Різьбове з’єднання

Винахід відноситься до різьбових з'єднань типа "болт-гайка" і призначений до широкого використання в металевих конструкціях, механізмах, двигуна х, котла х, трубопроводах, реакторах і т. д. Індекс рубрики F16B5/00. Основним завданням сильно навантаженого різьбового з'єднання є стабілізація з'єднуваних деталей, недопущення послаблення місця кріплення внаслідок самовільного відкручування гайки. В таких промислових отраслях як хімічне виробництво, теплова енергетика не менш важливою є проблема розкручування різьбових з'єднань при ремонтних та профілактичних роботах. Питанню самовільного відкручування гайок приділяється велика увага при збиранні та експлуатації конструкцій та механізмів. Воно широко висвітлене в технічній та науковій літературі. Розкручування різьбового з'єднання і, як слідство, послаблення кріплення виникає під впливом динамічних коливальних та ударних навантажень в поперечному та подовжніх напрямках, від перепаду температури. Запобігання сомовільного відкручування гайки досягається слідуючими відомими засобами: 1. Попереднє розтягування та нагрівання болта. Після затягування гайки і зняття розтягування або остужування болт зменшується по довжині, що підвищує надійність кріплення та зменшує ймовірність самовідкручування. 2. Використання різних шайб проміж гайкою та одною з з'єднаних деталей - пружиних, профільних, шайб з лапками, виступами які після затягування загибаються на тіло гайки. Таким чином з'являється преграда самооткручуванню. 3. Використання фігурних гайок та болтів з поперечних отвором. Через паз затягнутої фігурної гайки та отвір в болті вставляється шпилька з розгибаючумися лапками або проволока, які запобігають суттєвому зміщенню гайки. 4. Використання для стопоріння фарб, лаків, пластикових дільниць в різі гайки. 5. Комбіноване використання вищезгаданих засобів стопоріння гайки. Всі згадані та інші відомі засоби стопоріння мають один загальний недолік. Вони виступають в якості заслону, бар'єру перед гайкою, яка змістилася але не виключають причини самовідкручування. Наступна проблема закладена в забезпечені швидкого та нескладного відкручування гайок при ремонтних та профілактичних роботах. В процесі експлуатації конструкцій, механізмів, двигунів виникає закипання, запресовування, кородування різі на гайці і на болті. На різьбові з'єднання ходової частини автомобіля, трактора впливає цілий ряд негативних факторів - перепад температур, вологість, сіль, шляховий бруд. В хімічному виробництві, на електростанціях на різьбові з'єднання котлів, реакторів, трубопроводів впливає корозія, різні агресивні хімічні компоненти. Профілактичні та ремонтні роботи в цехах, копальнях часто доводиться виконувати в вибухонебезпечній або пожежонебесзпечній обстановці, що виключає зрізання з'єднань за допомогою спеціальних пилок та газових різаків. Завданнями даного винаходу являється: 1. Створення різьбового з'єднання типа "болт-гайка" в якому виключені причини само відкручування. 2. Простота різьбового з'єднання, максимальне використання типових та широко відомих болтів, гайок, можливість сумісного використання пропонуємого з'єднання з відомими засобами стопоріння гайок, якщо це потрібно. 3. Забезпечення можливості легкого та швидкого роз'єднування деталей. 4. Більш повне використання площини різьбових ділянок болтів та гайок і, як наслідок, підвищення міцності та надійності з'єднання. Патентний пошук по різьбовим з'єднанням типа "болт-гайка" свідчить про те, що такі завдання в комплексі не ставились. Основна увага приділяється проблемі стопоріння гайки. Але рішення цієї задачі досягається за рахунок ускладнення та удорощання виробу. Так в патенті №2194198 РФ автор Кірін Е.М. "Самостопорящееся резьбовое соединение" пропонується клиновидна шпонка, яка вводиться в спеціально фрезерований подовжній отвір як в тілі болта так і тілі гайки вздовж усього профіля різі. В патенті №2191299 РФ автор Мамичев Г. Г. "Самостопорящееся резьбовое соединение" патентуємий вироб включає в себе "...