ШАЙБА КОМАРНИЦКОГО

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована во всех отраслях народного хозяйства для стопорения резьбовых соединений.
Известны резьбовые соединения, где применяются подкладные зубчатые шайбы по патенту SU 45873 A, 1936 г. и пружинные зубчатые шайбы по патенту SU 85333 А, 1959 г..
Известная подкладная шайба по патенту SU 45873 "...соединяет в себе два приспособления, одно из которых служит в качестве эластичной или упругой подкладки для гайки, а другое - с выступающими пружинящими зубцами - в качестве преимущественно стопора для воспрепятствования вращению шайбы и гайки..." "...Когда гайка плотно сидит на волнистой части венца, кромки язычков шайбы вдаются в металл гайки и части..." (притягиваемой детали).
Как указано о таком типе щайб в книге Орлова П.И. "Основы конструирования" Кн.3, М. "Машиностроение", 1977 г. стр.304 "Форма зубчиков такова, что они, не мешая завертыванию гайки, препятствуют ее откручиванию, впиваясь своими острыми гранями в торец гайки и опорную поверхность корпуса..."
Под действием вибрации и нагрузки язычки (зубчики) известных шайб вдаются в металл гайки и притягиваемой детали все глубже, происходит разбивка посадочного места, резьбовое соединение теряет работоспособность, гайки самоотвинчиваются. Кроме того, происходит повреждение поверхности притягиваемой детали и гайки.
Аналогичная ситуация происходит под действием вибрации и нагрузки с пружинной зубчатой шайбой по патенту 85333 А.
Область применения такого типа шайб ограничена условиями, где нет повышенных вибраций и нагрузок - в радиоэлектронике, приборостроении.
Другим крупным недостатком известных шайб по обеим патентам является их нетехнологичность, трудности в штамповке. Пружинные шайбы изготавливаются из высокоуглеродистых сталей марок типа Сталь 65Г, Сталь 60С2А. Они даже в незакаленном виде имеют повышенные механические свойства по сравнению с обычно штампуемыми сталями типа Сталь 10.
2
2
2
2
Например: предел текучести для Стали 10 составляет 21 кг/мм, а для стали 65Г - 44 кг/мм, временное сопротивление разрыву для Стали 10 составляет 34 кг/мм, а для Стали 65Г соответственно 75 кг/мм (см. В.И.Анурьев, "Справочник конструктора-машиностроителя" М, МашГИЗ, 1963 г., стр.8).
Поэтому формовка волнистых, ступенчатых венцов вызывает повышенный износ пуансонов и матриц штампов. К тому же заточка таких штампов крайне сложна.
Технология изготовления, указанная в патенте №85333 А, "...Сначала пробивается центральное отверстие, затем отверстия, образующие контур зубьев..." - является крайне сомнительной, так как круглые маленькие пуансоны для пробивки отверстий, образующих контур зубьев, испытывают одностороннюю боковую нагрузку при пробивке и в таких случаях ломаются после нескольких ударов.
Для применения пружинных стопорных шайб на транспорте, в среднем и тяжелом машиностроении требуется толщина материала шайб свыше 2 мм. Указанные выше проблемы в штамповке известных шайб не позволяют их штамповать из листовых или ленточных материалов толще 2 мм.
Прототипом полезной модели является стопорная шайба, содержащая основание, опорная поверхность которой выполнена с фиксирующими выступами по контуру, шейку с пазами, от которых отогнуты стопорные зубцы (см. патент Украины №50338 А, 2001 г.). Известная стопорная шайба имеет некоторые пружинные свойства, но в ней нет ограничения относительно угла, под которым отогнуты стопорные зубцы. Это часто приводит к поломке указанных зубцов и шайбы в целом при пульсирующей нагрузке, или при полной затяжке шайбы с помощью гайки, когда шайба принимает плоскую форму. Когда у зубцов не хватает пружинных свойств из-за неограниченного угла предварительного отгиба, то возникает поломка зубцов. Это сужает сферу применения известной шайбы, уменьшает ее надежность.
Поставленная в основу полезной модели задача заключается в обеспечении надежности известных пружинных стопорных шайб, исключение вдавливания граней зубцов в металл гайки и притягиваемой детали, что под действием вибрации, приводит к разбивке посадочного места и самоотвинчиванию гайек.
