Гайка

Полезная модель относится к общему машиностроению, в частности к разъемным резьбовым соединениям и может быть использовано в установках и конструкциях, работающих при повышенных температурах. Известна гайка, самостопорящаяся при повышенных температурах и имеющая на резьбовой части упругую синтетическую вставку, а также вставку с резьбовой нарезкой, выполненную из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала гайки (соответственно магниевого и титанового сплавов), и жестко закрепленную одним концом в углублении, имеющемся на резьбовой части гайки [Авт. св. СССР № 586693, кл. F 16 В 39/04, 1977]. Данная гайка удовлетворительно стопорится на резьбовом стержне (болте, шпильке), однако выполнение на ее резьбовой поверхности пазов под вставки заметно ослабляет резьбу, тем самым снижая нагрузочную способность соединения. Кроме того, выполнение тела гайки из титанового сплава, а вставки с резьбовой нарезкой из магниевого приводит к электрохимической коррозии, скорость которой при повышении температуры возрастает, и вставка с резьбовой нарезкой, имеющая электрохимический потенциал меньший, чем у материала тела гайки, постепенно разрушается. Известна также гайка, содержащая вставки на ее резьбовом участке, выполненные из материала с коэффициентом линейного расширения не меньшим, чем у материала тела гайки, причем материал вставок обладает термомеханической памятью [Авт.св. СССР № 694683, кл. F 16 В 39/00, 1979]. При этом редукция форм вставок при их мартенситной трансформации нагреванием или охлаждением направлена на создание натяга в резьбе соединения. Эта гайка обладает теми же недостатками, что и гайка предыдущейконструкции. Кроме того редукция резьбовой поверхности вставок в цилиндрическую осуществляется не только со стороны впадин, но и со стороны выступов, т.е. по всей поверхности резьбы, а значит неизбежно повреждение резьбового участка ответного резьбового элемента соединения. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является гайка, самостопорящаяся при повышенных температурах, в теле которой выполнены два соосных кольцевых участка, между которыми установлена вставка из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала тела гайки, при этом гайка выполнена разъемной в поперечном сечении, а части ее зафиксированы друг относительно друга [1]. Недостатки данной гайки следующие. Выполнение тела гайки и вставки из разных металлов при наличии между ними электрической связи приводит к электрохимической коррозии гайки (особенно при повышенных температурах). Кроме того, конструкция гайки такова, что в ее рабочем положении при повышении температуры вставка начинает расширяться и давить на обе части гайки в противоположных направлениях вдоль продольной оси гайки. Концы вставок, если пренебречь возможным ничтожно малым зазором в резьбовом соединении, неподвижно закреплены в обеих частях гайки. Гайка стопорится, но возникающие при этом в теле гайки и резьбовом стержне температурные напряжения значительно ослабляют соединение и могут привести к его разрушению. Так, при разности коэффициентов линейного расширения материалов тела гайки и вставки всего на Da =2*10 -6 1/Κ, рабочей температуре соединения Т=400°С и модуле Юнга 2·105 МПа напряжения составят: s = Da ·Ε ·Τ= 2 ·10-6·2 ·105 x 400=160 МПа, что соответствует пределу текучести углеродистой стали обыкновенного качества (при этом еще не принималась во внимание основная нагрузка, воспринимаемая резьбовым соединением (Сопротивление материалов: Учебник для вузов /Под общ. ред. Писаренко Г.С. - Киев: Выща школа, 1979.