СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ

Полезная модель относится к конструкциям штуцерных неподвижных разъемных соединений для трубопроводов пневматических систем.
Известно неподвижное разъемное соединение, содержащее корпус с подводящим резьбовым отверстием, в котором выполнена кольцевая проточка, соединительный элемент, имеющий резьбу, соответствующую резьбе отверстия в корпусе и проточку, выполненную определенной формы и размеров. В проточке соединительного элемента установлено уплотняющее кольцо из эластомера, при этом размеры проточек в корпусе и в соединительном элементе и размеры уплотнительного кольца должны быть согласованы (см. Анурьев В.И. «Справочник конструктора машиностроителя», Москва, Машиностроение, 1978 г., том.3, стр.180).
Недостатком известного технического решения является трудоемкость его изготовления, так как для обеспечения герметичности соединения необходимо выполнение уплотнительных проточек в корпусе и в соединительном элементе с высокой точностью и чистотой поверхности, а также низкая технологичность при сборке из-за предварительной смазки уплотняющего кольца, так как при заворачивании соединительного элемента уплотняющее кольцо воспринимает сильные нагрузки скручивания и может разрушиться. Кроме того, необходимость выполнения кольцевой проточки в корпусе увеличивает габаритные размеры корпуса на 25%.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является соединительный узел, содержащий корпус с резьбовым участком на конце и шестигранным фланцевым элементом. На торцевой поверхности фланцевого элемента со стороны резьбового участка выполнена П-образная проточка боковые поверхности которой расположены под углом к резьбе равным 75-85 градусов, а замыкающая поверхность параллельна торцевой поверхности фланцевого элемента. В П-образной проточке установлено уплотняющее кольцо, при этом размеры П-образной проточки и уплотняющего кольца согласованы между собой (см. Каталог «Sirit - air brake fittngs» edition 01/07, 696, FIG.A).
Недостатком известного технического решения является трудоемкость изготовления из-за того, что для обеспечения герметичности соединения требуется повышенная точность изготовления П-образной проточки, так как уплотнение обеспечивается за счет сжатия уплотняющего кольца между фланцевым элементом и приемным узлом по плоскости, что требует значительного момента при заворачивании соединительного элемента. Кроме того, выполнение П-образной проточки на торцевой поверхности фланцевого элемента и отсутствие канавки под выход инструмента при нарезке резьбы на корпусе соединительного узла так же приводит к необходимости повышения точности изготовления, так как требуется нарезка резьбы практически до фланцевого элемента соединительного узла.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является снижение трудоемкости изготовления соединительного узла, обеспечивающего достаточную герметичность и надежность соединения.
Для решения поставленной задачи в соединительном узле, содержащем корпус с резьбовым участком и фланцевым элементом, имеющим П-образную проточку боковые поверхности которой расположены под углом к резьбе и расположенный в П-образной проточке уплотняющий элемент в виде кольца из эластомера, П-образная проточка выполнена в месте соединения резьбового участка и фланцевого элемента, угол наклона ее боковых поверхностей равен 45-75º, а ширина равна (1,1-1,5)d, где d - диаметр уплотняющего кольца, при этом замыкающая поверхность П-образной проточки расположена перпендикулярно ее боковым поверхностям и точка пересечения наружной боковой поверхности и замыкающей поверхности находится примерно на наружном диаметре резьбы, причем диаметр наружной боковой поверхности проточки равен (0,8-1,0)S, где S - размер под ключ, кроме того, уплотняющий элемент имеет круглое поперечное сечение диаметром (1,25-2,25)Р, где Р - шаг резьбы, а его внутренний диаметр равен (0,85-1.0)D, где D - наружный диаметр резьбы.
Отличительные признаки, заключающиеся в том, что П-образная проточка выполнена в месте соединения резьбового участка и фланцевого элемента, угол наклона ее боковых поверхностей равен 45-75, а ширина равна (1,1-1,5)d, где d - диаметр уплотняющего кольца, при этом замыкающая поверхность П-образной проточки расположена перпендикулярно ее боковым поверхностям и точка пересечения наружной боковой поверхности и замыкающей поверхности находится примерно на наружном диаметре резьбы, причем диаметр наружной боковой поверхности проточки равен (0,8-1,0)S, где S - размер под ключ, позволили создать проточку с размерами, обеспечивающими необходимый объем полости для уплотняющего кольца и его необходимую деформацию и, тем самым обеспечить надежность и герметичность соединения, кроме того, данные признаки позволяют снизить трудоемкость изготовления за счет того, что обеспечивается формирование канавки для выхода инструмента при нарезании резьбы и используется стандартный отрезной резец, а при заворачивании соединительного узла не требуется специальной смазки, так как контакт с уплотняющим кольцом происходит практически только по наружной боковой поверхности.
