ВЫСОКОНАГРУЖЕННОЕ ТЕРМОЗАТЯГИВАЕМОЕ РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
HIGH-LOADED THERMAL TIGHTENED THREADED CONNECTION

Изобретение относится к области общего и специального машиностроения и может использоваться во всех областях промышленного производства для обеспечения соединения высоконагруженных элементов механических конструкций.
Известны соединения элементов конструкций машин с помощью болтового [ГОСТ 7805-70. Межгосударственный стандарт. Болты с шестигранной головкой класса точности А. Конструкция и размеры] и шпилечного [Шпильки для деталей с гладкими отверстиями. Класс точности A. Конструкция и размеры] резьбовых соединений.
Недостатком таких конструкций является обеспечение моментов затяжки болтов, которые могут достигать очень больших величин. Такие моменты требуются для преодоления сил трения в резьбе и по опорной поверхности головки болта. Возникающие при этом большие контактные давления на трущихся поверхностях могут вызвать адгезионное схватывание, препятствующее дальнейшему закручиванию и откручиванию болта, и момент затяжки вызывает значительные дополнительные напряжения и деформации в теле болта.
Известен способ соединения элементов деталей машин с помощью сложного резьбового соединения «HYTORC», включающий промежуточную резьбовую втулку со шлицами под ключ и не требующий внешнего упора, что позволяет устранить дополнительные напряжения и деформации в теле болта при затягивании [Заявка на изобретение DE № 102009023518 (A1), МПК B25B 29/02, 2009 г.].
Недостатком такого решения является сложная в изготовлении конструкция, не позволяющая снизить момент закручивания для необходимой силы затяжки в сравнении с обычными резьбовыми соединениями.
Известно высоконагруженное термозатягиваемое болтовое соединение, в котором затяжка соединения осуществляется за счет деформации предварительно нагретого резьбового стержня - болта или шпильки - при его остывании [Заявка на изобретение (RU) №2011145073, МПК F16B 35/00, 2011 г.].
За прототип принята конструкция резьбового соединения, в котором резьба нагреваемого элемента - резьбового стержня выполнена с шагом, уменьшенным на величину относительного линейного расширения, соответствующего повышению температуры при предварительном нагреве, необходимого для обеспечения требуемого усилия затяжки [Заявка на изобретение CN №201110175158, 27.06.2011 г., номер публикации 102230490, дата публикации 02.11.2011 г., МПК B23P 11/02, F16B 35/00].
Недостатком такой конструкции является недостаточная надежность обеспечения необходимого усилия затяжки или заклинивания, в связи с трудностями прогнозирования изменения температуры резьбового стержня из-за теплопередачи в сопрягаемый резьбовой элемент, зависимой от соотношения масс резьбового соединения и времени завинчивания.
Задачей изобретения является повышение надежности термозатягиваемого резьбового соединения.
Это достигается тем, что на резьбовой стержень нанесено термоизоляционное покрытие, а резьба стержня выполнена с шагом меньшим на величину линейного удлинения, соответствующего расчетному повышению температуры, необходимому для обеспечения требуемого усилия затяжки.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид соединения, на фиг. 2 - сечение по А-А.
Конструкция высоконагруженного термозатягиваемого резьбового соединения включает соединяемый элемент 1 и соединяемый элемент 2, в резьбовое отверстие 3 которого ввинчен предварительно нагретый до необходимой температуры термонагревателем 4 резьбовой стержень 5 с резьбой 6, покрытой термоизолирующим покрытием 7.
Подготовку и сборку соединения осуществляют в следующей последовательности: определяют необходимое усилие затяжки; далее определяют величину удлинения, необходимую для обеспечения усилия затяжки резьбового стержня 5; затем определяют необходимое повышение температуры при нагреве и рассчитывают относительное увеличение шага резьбы резьбового стержня 5.
Изготовленный с расчетными параметрами и с нанесенным на резьбу 6 термоизолирующим покрытием 7 резьбовой стержень 5 нагревают до необходимой температуры, ввинчивают в резьбовое отверстие 3 соединяемого элемента 2 до плотного контакта с соединяемым элементом 1. При охлаждении резьбового стержня 5 происходит его деформация, обеспечивающая необходимое усилие затяжки.
Такая конструкция обеспечивает значительное повышение надежности высоконагруженного термозатягиваемого резьбового соединения.