Резьбовое соединение деталей
THREADED CONNECTION OF PARTS

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в соединениях высоконагруженных элементов.
Известно «Резьбовое соединение конструктивных элементов» [RU 154681, опубликовано 27.08.2015, МПК F16B 39/30 (2006.01)]. Резьбовое соединение конструктивных элементов включает соединяемые конструктивные элементы и стягивающий их упругий ввертный болт, размещенный в соответствующих отверстиях соединяемых конструктивных элементов. Болт имеет на нарезном конце трапецеидальную резьбу, а головка болта выполнена с увеличенной опорной поверхностью, при этом твердость материала болта выше твердости материла сопряженного с ним конструктивного элемента.
Известно «Резьбовое соединение деталей» [RU 2399801, опубликовано 20.09.2010, МПК F16B 5/02 (2006.01)], содержащее соединяемые детали и шайбу, имеющие соосные отверстия, а также резьбовой стержень, установленный в этих отверстиях, и элементы для обеспечения взаимодействия концов этого стержня с соединяемыми деталями и прижатия их друг к другу. Резьбовой стержень установлен в отверстии одной из соединяемых деталей с большим зазором, чем в отверстии другой детали. Указанная шайба установлена между соединяемыми деталями, при этом, по меньшей мере, поверхность этой шайбы, контактирующая с той из соединяемых деталей, в отверстии которой резьбовой стержень установлен с большим зазором, снабжена заостренным зубом, расположенным по спиральной линии, витки которой закручены вокруг центра отверстия шайбы. Материал указанной шайбы имеет более высокую твердость, чем материал детали в месте контакта с поверхностью шайбы, снабженной заостренным зубом.
Указанные технические решения не обеспечивают равнопрочность резьбового соединения и обладают сложностью конструкции.
Наиболее близким по технической сущности является соединение шпилькой [«Резьбовые соединения: Учебно-методическое пособие», Волжанова О.А. - Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2012. 63 с., стр. 36-37, рис. 30, электронная версия по ссылке http://elibrary.udsu.ru/xmlui/bitstream/handle/123456789/10034/2012627new.pdf] Шпилька представляет собой стержень, имеющий резьбу на обоих концах. Одним концом шпилька на всю длину резьбы ввинчивается в глухое (несквозное) отверстие с резьбой в детали 1. На другой конец навинчивают гайку, под которую подкладывают шайбу. Таким образом, прижимают друг к другу скрепляемые детали.
Данное техническое решение обладает недостаточной прочностью в поперечном направлении резьбового соединения, а также наличие зазора между шпилькой и закрепляемой деталью может привести к смещению деталей.
Технической проблемой, которую решает предлагаемое изобретение, является создание равнопрочного во всех направлениях и простого по конструкции резьбового соединения деталей.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении прочности резьбового соединения в поперечном направлении и достижении самоцентровки соединяемых деталей относительно шпильки.
Сущность предлагаемого резьбового соединения деталей заключается в том, что оно содержит первую деталь, вторую деталь, в которых выполнены соосные отверстия, отверстие во второй детали выполнено сквозным и имеет диаметр больший, чем диаметр резьбового отверстия в первой детали, шпильку, имеющую резьбу на обоих концах, установленную в отверстия первой и второй деталей. Одним концом шпилька ввинчена в отверстие первой детали, а на втором конце шпильки навинчена гайка, причем между гайкой и второй деталью установлена шайба.
Новым в предлагаемом изобретении является то, что в сквозном отверстии второй детали на шпильке установлен витой элемент, выполненный из проволоки в виде двух пружин разного наружного диаметра с одинаковым шагом витка и диаметром проволоки, вкрученных друг в друга, причем диаметр отверстия во второй детали, диаметр шпильки и диаметр проволоки выбирают из соотношения:
шп
прв
отв
шп
прв
d+4d>d>d+3d, где
отв
d - диаметр отверстия во второй детали,
шп
d - диаметр шпильки,
прв
d - диаметр проволоки,
кроме того часть шпильки, расположенная в сквозном отверстии второй детали, выполнена без резьбы.
На Фиг. 1 изображено резьбовое соединение деталей в разрезе в незатянутом состоянии.
На Фиг. 2 изображено резьбовое соединение деталей в разрезе в затянутом состоянии.
На Фиг. 3 изображено резьбовое соединение деталей в аксонометрической проекции в незатянутом состоянии.
На Фиг. 4 изображено резьбовое соединение деталей в аксонометрической проекции в затянутом состоянии.