Выполнение уплотняющего кольца с круглым поперечным сечением диаметром (1,25-2,25)Р, где Р - шаг резьбы, а его внутреннего диаметра равным (0,85-1.0)D, где D - наружный диаметр резьбы, позволяет обеспечить надежную фиксацию кольца в П-образной проточке при технологических перемещениях подсобранного соединительного узла и, тем самым, снизить трудоемкость изготовления, а также обеспечить необходимый объем материала уплотняющего кольца для заполнения впадин резьбы и полости между гайкой и приемным узлом, например, пневмоаппаратом при гарантированном обеспечении герметичности и надежности соединения.
В совокупности указанные существенные признаки позволили снизить трудоемкости изготовления соединительного узла с обеспечением достаточной герметичности и надежности соединения, а сочетание указанных диапазонов размеров позволило обеспечить наилучшие результаты по габаритным размерам, материалоемкости и надежности соединительного узла.
Анализ известных технических решений по научно-технической и патентной документации показал, что совокупность существенных признаков заявляемого решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
фиг.1 - соединительный узел в разрезе;
фиг.2 - уплотнительная зона соединительного узла в разрезе до сборки;
фиг.3 - уплотнительная зона соединительного узла в разрезе после сборки;
фиг.4 - изображен наиболее близкий аналог.
Соединительный узел содержит корпус 1, на концах которого выполнены резьбовые участки 2, фланцевый элемент 3 и уплотняющее кольцо 4.
В месте соединения резьбового участка 2 и фланцевого элемента 3 выполнена П-образная проточка 5, боковые поверхности которой расположены под углом к резьбе. Угол наклона боковых поверхностей П-образной проточки равен 45-75º (предпочтительно 60º), а ширина равна (1,1-1,5)d, где d - диаметр уплотняющего кольца. Ширина П-образной проточки может быть равна 3-5 мм.
Замыкающая поверхность П-образной проточки расположена перпендикулярно ее боковым поверхностям и точка пересечения наружной боковой поверхности и замыкающей поверхности находится примерно на наружном диаметре резьбы. Диаметр наружной боковой поверхности П-образной проточки равен (0,8-1,0)S, где S - размер под ключ шестигранного фланцевого элемента, равный (1,15-1, 25)D, где D -наружный диаметр резьбы.
Указанные диапазоны размеров позволяют создать проточку с размерами, обеспечивающими необходимый объем полости для уплотняющего кольца и его необходимую деформацию, при этом если угол наклона проточки будет больше 75º, то в этом случае увеличится объем уплотняющей полости, а также увеличится размер уплотняющего кольца и, как следствие, увеличится ширина проточки, т.е. ширина проточки будет больше 1,5d, а возникающая при затяжке фланцевого элемента нормальная сила N сместится из зоны уплотнения приемного узла, в результате чего ухудшится герметичность и надежность соединения, кроме того, увеличится зона механической обработки, из-за того, что увеличится размер «S» шестигранного фланцевого элемента, в результате увеличится трудоемкость изготовления,
Если угол будет меньше 45º, это приведет к уменьшению объема полости для уплотняющего кольца, а также уменьшатся размер самого уплотняющего кольца и ширина проточки, т.е. ширина проточки будет меньше 1,1 d, при этом возникающая при затяжке фланцевого элемента нормальная сила N сместится из зоны уплотнения приемного узла, в результате чего ухудшится герметичность и надежность соединения, кроме того, потребуется повышение точности изготовления деталей соединения для того, чтобы получить необходимую деформацию уплотняющего кольца и герметичность соединения, т.е. увеличится трудоемкость изготовления.