-С. 145). В основу полезной модели поставлена задача усовершенствования гайки, самостопорящейся при повышенных температурах, путем исключения электрического контакта между расширяющейся вставкой и телом гайки, а также выполнения участков гайки с различной жесткостью, что повышает нагрузочную способность и долговечность гайки и резьбового соединения в целом. Поставленная задача достигается тем, что в гайке, в теле которой выполнены два соосных кольцевых участка, между которыми установлена вставка из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала тела гайки, согласно настоящему техническому решению, оба соосных кольцевых участка выполнены на торце тела гайки, противоположном ее опорному торцу, причем жесткость наружного кольцевого участка больше жесткости внутреннего кольцевого участка, а между телом гайки и вставкой размещена термостойкая диэлектрическая прокладка. В предпочтительном варианте исполнения гайки термостойкая диэлектрическая прокладка выполнена из кварцевого волокна. Выполнение обоих соосных кольцевых участков на торце тела гайки, противоположном ее опорному торцу с обеспечением жесткости наружного кольцевого участка больше жесткости внутреннего кольцевого участка при повышении температуры и соответствующем расширении вставки приводит к деформации внутреннего кольцевого участка тела гайки с одновременным обжатием резьбового стержня ответной крепежной детали (болта или шпильки). При этом преимущественно деформируется внутреннее кольцо, а при достижении напряжений определенной величины интенсивнее начинает деформироваться свободное наружное кольцо, что исключает возникновение напряжений, превышающих допустимые. Следует отметить, что деформации подвергается участок гайки, удаленный от ее опорного торца, воспринимающего основную силовую нагрузку соединения. Наличие же между телом гайки и вставкой термостойкой диэлектрической прокладки исключает электрический контакт указанных частей гайки, а значит их электрохимическую коррозию и соответственно значительно повышает срок службы гайки. В качестве материала термостойкой диэлектрической прокладки целесообразно использовать ткань, выполненную из кварцевого волокна, обладающего высокими эксплуатационными свойствами и невысокой стоимостью: толщина ткани составляет 0,129-0,694 мм; удельное электрическое сопротивление 10 -1017Ом-м; высокая прочность при работе на изгиб; разрывное усилие при ширине 25 мм - не менее 1776-2104 Η; допустимая температура - до 1100— 1200°С (Справочник по электротехническим материалам /Под ред. Ю.В. Корицкого. - М.: Энергия, 1974. - С. 407-425). Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг,-1 - гайка, продольный разрез; на фиг. 2 -гайка, вид сверху. На торце 1 тела 2 гайки, противоположном ее опорному торцу 3, выполнены два соосных кольцевых участка - наружный 4 и 5 внутренний 5 (фиг. 1). Между указанными кольцевыми участками установлена вставка 6 из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала тела 2 гайки. Между телом гайки и вставкой 6* 10 размещена термостойкая диэлектрическая прокладка 7. Жесткость наружного кольцевого участка 4 тела гайки 2 больше жесткости внутреннего кольцевого участка 5. На внутреннем кольцевом участке 5 с целью 15 снижения его жесткости могут быть выполнены радиальные прорези 8 (фиг. 2). Гайка работает следующим образом. При повышении температуры резьбового соединения благодаря наличию у матери- 20 ала вставки 6 коэффициента линейного расширения большего, чем у материала тела 2 гайки, со стороны вставки 6 возникает усилие, разжимающее соосные кольцевые участки 4 и 5 тела 2 гайки. В силу того, что 25 жесткость наружного кольцевого участка А больше жесткости внутреннего кольцевого участка 5, в резьбовом соединении возникает радиальный натяг, стопорящий гайку на резьбовом стержне (не показан). При достижении определенного стопорящего усилия, зависящего от соотношения жесткостей внутреннего и наружного кольцевых участков, начинает упруго деформироваться наружный кольцевой участок 4, что предупреждает возникновение напряжений в месте контакта внутреннего кольцевого участка 5 тела гайки и резьбового стержня, превышающих допустимые. В качестве материала термостойкой диэлектрической прокладки 7 целесообразно 15 использовать ткань, выполненную из кварцевого волокна, обладающего высокими эксплуатационными свойствами и невысокой стоимостью. Выполнение соосных кольцевых участков 4 и 5 на торце 1 гайки, противоположном ее опорному торцу 3, обеспечивает надежное стопорение витков резьбы гайки, слабо нагруженных основной нагрузкой. Использование данного технического решения значительно повышает нагрузочную способность и долговечность гайки и резьбового соединения в целом.