резьбовой стержень с основной и вспомогательными резьбовыми частями, ...две гайки, ...корпус основной гайки выполнен с внутренней полостью и дополнительными направляющими, параллельными оси резьбы гайки, на которых... расположена вспомогательная гайка, кроме того корпус снабжен упругим элементом...". В заявці №98123164/28 US, автор Кебехаг Ерік проблему стопоріння пропонується вирішити за рахунок введення в різьбове з'єднання додаткових елементів - шток, втулка, сегменти з різзю, засобипружнього відштовхування сегментів з різзю від штоку. Перелік заявок та патентів в якості аналога можна ще продовжувати. Ідеї порожнього болта та конічних профілей також присутні в ряді заявок та патентів. Але і тут а втори йдуть по шляху ускладнення та удорощання вироба. В заявці N98110256/28 РФ Автор Федоров В.Д. та ін. Описується болти в якому "...вн утренняя полость имеет вид ступенчатого профиля, ...поверхность... расположенная между большим и меньшим диаметром внутренней полости выполнена в виде части храпового соединения...". В заявці №2000102388/28 РФ автор Гуляев В.В. та ін. "Самостопорящийся привод-преобразователь движения типа винт-гайка, гайка-винт" пропонується" ...гайка-корпус с ввернутым в него полым ведущим винтом первой степени, ведомый винт второй ступени, ввернутый в полый винт первой ступени..." В патенті №20142 РФ автор Кручинкін А.В. "Болтовое соединение" пропонується "конический болт... пропущенный через цилиндрическое отверстие в соединяемых деталях и при его затяжке за счет пластической деформации стенок отверстия образуется плотная посадка по конической поверхности болта..." В заявці №2000125036/28 РФ автор автор Трофімов М. Н. "Резьбовое соединение деталей" пропонується "...болт, имеющий гладкий цилиндрический участок и резьбовой участок меньшего диаметра, соединенными гладким коническим участком... втулку, имеющую коническую внутреннюю поверхность ... головка болта выполнена в виде двух полуколец.. .и стопорного кольца, при этом на внутренней поверхности выполнены выступы, а на гладкой цилиндрической поверхности болта отверстие или впадина..." Для рішення поставлених завдань в даному винаході пропонується використання типових, широко використуємих болтів, гайок, шайб. Причому гайки і шайби не мають ніяких змін в частині вибору вигляду, кроку різі або місця призначення. Зміни вносяться в конструкцію болта .Різниця лежить в тому, що в торцевій частині болта зі стороні різі мається порожнина у вигляді усіченого конуса, фіг.1. Конусність вибирається в діапазоні від 1-10 до 1-50 в залежності від умов кріплення. Глибина порожнини досягає 0,5-0,75 довжини різьбової частини болта. Радіус порожнини складає 0,3-0,75 від радіуса торцевої частини болта. В боковій поверхні конічної порожнини мається гвинтова різь на усю її глибину. Продольний перетин викладен на фіг.2. Під розміри порожнини основного болта пропонується додатковий болт з відповідною конічною конфігурацією і різзю, фіг.3. Торцева вузька частина додаткового болта в 1,15-1,25 рази більше за внутрішній торець порожнини основного болта. Відповідно радіус торця додаткового бота в місті переходу в голівку на 1,15-1,25 рази більш радіуса наружнього отвору порожнини основного болта. Далі, в тілі основного болта робиться три-чотири продольні прорізі на глибину 0,4-0,65 від глибини різьбової частини. Вигляд прорізей з торця викладен на фіг.4. Після звичайного закручування і затягування гайки і фіксації з'єднуваних деталей в конічну порожнину основного болта вводиться і затягується додатковий болт. В результаті розрізана різьбова частина основного болта розширяється і забезпечує більш надійне стопоріння гайки. На фіг.5 показане положення різьбових поверхней до використання додаткового болта, поз.1 та після використання додаткового болта, поз.2, гайка - поз.3. Для того, щоб додатковий болт не зсунувся з заданого положення і не послабив кріплення його можна зафіксувати шпилькою, яка