ГВОЗДЬ

Полезная модель может быть применена в качестве гвоздя и анкера одновременно, для скрепления деревянных, гипсокартонных, древесно-волокнистых и древесно-стружечных конструкций, а также тары, мебели, для установки в деревянные, бетонные, кирпичные материалы, для крепления навесных фасадных конструкций, строительных лесов, подвесных потолков, металлических каркасов и т.д.
Из уровня техники известны гвозди ГОСТ 4028-63 Гвозди строительные и ГОСТ 283-75 Гвозди проволочные, выполненные в виде стержня с головкой и заостренным концом.
Недостатком гвоздей вышеуказанной конструкции является малая площадь поверхности контакта, небольшая устойчивость от проворачивания как скрепляемых деталей, так и самого гвоздя, отсутствие анкерных свойств.
Известен гвоздь, состоящий из металлического стержня круглого профиля (сечения) с острием на его конце и головкой на противоположном конце стержня (Патент RU 14983 U1, «Гвоздь», МПК RU 14983 U1, Опубликовано: 2000.09.10). Увеличение площади поверхности контакта, удерживающая способность, а также снижение металлоемкости гвоздя достигается тем, что его металлический стержень имеет витой профиль в форме звезды, эллипса, трехконечной звезды, четырехконечной звезды, геометрически вписывающихся в круглый профиль стержня.
Показатели этой модели больше предыдущего аналога, все же они остаются невысокими, так как работа изделия основана на сцеплении по боковой поверхности.
Целью предлагаемой полезной модели является создание изделия, забиваемого молотком в различные строительные материалы, одновременно обеспечивающего высокие показатели в отношении скрепления деталей (гвоздь) и вытягивания (анкер), будучи относительно простым в изготовлении и применении.
1
2
Для достижения указанного технического результата предлагается изделие, состоящее из круглого стержня с острием на его конце и головкой на противоположном конце, поперечное сечение стержня преобразовано в многоконечную звезду, отличающееся тем, что многозаходные ребра звезды имеют вид пластины трапецеидального сечения, по длине ребра имеют непрерывное геликоидальное вокруг оси стержня очертание, угол между образующей цилиндра и касательной к линии примыкания ребра к стержню соответствует условию: 5°<α<35°, а угол α между образующей цилиндра и касательной к внешней грани ребра не превышает 45°, в любой плоскости, проходящей через продольную ось стержня, угол β между образующей ребра и стержнем равен 90°, свободная зона по стержню между соседними ребрами не менее двойной их ширины, ребра выходят с уменьшением ширины «на нет» в верхней части стержня перед головкой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 изображено изделие, вид сбоку, вариант с трехзаходными ребрами;
на фиг. 2 показано сечение по 1-1 фиг. 1;
на фиг. 3 изображено изделие, вид сбоку, вариант с четырехзаходными ребрами;
на фиг. 4 показано сечение по 2-2 фиг. 3;
на фиг. 5 показана схема действия нагрузки с выделением сечения по ребрам;
на фиг. 6 показано увеличенное изображение сечения по ребрам на фиг. 5, показывающее реакцию материала заделки Rанк и Rосн на ребро, с обозначением ширины ребер (В) и рабочей зоны (Р);
на фиг. 7 показано сечение по 1-1 на фиг. 5 с показом действия нагрузки R;
на фиг. 8 показана схема изделия с анкерным крюком;
на фиг. 9 показана схема анкерного устройства на нескольких изделиях;
на фиг. 10 изображен вид сверху анкерного устройства по фиг. 9.
1
2
Изделие (фиг. 1) состоит из стержня 1 круглого профиля с острием 2 на его конце и головкой 3 на противоположном конце, на стержне 1 вдоль продольной оси выполнены трехзаходные ребра 4, имеющие форму пластины, при этом ребра 4 наклонены от продольной оси стержня на углы α и α, имеют непрерывное геликоидальное вокруг оси стержня 1 очертание с шагом витков (Н), ребра выходят с уменьшением ширины «на нет» по концу острия 2 и в верхней части стержня 1 перед головкой 3.
