако, как и в предыдущем случае с течением времени под действием внешних условий теряет свои свойства, и не обеспечивает защиты от несанкционированного скручивания с него гайки.

Известно принятое в качестве ближайшего аналога антивандальное резьбовое соединение (см. патент RU №142408, МПК F16B 39/04, опубликован 27.06.2014 г.), содержащая соединяемые элементы, болт, гайку и стопорное средство, препятствующее разборке соединения, при этом стопорное средство выполнено в виде, по меньшей мере, одного штифтового болта со срываемой головкой, под который в боковой грани гайки выполнено поперечное резьбовое отверстие. Дополнительно штифтовый болт может быть выполнен с острым коническим концом, а гайка может включать прижимную часть с гладкой, например конусной, боковой поверхностью и скручиваемую часть с многогранной боковой поверхностью, в которой выполнено указанное отверстие.

Известное техническое решение обеспечивает надежное стопорение гайки и препятствует ее несанкционированному демонтажу, однако имеет низкую технологичность монтажа, ввиду необходимости проведения операции ввинчивания штифтового болта, являющегося мелкой деталью, особенно при проведении работ в сложных условиях, например, на высоте, при работах на открытом пространстве в суровом климате и т.п.

Задачей заявляемого технического решения является обеспечение надежного соединения элементов конструкции в различных условиях эксплуатации.

Технический результат заключается в упрощении монтажа элементов конструкции при помощи заявляемой гайки без возможности ее обратного скручивания или демонтажа.

Технический результат достигается тем, что гайка с механизмом блокировки скручивания содержит полый корпус с резьбой на внутренней поверхности, при этом в корпусе гайки со стороны резьбовой поверхности выполнены по меньшей мере два глухих отверстия, в каждом из которых размещен с возможностью свободного перемещения в нем стопорный элемент, при этом глубина каждого глухого отверстия превышает максимальный из линейных размеров стопорного элемента, а продольные оси глухих отверстий однонаправленно отклонены от радиальной оси и образуют углы от 20° до 80° с вертикальным и горизонтальным сечениями, проходящими через их основания.

Также технический результат достигается тем, что два глухих отверстия, выполненные в корпусе гайки со стороны резьбовой поверхности, размещены на диаметрально расположенных вертикальных осях.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 схематически представлено горизонтальное осевое сечение гайки, на фиг. 2 - вертикальное сечение гайки, проходящее через продольную ось выполненного в ней отверстия.

Представленные чертежи предназначены для общего понимания конструкции заявляемого технического решения и описывают частные возможные варианты его реализации, не ограничиваясь ими. Так, стопорный элемент может представлять собой тело с другими геометрическими формами, отличное от шара (например, конус, пирамиду, призму и т.п.), отверстия могут располагаться на различной высоте и т.д.

Гайка с механизмом блокировки скручивания включает корпус 1 с выполненной на его внутренней поверхности резьбой 2, отверстия 3 со стопорными элементами 4.

Гайка с механизмом блокировки скручивания работает следующим образом.

Гайку устанавливают над ответной деталью определенной стороной, чтобы в процессе закручивания при взаимодействии резьбового выступа ответной детали со стопорным элементом 4 направление движения последнего приводило к его свободному перемещению внутрь отверстия 3, после чего начинают накручивание гайки на ответную деталь. В процессе накручивания происходит процесс сопряжения поверхности резьбы 2 корпуса 1 гайки с резьбовой поверхностью ответной детали. В определенный момент резьба ответной детали доходит до расположения отверстия 3 и начинает взаимодействовать с выступающей из него частью стопорного элемента 4 (со стороны резьбового выступа на стопорный элемент 5 начинает действовать сила F1, направленная по касательной к точке их сопряжения) и стопорный элемент 4 полностью утапливается внутрь отверстия 3. При этом, в случае, когда продольная ось отверстия 3 направлена под углом от горизонтальной плоскости вверх, составляющая F2 силы тяжести, действующая по продольной оси отверстия 3, направлена противоположно F1* и не позволяет стопорному элементу скатиться на дно отверстия 3, в обратном случае он перемещается внутри отверстия 3 до самого дна.

Аналогичный процесс происходит при взаимодействии стопорного элемента 4, размещенного в другом отверстии 3. Следует отметить, что в случаях, когда количество глухих отверстий 3 (соответственно, размещенных в них стопорных элементов 4) равно двум, то целесообразно , чтобы они были расположены на диаметрально расположенных вертикальных осях, поскольку в этом случая, если продольная ось первого отверстия 3 направлена под углом от горизонтальной плоскости вверх, то продольная ось второго отверстия 3 гарантированно направлена под углом от горизонтальной плоскости вниз, и наоборот.

В случаях, когда количество глухих отверстий 3 (соответственно, размещенных в них стопорных элементов 4) три и более, достаточно, чтобы по крайней мере одно из таких отверстий 3 со стопорным элементом 4 располагалось на части внутренней поверхности корпуса 1 гайки таким образом, что другие отверстия 3 были расположены на другой стороне относительно вертикального сечения, проходящего через диаметр., поскольку это гарантирует, что по меньшей мере один из стопорных элементов 4 всегда будет сопряжен с резьбовой поверхностью ответной детали.

