САМОСТОПОРЯЩАЯ ЦАНГОВАЯ ГАЙКА
SELF-LOCKING COLLET NUT

Предлагаемое изобретение относиться к конструкции резьбовых соединений для крепления вибронагруженных деталей и узлов в судовом и транспортном машиностроении, авиации и космонавтике, турбо и гидроэнергетике, горнодобывающей и атомной промышленности и других областях.
Известны многочисленные традиционные конструкции резьбовых соединений с использованием различно типа гаек, с фиксацией их от отворачивания с помощью обычных контргаек, разнообразных упругих пружинных шайб, контрящих винтов, запрессованных нейлоновых колец, многочисленных одинарных или двойных стопорных шайб с отогнутыми лапками или отогнутым носком, а также разводных шплинтов для прорезных и корончатых гаек. Распространены и более радикальные способы стопорения резьбовых соединений посредством прихватки электросваркой, кернения резьбы и вязки мягкой проволокой через поперечные сверления гайки и болта. Общим недостатком традиционных конструкций резьбовых соединений является то, что простые варианты стопорения не обеспечивают надежную фиксацию гайки при знакопеременных и вибрационных нагрузках, требуют постоянного контроля затяжки, а более сложные в технологическом плане варианты, трудоемки в изготовлении и в монтаже. Варианты стопорения посредством прихватки электросваркой или кернением существенно усложняют демонтаж и портят резьбовое соединение. Кроме того, процесс монтажа резьбовых соединений с установкой шплинтов, стопорных шайб, вязкой проволокой, прихватками электросваркой или кернением значительно усложняется при плохой погоде на открытом воздухе, при работах на высоте, на эстакадах, в стесненных туннелях и отсеках судов, морских платформ, а также под водой.
Задачей изобретения является создание универсального, прочного и надежного резьбового соединения, исключающего самопроизвольное отворачивание гайки. Для этого предполагается выполнить следующие требования:
- обеспечение компактной и технологичной конструкции соединения;
- обеспечение быстрой и удобной сборки или разборки соединения;
- обеспечения высокой прочности и надежности резьбового соединения;
- использование существующих машиностроительных стандартов;
- использование существующих инструментов и механического оборудования;
- использование углеродистых, высоколегированных и нержавеющих сталей;
- использование цветных, титановых и алюминиевых сплавов;
- охват всего типоразмерного ряда резьбовых соединений;
- обеспечение универсальности конструкции во всем типоразмерном ряде;
- обеспечение широкого диапазона рабочих температур соединения;
- обеспечение защиты от коррозии;
- обеспечение длительного срока службы резьбового соединения при высоких знакопеременных нагрузках и повышенной вибрации без постоянного контроля затяжки и сохранности крепления.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемое резьбовое соединение имеет сборную конструкцию, состоящую из болта (дет. 1), основной гайки с внутренней стандартной метрической резьбой и цанговой частью с продольными прорезями и наружной стандартной конусной резьбой (дет. 2), а также дополнительной контргайки с внутренней конусной резьбой (дет. 3), которая навинчивается на цанговую часть гайки. Стопорение основной гайки после ее затяжки и прижима к опорной шайбе (дет. 4) осуществляется за счет обжима цанговой части при навинчивании на нее контргайки и устранения зазоров в резьбовых соединениях гайки с болтом и гайки с контргайкой. Такая конструкция, благодаря плотному обжиму цанговой части, устраняет зазоры в резьбовых соединениях, создает высокое трение за счет сдавливания металла по всей поверхности резьбы и обеспечивает надежное стопорение резьбового крепления. Для исключения самопроизвольного отвинчивания контргайки и ослабления обжима при экстремальных вариантах нагрузки предусмотрено ее стопорение на основной гайке с помощью специальной многолапчатой стопорной шайбы (дет. 5), зафиксированной в продольных прорезях цанговой части гайки и торцевых шлицах контргайки.
В зависимости от нагрузки на резьбовое соединение предлагаемая самостопорящая цанговая гайка может иметь два типа стопорения от отвинчивания:
- стопорение гайки без фиксации контргайки стопорной шайбой;
- стопорение гайки с фиксацией контргайки стопорной шайбой.
Принципиальная конструкция самостопорящей цанговой гайки с обжимом контргайкой конической части основной гайки наглядно изображена на рисунке №1 и может применяться для резьбовых креплений деталей и узлов механизмов, подверженных переменной нагрузке, но при отсутствии сильной вибрации.
Принципиальная конструкция абсолютно надежной самостопорящей цанговой гайки с обжимом контргайкой цанговой части основной гайки и ее фиксации от отворачивания стопорной шайбой показана на рисунке №2 и может применяться для крепления особо нагруженных узлов и механизмов, подверженных сильной знакопеременной вибрации.
По конструкции она полностью аналогична гайке, изображенной на рисунке N21.
Основное отличие заключается в том, что фиксация от отворачивания контргайки с цанговой части основной гайки осуществляется с помощью многолапчатой стопорной шайбы. На представленных рисунках №1 и №2 полностью раскрыта общая идея конструкции, предлагаемого резьбового соединения и ее техническая новизна. Для резьбовых соединений более М48 гайка и контргайка могут иметь не шестигранную, а цилиндрическую форму с радиальными отверстиями или шлицами под ключ.
Предложенная конструкция самостопорящей цанговой гайки отличается техническим изяществом, обеспечивает выполнение всех вышеперечисленных исходных требований, а анализ возможности ее использования дает следующие очевидные технологические и эксплуатационные преимущества по сравнению с традиционными резьбовыми соединениями и вариантами стопорения:
- исключение отвинчивания за счет обжима зазоров резьбы и повышенного трения;
- простота сборки и разборки резьбового крепления;
- возможность повторного использования гайки после вытяжки болта или шпильки;
- возможность использования резьбового крепления в недоступных местах;
- возможность использования резьбового крепления, как «механической сварки»;
- возможность в стационарных цеховых условиях изготовления и сборки гайки;
- высокий экспортный потенциал нового крепежного изделия благодаря удобству в работе, широкому диапазону использования и отсутствия зарубежных аналогов.
Еще одним важным преимуществом предлагаемого резьбового соединения является то, что оно может быть успешно использовано не только в судовом машиностроении, но и в других областях промышленности, где требуется абсолютная надежность крепления деталей и узлов, таких как автомобильный и железнодорожный транспорт, атомная промышленность, авиация и космонавтика.
Учитывая уникальность и универсальность указанного резьбового соединения, предлагается дать наименование новому типу гайки - самостопорящая цанговая гайка.
Предполагается, что после разработки чертежей, изготовления опытных образцов и проведения всех необходимых испытаний, уточнения типоразмерного ряда, окончательного выбора материалов, определения крутящих моментов затяжки гаек, отработки всей технологической цепочки изготовления деталей резьбового соединения будет сформулирована и подана новая заявка на оформление международного патента.
Предложенная конструкция резьбового крепления может стать основой для создания современного высокотехнологичного производства нового типа крепежных изделий и монопольного вывода на мировой рынок уникальной массовой продукции, не имеющей зарубежных аналогов и защищенной международным патентом.