Сечение 1-1 (фиг. 2) характеризует вариант изделия с ребрами 4 и стержнем 1 шириной (диаметром) около 1/2 всего сечения.
Фиг. 3 повторяет фиг. 1 с вариантом размещения четырех широких ребер 4 и минимальным диаметром собственно стержня 1.
Уменьшение диаметра стержня (фиг. 4) позволяет выгодно увеличить площадь ребер, что увеличивает несущую способность изделия.
На фиг. 5 показано действие продольной растягивающей и вытягивающей нагрузок с выделением сечения по ребрам 4.
осн
анк
Укрупненный вид этого сечения (фиг. 6) показывает основное свойство изделия - реакцию окружающего материала давлением на поверхность ребра 4 снизу (R) под нагрузкой и сверху (R) при вытягивании в рабочей зоне (Р) между ребрами.
Разрез (фиг. 7) по 1-1 на фиг. 5, показывает распределение нагрузки R ребрами 4.
На фиг. 8 показан вариант анкера, в головке которого устроено отверстие 5 с потайной резьбой для установки крюка 6 (заводское изделие).
Тоже на фиг. 9 - вариант устройства на нескольких анкерах включает крюк 6, сваренный с пластиной 7, закрепленные с анкерами через отверстия в пластине посредством болтов 8 (6, 7, 8 - заводские детали).
Фиг. 10 - вид сверху на анкерное устройство фиг. 9, где: 5 - отверстие в анкере с потайной резьбой, 6 - крюк, 7 - пластина, 8 - болт в комплекте с шайбами (6, 7, 8 - заводские детали).
1
2
Заявленные параметры и форма ребер позволяют производить забивку изделия с уменьшенным боковым распором и нарушением структуры окружающего материала. Большая часть внедряемого объема распределяется в продольном к оси изделия направлении, одновременно уменьшая боковой распор. Изделие в процессе забивки, вращаясь вокруг оси, буквально скользит на плоскостях ребер, прорезающих своим торцом материал заделки, при этом между ребрами сохраняется рабочая зона (Р) (фиг. 6) из естественного, ненарушенного массива материала заделки. Именно наклон ребер, их положение и углы наклона α и α по отношению к продольной оси и боковой поверхности стержня, позволяют образовать рабочую зону между ними, передать нагрузку по давлению вдоль изделия и в стороны с охватом прилегающего материала заделки объемно на всю ширину и высоту многозаходных ребер, что кратно увеличивает несущую способность изделия в продольном направлении в обе стороны и придает изделию дополнительно анкерные свойства.
Заявленные параметры это
металлический стержень круглого профиля с острием на его конце и головкой на противоположном конце;
поперечное сечение стержня преобразовано в многоконечную звезду;
многозаходные ребра звезды имеют вид пластины трапецеидального сечения, по длине ребра имеют непрерывное геликоидальное вокруг оси стержня очертание;
1
угол α между образующей цилиндра и касательной к линии
1
2
примыкания ребра к стержню соответствует условию: 5°<α<35°, а угол α между образующей цилиндра и касательной к внешней грани ребра не превышает 45°;
в любой плоскости проходящей через продольную ось стержня угол β между образующей ребра и стержнем равен 90°;
свободная зона по стержню между соседними ребрами не менее двойной их ширины;
ребра выходят с уменьшением ширины «на нет» в верхней части стержня перед головкой;
количество, толщина и ширина ребер, длина и диаметр стержня могут меняться на всей или части изделия;
в головке стержня выполнено углубление с потайной резьбой для установки крюка или скобы анкера;
тело изделия может быть дополнительно термически упрочнено;
поверхность изделия может иметь антикоррозийное покрытие;
изделие может быть выполнено из композитного материала.
Боковое сопротивление собственно стержня (боковое трение) в силу своей незначительной величины не рассматривается и идет в запас несущей способности.