Выполнение диаметра наружной боковой поверхности П-образной проточки меньше 0,8S, где S - размер под ключ шестигранного фланцевого элемента приводит к уменьшению объема полости для уплотняющего кольца и уменьшению объема самого уплотняющего кольца, что потребует повышения точности изготовления деталей соединения для того чтобы обеспечить его герметичность, а при выполнении наружного диаметра больше 1,0 S будет нарушена непрерывность уплотняющей кромки, что приведет к выдавливанию уплотняющего кольца из П-образной проточки и нарушению герметичности соединения.
Уплотняющее кольцо 4 имеет круглое поперечное сечение диаметром (1,25-2,25)Р, где Р - шаг резьбы, а его внутренний диаметр равен (0,85-1.0)D, где D - наружный диаметр резьбы.
Так как в процессе затяжки фланцевого элемента происходит затекание материала уплотняющего кольца в витки резьбы, которые характеризуются шагом резьбы Р и в полость между фланцевым элементом и приемным узлом, то при диаметре меньше 1,25 Р объем уплотняющего кольца для заполнения впадин резьбы недостаточен для получения герметичного уплотнения.
При диаметре большем 2,25 Р увеличивается материалоемкость уплотняющего элемента, требующая увеличения размеров соединения, а при затяжке фланцевого элемента происходит выдавливание из П-образной проточки излишков материала, приводящее к его повреждению и, как следствие, к нарушению герметичности и надежности соединения.
При выполнении внутреннего диаметра уплотняющего кольца меньше 0,85 D затруднительно установить уплотняющее кольцо в П-образную проточку без его повреждения, а при выполнении внутреннего диаметра больше 1,0 D не обеспечивается фиксация уплотняющего кольца на резьбовом участке при его подсборке, а также при хранении и транспортировке, что увеливает трудоемкость изготовления.
Выполнение размера под ключ равным (1,15-1,25)D где D - наружный диаметр резьбы позволяет при оптимальных размерах соединения обеспечить выполнение П-образной проточки для размещения необходимого объема уплотняющего элемента, чтобы получить герметичное надежное соединение.
При размере под ключ меньше 1,15 D не обеспечивается возможность выполнения П-образной проточки для размещения необходимого объема уплотняющего элемента, чтобы получить герметичное надежное соединение, а при размере под ключ больше 1,25 D увеличиваются габаритные размеры соединения и, как следствие, трудоемкость изготовления.
Соединительный узел работает следующим образом. Соединительный узел с установленным в П-образной проточке 5 уплотняющим кольцом 4 вворачивается в резьбовое отверстие приемного узла 6 (например, пневмоаппарата) до касания с ним уплотняющего кольца 4. При дальнейшем заворачивании соединительного узла в контакте наружной поверхности П-образной проточки 5 и уплотняющего кольца 4 возникает нормальная сила N под углом 90º к боковой поверхности П-образной проточки 5, сдвигающая кольцо 4 в зону фаски, выполненной в резьбовом отверстии приемного узла бив зону соединения витков резьбы соединительного и приемного узлов, а также препятствующая выдавливанию кольца 4 наружу. Так как площадь контакта боковой поверхности П-образной проточки 5 и поверхности кольца 4 минимальна, то момент сопротивления вращения соединительного узла и деформация кольца 4 также минимальны. Повышение момента заворачивания соединительного узла до 2-20 нм приводит к увеличению нормальной силы N, а невозможность выдавливания кольца 4 наружу приводит к тому, что эластомерный материал кольца 4 заполняет зону витков резьбы, зону фаски приемного узла 6 и зону П-образной проточки 5. При необходимости, заворачивание соединительного узла возможно до контакта фланцевого элемента 3 с корпусом приемного узла 6 (см. фиг.3). Возникающие при этом силы трения обеспечивают надежную фиксацию соединительного узла в требуемом положении и предотвращают самоотворачивание соединительного узла при вибрационных нагрузках. Получающееся при затяжке распределение удельных давлений на уплотняющее кольцо 4 приводит к тому, что в зоне соединения профилей резьбы приемного узла 6 и соединительного узла возникают максимальные удельные давления, что обеспечивает герметичность соединения при повышенных давлениях. Полная изоляция уплотняющего кольца 4 от внешних воздействий при заворачивании соединительного узла в упор, позволяет повысить его долговечность и обеспечить возможность использования в агрессивных средах.
Заявляемое техническое решение позволяет снизить трудоемкость изготовления соединительного узла и обеспечить достаточную герметичность и надежность соединения.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.