После полного закручивания гайки (до заданной глубины, достижения определенного момента силы и т.п.) процесс ее обратного откручивания становится невозможным, поскольку в этом случае составляющая F1* силы F1 направлена в том же направлении, что и составляющая F2 силы тяжести, действующая по продольной оси отверстия 3 на тот из стопорных элементов 4, который расположен в отверстии 3, ориентированным в момент полной затяжки гайки вверх относительно горизонтальной плоскости. При увеличении F1* стопорный элемент 5 только сильнее прижимается к поверхности резьбового выступа ответной детали, не позволяя произвести смещение гайки и ответной детали относительно друг друга.

Необходимость выполнения отверстий 3 таким образом, чтобы их продольные оси были однонаправленно отклонены от радиальной оси гайки, обусловлена тем, чтобы при любом угловом положении гайки в закрученном состоянии (гайка закручена на ответной детали, ориентированной вертикально, горизонтально, под произвольным углом, а сама гайка повернута на целое количество оборотов или на неполный последний оборот) составляющая F2 силы тяжести, направленная по продольной оси отверстия 3, действующей по меньшей мере на один из стопорных элементов 4, была однонаправленной с составляющей F1*, возникающей при откручивании гайки.

Необходимость выполнения отверстий 3 таким образом, чтобы они образовывали углы от 20° до 80° с вертикальным и горизонтальным сечениями, проходящими через их основания, обусловлена тем, что:

- при углах менее 20° с вертикальным и более 80° с горизонтальным сечениями технологически проблематично обеспечить выполнение отверстий 3 в корпусе 1 гайки,

- при углах более 80° с вертикальным и менее 20° с горизонтальным сечениями суммарная сила ^-F1* + ^-F2, может при определенных положениях закрученной гайки может оказаться недостаточной для гарантированного препятствования откручиванию.

Выполнение первоначального закрепления стопорного элемента 4 может осуществляться любым известным способом (при помощи клея, пайки и т.д.).

При этом выполнение закрепления так, чтобы минимальная величина силы для открепления стопорного элемента 4 составляла не менее 50 Н, гарантированно обеспечивает невозможность выпадения (потери) стопорного элемента при транспортировке гаек, подготовки их к монтажу и т.п., а максимальная величина - 100 Н, обеспечивает своевременное открепление во время закручивания, упрощая монтаж.

Также возможна фиксация стопорных элементов 4 внутри отверстий 3 путем установки на внутренней поверхности гайки съемной втулки. В этом случае нет необходимости дополнительного закрепления стопорных элементов 4 в отверстиях 3, поскольку втулка выполняет роль крышки. При этом, при накручивании гайки втулка выдавливается торцом ответной детали, обеспечивая взаимодействие стопорных элементов 4 с ее резьбовой поверхностью.

При проведении эксплуатационных испытаний опытных образцов (использовались гайки различных типоразмеров, каждая с наличием двух диаметрально расположенных фиксаторов, накручивание производилось на шпильки, ориентированные горизонтально, вертикально и под углом ~45° к поверхности земли) технического решения были получены следующие результаты.

Гайка М10:

- усилие при затяжке 20 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 100 Н*м (далее срывает шлицы).

Гайка М12:

- усилие при затяжке 33 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 215 Н*м (далее срывает шлицы).

Гайка М16:

- усилие при затяжке 50 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 270 Н*м (далее срывает шлицы).

Гайка М20:

- усилие при затяжке 100 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 310 Н*м (далее срывает шлицы).

Гайка М24:

- усилие при затяжке 150 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 420 Н*м (деформация шпильки).

Гайка М27:

- усилие при затяжке 150 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 550 Н*м (деформация шпильки).

Гайка М42:

- усилие при затяжке 150 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 720 Н*м (деформация шпильки).

Заявляемое техническое решение обеспечивает надежное соединение элементов конструкции в широком диапазоне условий эксплуатации, невозможность несанкционированного демонтажа и простоту применения.

Изобретение относится к крепежным изделиям и может быть использовано при соединении конструктивных элементов в различных механизмах или сооружениях для исключения самопроизвольного отвинчивания гайки с резьбы болта. Гайка с механизмом блокировки скручивания содержит полый корпус с резьбой на внутренней поверхности. В корпусе гайки со стороны резьбовой поверхности выполнены по меньшей мере два глухих отверстия, в каждом из которых размещен с возможностью свободного перемещения в нем стопорный элемент. Глубина каждого глухого отверстия превышает максимальный из линейных размеров стопорного элемента, а продольные оси глухих отверстий однонаправленно отклонены от радиальной оси и образуют углы от 20° до 80° с вертикальным и горизонтальным сечениями, проходящими через их основания. Технический результат: упрощение монтажа элементов конструкции при помощи заявляемой гайки без возможности ее обратного скручивания или демонтажа. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гайка с механизмом блокировки скручивания, содержащая полый корпус с резьбой на внутренней поверхности, отличающаяся тем, что в корпусе гайки со стороны резьбовой поверхности выполнены по меньшей мере два глухих отверстия, в каждом из которых размещен с возможностью свободного перемещения в нем стопорный элемент, при этом глубина каждого глухого отверстия превышает максимальный из линейных размеров стопорного элемента, а продольные оси глухих отверстий однонаправленно отклонены от радиальной оси и образуют углы от 20° до 80° с вертикальным и горизонтальным сечениями, проходящими через их основания.

2. Гайка с механизмом блокировки скручивания по п.1, отличающаяся тем, что два глухих отверстия, выполненные в корпусе гайки со стороны резьбовой поверхности, размещены на диаметрально расположенных вертикальных осях.