тр
Сила трения F по плоскости ребер, увеличенная под действием продольной нагрузки, противодействует проворачиванию изделия под нагрузкой
,
mp
где F - сила трения по поверхности ребер, кН;
f - коэффициент трения окружающего материала по материалу ребра;
Р - продольная (по стержню) нагрузка, кН;
1
2
α - угол наклона плоскости ребра к оси стержня, рассчитанный как среднее углов (α и α), °;
осн
анк
бок
Сопротивление строительного материала по давлению (R и R на фиг. 6), кратно большее сопротивления трения по боковой поверхности (R), действующее на суммарную площадь многозаходных ребер, многократно увеличивает несущую способность изделия как в качестве гвоздя, так и в качестве анкера.
Таким образом, достигается основной технический эффект: - простота погружения изделия молотком, обеспечение высоких показателей в отношении скрепления деталей (гвоздь) и вытягивания (анкер), будучи относительно простым в изготовлении и применении.
Изготовление изделия в массовом количестве производится на оборудовании для производства гвоздей, шурупов, саморезов и т.п.
Забивка изделия производится молотком (более крупных размеров - подбойкой или кувалдой) без нарушения структуры материала, сохраняя тем самым рабочую зону под и над поверхностью ребер. Изделие в процессе забивки поворачивается вокруг оси стержня. Забивка, в основном, производится без какой либо подготовки, но крупные изделия могут погружаться в предварительно засверленное на всю длину стержня отверстие, равное или меньше его диаметра.
В целях защиты от коррозии изделие может быть защищено антикоррозийным покрытием, а для придания особых свойств дополнительно термически упрочнено, например цементацией, азотированием, закалкой и другое.
Изделие может быть выполнено из композитного материала.
В предлагаемом техническом решении имеются следующие существенные признаки:
1
2
круглый профиль стержня позволяет симметрично и равномерно преобразовать на нем ребра 4 (фиг. 1, фиг. 3), количество, высота, ширина и направленность которых определяются расчетом под конкретное назначение изделия. Несмотря на сравнительно большой внешний диаметр, включающий ребра, изделие обладает малым лобовым сопротивлением, чему способствуют: острие на конце стержня, конфигурация и заданный параметр наклона ребер α и α, малое поперечное сечение ребер, возможность свободного поворота изделия вокруг оси в процессе забивки;
1
2
применение многозаходных ребер, имеющих форму пластины и витое очертание на всей длине стержня, позволяет задействовать окружающий объем материала заделки в пределах цилиндра, описанного по внешней грани ребер. Наклон ребер в пределах углов α и α позволяет произвести забивку молотком;
угол β между ребром и стержнем, в любой плоскости, проходящей через продольную ось стержня, равен 90°. Плоскость ребра под данным углом к оси стержня образует максимально возможную их проекцию на основание с учетом распределения на всю высоту ребра и передает нагрузку по давлению, с охватом прилегающего материала заделки объемно на всю ширину и высоту многозаходных ребер.
Указанные существенные признаки введены в формулу и являются необходимыми и достаточными для достижения заявляемого технического результата - изделие, забиваемое молотком в различные строительные материалы, обеспечивающее высокие показатели в отношении скрепления деталей (гвоздь) и вытягивания (анкер), будучи относительно простым в изготовлении.
Эффективность предлагаемой полезной модели заключается в его техническом результате - забивка молотком в различные строительные материалы, обеспечение высоких показателей в отношении скрепления деталей (гвоздь) и вытягивания (анкер), будучи относительно простым в изготовлении.
осн
анк
бок
Работа гвоздя по принципу прямого давления (R и R) ребрами вместо трения по боковой поверхности (R), действующее на суммарную площадь многозаходных ребер (пересчитанную в проекцию по основанию), кратно увеличивает несущую способность изделия как в качестве гвоздя, так и в качестве анкера. А это означает, что при равнозначной массе с прототипом гвоздь имеет существенное преимущество по всем показателям.
Практически равная несущая способность изделия как под нагрузкой, так и на вытягивание, позволяющая использовать его одновременно как в качестве гвоздя, так и анкера, повышает его функциональность, эффективность, универсальность в применении.