Резьбовое соединение деталей содержит первую деталь (1), с резьбовым отверстием (2), вторую деталь (3), со сквозным отверстием (4), шпильку (5), первую пружину (6), вторую пружину (7), шайбу (8), гайку (9).
В первой детали (1) и второй детали (3), выполнены соосные отверстия (2) и (4), причем отверстие (4) во второй детали (3) выполнено сквозным и имеет диаметр больший, чем диаметр отверстия (2) в первой детали (1). Отверстие (2) в первой детали (1) выполнено резьбовым. Шпилька (5), установлена в отверстия (2), (4) первой и второй деталей (1), (3). Одним концом шпилька (5) ввинчена в отверстие (2) первой детали (1), а на втором конце шпильки (5) навинчена гайка (9). Между гайкой (9) и второй деталью (3) установлена шайба (8). В сквозном отверстии (4) второй детали (3) на шпильке (5) соосно установлены первая пружина (6) и вторая пружина (7). Пружины (6), (7) выполнены с одинаковым шагом витка, диаметром проволоки и разными наружными диаметрами, причем первая пружина (6) имеет больший наружный диаметр, чем наружный диаметр второй пружины (7). Первая (внутренняя) пружина (6) вкручена во вторую (внешнюю) пружину (7). Средняя часть шпильки (5), находящаяся в сквозном отверстии (3) второй детали (4), выполнена без резьбы.
Монтаж резьбового соединения осуществляется следующим образом.
Одним концом шпилька (5) на всю длину резьбы ввинчивается в резьбовое отверстие (2) первой детали (1). В отверстие (4) второй детали (3) вставляют витой элемент. Витой элемент собран из первой и второй пружин (6), (7) при условии одинакового шага витка пружин (6), (7) и одинакового диаметра проволоки, причем наружный диаметр первой (внутренней) пружины (6) должен быть больше внутреннего диаметра второй (внешней) пружины (7), чтобы обеспечить вкручивание первой пружины (6) во вторую пружину (7). На шпильку (5) надевают вторую деталь (3) с витым элементом. На второй конец шпильки (5) навинчивают гайку (9), под которую подкладывают шайбу (8).
шп
отв
В момент затяжки гайки (9) происходит заполнение объема между шпилькой (5) и отверстием (4) второй детали (3), что компенсирует допуск на центровку деталей (1), (3) относительно шпильки (5). Заполнение объема происходит в результате деформации двух пружин (6), (7). В момент затяжки гайки (9) пружины (6), (7) воздействуют друг на друга, результатом чего является изменение их диаметров в радиальном направлении. Первая (внутренняя) пружина (6) уменьшается в диаметре, до размера при котором внутренний диаметр пружины (6) станет равным диаметру шпильки (5) (d). Вторая (внешняя) пружина (7) увеличивается в диаметре, до размера при котором ее наружный диаметр станет равным диаметру отверстия (4) (d). Схематично на фигурах 1 и 2 изображено изменение положения пружин (6), (7) при затяжке соединения.
прв
Для обеспечения оптимального заполнения объема пружинами диаметры отверстия (4), диаметр шпильки (5) и диаметр проволоки пружин (6), (7) (d) выбирают в соответствии со следующей зависимостью:
шп
прв
отв
шп
прв
d+4d>d>d+3d.
1пр
2пр
Внутренние диаметры первой d и второй d пружин (6), (7) можно выбрать из следующих диапазона:
1пр
шп
1пр
2пр
1пр
d≥d, 15d≥d≥d.
Шаг первой и второй пружин (6), (7) (Н) выбирают в интервале
прв
прв
1,7d≥Н≥1,3d
пр
отв
отв
пр
отв
А высоту пружин L относительно высоты детали со сквозным отверстием L: 1,3L≥L≥1,1L.
Таким образом, происходит выборка зазоров при помощи пружин (6), (7), приводящая к компенсации несоосности отверстия второй детали (3) относительно шпильки (5).
При затяжке соединения до упора, за счет деформаций первой и второй пружин (6), (7), исключается радиальный зазор между отверстием (4) второй детали (3) и шпилькой (5), в результате чего получается соединение, близкое по нагрузоспособности резьбовому соединению без зазора. При этом увеличивается допускаемая поперечная нагрузка.
По результатам испытаний допускаемая поперечная нагрузка на резьбовое соединение увеличивается в 2-4 раза по сравнению с прототипом. Кроме того существенно снижаются требования к точности выполнения межцентровых расстояний при выполнении нескольких точек соединений за счет компенсации пружинами допусков на координаты совмещаемых отверстий. Таким образом достигается заявляемый технический результат.