пропущена через отвір в болті та через прорізі основного болта. Пропонуємо різьбове з'єднання вирішує усі поставлені завдання. Перше - в результаті укручування додаткового болта змінюється профіль поперечного перетину основного болта в зоні розміщення гайки та безпосередньо над нею. Таким чином виключається сама можливість відкручування гайки. Друге - пропоноване кріплення деталей містить в собі всього одну додаткову операцію закручування додаткового болта. Для виготовлення основного болта з порожниною, для виготовлення додаткового болта використовуються звичайні болти та заготовки до них. Сам процес масового виготовлення на автоматизованих багатофункціональних або спеціальних станках не викличе суттєвих матеріальних та фінансових витрат. В пропонуємій конструкції "болт-гайка - додатковий болт" можна використовувати всі відомі засоби стопоріння (натяжіння, нагрів болта, шайби, шпильки, фарби і т. д.) якщо це необхідно вимогами технології зборки. Третє - при ремонтних та профілактичних роботах конічний болт значно легше відкрутити ніж циліндричний. В результаті поперечні напруги між різзюосновного болта та різзю гайки знімаються, що дуже облегшує відкручування гайки як в часі так і по енерговитратам. Четверте - в звичайному виконанні різьбові поверхні болта , поз.1 і гайки, поз.2, фіг.6, навантажені не повністю. За рахунок використання додаткового болта забезпечується більш повний контакт різьбової поверхні болта, поз.1 і різьбової поверхні гайки, поз.2, фіг.7. Це приводить к більш міцному з'єднуванню деталей. Пропонуєме різьбове з'єднання має декілька варіантів від основного, де голівка додаткового болта має вигляд шестигранника під рожковий або накидний ключ. 1. Голівка додаткового болта виконана круглою в наружній частині та з шестигранною внутрішньою порожниною під шестигранний торцевий ключ. 2. Голівка додаткового болта виконана в вигляді утопленої гвинтової голівки під шліцьову викрутку або під хрестоподібну викрутку. 3. Конічна порожнина в основному болті виконана зміщеною відносно вертикальної осі. Продольний перетин даний на фіг.8. В цьому разі в різьбовій частині основного болта є тільки одна прорізь, поз.1, фіг.9, а додатковий болт забезпечує локальну зміну профілю поперечного перетину основного болта, поз.2, фіг.9. 4. Основний болт має дві конічні порожнини, фіг.10 і відповідно дві прорізі, поз.1, Фіг.11. Два додаткових болта забезпечують зміну поперечного перетину основного болта в вигляді еліпса, поз.2, фіг.11. 5. В конічній порожнині основного болта замість правої традиційної різі пропонується ліва різь. Відповідно й додатковий болт має лівосторонню різь. Голівка основного болта і голівка додаткового болта мають гранені бокові поверхні (наприклад по шість граней). При закручуванні гайки та закручуванні додаткового болта грані гайки та грані голівки додаткового болта виставляються паралельно. На голівку додаткового болта та на гайку жорстко насаджується втулка, фіг.12, де один торець має внутрішній діаметр і форму голівки гайки, поз.1, інший торець має внутрішній діаметр і форму голівки додаткового болта, поз.2. Довжина втулки вибирається так, щоб вона повністю покривала гайку та голівку додаткового болта. Якщо гайка почне відкручуватися, вона через втулку передасть цей рух на додатковий болт в бік закручування, що забезпечить додаткове стопоріння гайки. 6. В центрі вузької торцевої частини конічної порожнини основного болта мається глухий отвір. В центрі додаткового болта мається скрізний отвір такого ж діаметру. Перед укручуванням додаткового болта, щоб забезпечити попадання різі болта в різь порожнини, в отвір на дні порожнини через отвір в додатковому болті вводиться шток відповідного діаметру, фіг.13. Глибина отвору в торці порожнини основного болта вибирається такою, щоб забезпечити центральне ( не скошене) попадання додаткового болта перед закручуванням. Після закручування додаткового болта шток витягується для використання у наступному з'єднанні.