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 F16B39/34, F16B39/06, 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 F16B39/01, F16B39/282, 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 F16B39/04, 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 выполнено углубление, в котором установлен фиксатор, представляющий собой закрепленную одним концом в углублении пружину с закрепленным на другом ее конце стопорным элементом, таким образом, что в точке его закрепления продольная ось фиксатора образует с радиусом поперечного сечения гайки угол от 20° до 80°, а геометрические размеры фиксатора обеспечивают его расположение внутри углубления в корпусе гайки при нахождении пружины в состоянии сжатия и расположение, по меньшей мере, части стопорного элемента над резьбовой поверхностью внутри гайки при нахождении пружины в свободном состоянии.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 схематически представлено вертикальное осевое сечение гайки, на фиг. 2 - сечение 1-1 фиг.1, на фиг. 3 - схема суперпозиции сил, действующих на стопорный элемент фиксатора при закручивании (А), откручивании (В), на фиг. 4 - изображение частного варианта исполнения заявляемой гайки.

Представленные чертежи предназначены для общего понимания принципиальной конструкции заявляемого технического решения и описывают частные возможные варианты его реализации, не ограничиваясь ими. Так стопорный элемент фиксатора может представлять собой тело с другими геометрическими формами, отличное от шара (например, конус, призму, пирамиду, параллелепипед и т.п.), а углубление может быть выполнено локальным, в виде кольцевой проточки или ее части и т.д. При этом сам термин «углубление» использован в значении места на поверхности, находящегося ниже, глубже относительно уровня окружающей поверхности, в связи с чем «выемка», «отверстие», «щель», «паз» и прочие являются частными вариантами его реализации. Кроме того, количество углублений с установленными в них фиксаторами может быть более одного, также, как и количество фиксаторов, установленных в одном углублении.

Термин «пружина» означает деталь механизма, служащую для временного накопления потенциальной энергии за счет упругой деформации под влиянием нагрузки (приложенной извне силы) и отдачи накопленной энергии после прекращения здействия нагрузки с восстановлением своей формы. Поэтому конструкция пружины, применяемой в заявляемом устройстве может быть различной, отличающейся от представленной на чертежах.

Гайка с механизмом блокировки скручивания включает корпус 1 с выполненной на его внутренней поверхности резьбой 2, углубление 3, фиксатор, состоящий из пружины 4 и стопорного элемента 5.

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 5 направление движения последнего приводило к сжатию пружины 4, 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 углубления 3 и начинает взаимодействовать с выступающей из него частью стопорного элемента 5 (со стороны резьбового выступа ответной детали на стопорный элемент 5 начинает действовать сила F1, направленная по касательной к точке их сопряжения). Поскольку стопорный элемент 5 закреплен на конце пружины 4 и имеет возможность перемещения, он, под действием составляющей F1* силы F1, направленной по продольной оси фиксатора, давит на пружину 4. Со стороны пружины 4 на стопорный элемент 5 начинает действовать сила сопротивления сжатию пружины F2, противоположная по направлению F1*. При достижении F1* > F2 стопорный элемент 5 начинает сжимать пружину 4 и вместе с ней постепенно полностью утапливается в углубление 3 в корпусе 1, обеспечивая возможность дальнейшего накручивания. При этом составляющая F1**, направленная перпендикулярно продольной оси фиксатора на его смещение внутрь углубления 3 не влияет (возможности перемещения в этом направлении нет).

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 сила сопротивления сжатию пружины F2, и при ее увеличении стопорный элемент 5 фиксатора только сильнее прижимается к поверхности резьбового выступа ответной детали, не позволяя произвести смещение гайки и ответной детали относительно друг друга.

Необходимость закрепления фиксатора в углублении 3 таким образом, чтобы его продольная ось в точке крепления образовывала с радиусом поперечного сечения гайки угол от 20° до 80°, обусловлена тем, что:

- при углах менее 20° величина составляющей F1* может стать меньше величины составляющей F1**, в этом случае при увеличении силы F, силы реакции опоры, определяющие величину силы трения между резьбовым выступом ответной детали и стопорным элементом 5, будут расти быстрее, чем суммарная сила ^-F1* + ^-F2, что может приводить к закусыванию гайки непосредственно в процессе накручивания,

- при углах более 80° технологически проблематично обеспечить расположение фиксатора внутри углубления в корпусе 1 гайки при нахождении пружины 4 в состоянии сжатия и, одновременно, расположение, по меньшей мере, части стопорного элемента 5 над резьбовой поверхностью внутри гайки при нахождении пружины 4 в свободном состоянии.

При проведении эксплуатационных испытаний опытных образцов (использовались гайки различных типоразмеров, каждая с наличием одного фиксатора, 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 22 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 110 Н*м (далее срывает шлицы).

Гайка М12:

- усилие при затяжке 36 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 205 Н*м (далее срывает шлицы).

Гайка М16:

- усилие при затяжке 55 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 260 Н*м (далее срывает шлицы).

Гайка М20:

- усилие при затяжке 100 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 320 Н*м (далее срывает шлицы).

Гайка М24:

- усилие при затяжке 150 Н*м,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 400 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 700 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, при этом в корпусе гайки со стороны резьбовой поверхности выполнено углубление, в котором установлен фиксатор, представляющий собой закрепленную одним концом в углублении пружину с закрепленным на другом ее конце стопорным элементом, таким образом, что в точке его закрепления продольная ось фиксатора образует с радиусом поперечного сечения гайки угол от 20 до 80°, а геометрические размеры фиксатора обеспечивают его расположение внутри углубления в корпусе гайки при нахождении пружины в состоянии сжатия и расположение по меньшей мере части стопорного элемента над резьбовой поверхностью внутри гайки при нахождении пружины в свободном состоянии. Технический результат: упрощение монтажа элементов конструкции при помощи заявляемой гайки без возможности ее обратного скручивания или демонтажа. 5 ил.

Гайка с механизмом блокировки скручивания, содержащая полый корпус с резьбой на внутренней поверхности, отличающаяся тем, что в корпусе гайки со стороны резьбовой поверхности выполнено углубление, в котором установлен фиксатор, представляющий собой закрепленную одним концом в углублении пружину с закрепленным на другом ее конце стопорным элементом, таким образом, что в точке его закрепления продольная ось фиксатора образует с радиусом поперечного сечения гайки угол от 20° до 80°, а геометрические размеры фиксатора обеспечивают его расположение внутри углубления в корпусе гайки при нахождении пружины в состоянии сжатия и расположение по меньшей мере части стопорного элемента над резьбовой поверхностью внутри гайки при нахождении пружины в свободном состоянии.