Поставленная задача решается тем, что предложена пружинная шайба, включающая основание, опорная поверхность которого выполнена с фиксирующими выступами по контуру, шейку с пазами, от которых отогнуты пружинящие стопорные зубцы, которая отличается тем, что зубцы отогнуты на угол, выбранный из условия обеспечения плоской формы шайбы при полной ее затяжке. При снятии затяжки шайба вместе с зубцами возвращается опять к объемной первоначальной форме, тоесть, элементы шайбы надежно пружинят.
На чертежах изображена предложенная шайба Комарницкого:
- на фиг.1 изображен поперечный разрез шайбы Комарницкого,
- на фиг.2 - шайба Комарницкого в плане с круглым основанием. Предложенная шайба имеет основание 1, шейку 2 с пазами 4, от которых отогнуты пружинящие стопорные зубцы 3 под углом α. Угол рассчитывается из условий пружинных свойств материала шайбы, ее диаметра и толщины материала, чтобы не происходило поломок зубцов при полной затяжке шайбы и переходе ее в плоскую форму. Материалом может быть, например, холоднокатанная сталь марок 60С2А, 65Г. Угол α отгиба зубцов 3 для этих сталей будет находится в пределах от 1° до 20°.
Испытания показали, что для шайб, изготовленных из Стали 60С2А, при угле отгиба зубца 3 в 28°, термически обработанные шайбы не выдерживают деформации при полной затяжке шайбы и переходе шайбы в плоское состояние. Происходит поломка зубцов 3, а иногда основания 1 шайбы.
Как показывают испытания шайб, изготовленных из Стали 65Г, поломка зубцов 3 и основания 1 происходит при угле отгиба в 27° в случае полной затяжки шайбы и попытке перевода ее в плоское состояние.
Процент брака, тоесть поломок зубцов 3 и основания 1 шайб при углах отгиба в 27-28°, составляет 40%.
Учитывая разброс твердости шайб при термообработке на 4-5 единиц HRc, а также учитывая концентрацию напряжений в теле шайбы, возникающих при штамповочных операциях, величина угла отгиба зубца принимается до 20°. Такой верхний предел угла отгиба зубца 3 до 20° гарантирует надежную и эффективную работу пружинной шайбы.
Опорная поверхность 5 основания 1 имеет по периметру выступы 6 для зацепления с притягиваемой деталью. Основание 1 может быть тарельчастой или плоской формы в свободном состоянии. Шайбы с плоским основанием 1 применимы для соединений с незначительной вибрацией при работе. Шайбы с тарельчатой формой основания эффективны больше и пригодны в любых условиях эксплуатации. Тарельчатая форма основания 1 и пружинящие зубцы 3 придают шайбе пружинящие свойства. При полной затяжке гайки или винта основание 1 шайбы вместе с шейкой 2 и зубцами 3 под действием осевого усилия становятся плоскими. Сила пружинения шайбы во время
вибрации или тряски осуществляет стопорение гайки по принципу упругого стопорения. Эффект упругого стопорения сохраняется и при небольшом ослаблении затяжки. Дополнительно в этом случае помогают стопорить гайку и грани пружинящих зубцов 3. Опорная поверхность 5 своими выступами 6 фиксируется с притягиваемой деталью. Выступы 6 действуют в двух направлениях: при закручивании резьбового соединения препятствуют прокручиванию основания 1 шайбы по притягиваемой детали в одном направлении, при эксплуатации в обратном. Фиксирующими выступами 6 могут служить также заусенцы на контуре основания 1, которые самопроизвольно получаются при вырубке шайбы на штампе. По контуру основание 1 может быть круглой или фигурной формы. Круглая форма шайбы Комарницкого по контуру основания 1 является наиболее технологичной (фиг.2).
В резьбовых соединениях используются обычные гайки и винты. Шайба Комарницкого имеет большие пружинящие свойства, так как ход пружинения основания 1 суммируется с ходом пружинения зубцов 3. Аналогично суммируется усилие пружинения основания 1 и всех пружинящих зубцов 3.