РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ С ВЫРАВНИВАНИЕМ НАГРУЗКИ ПО ВИТКАМ РЕЗЬБЫ
THREADED CONNECTION OF PARTS WITH BALANCING LOAD ALONG TURNS OF THREAD

Изобретение относится к машиностроению, к разъемным крепежным соединениям, а точнее к резьбовым.
Известно стандартное резьбовое соединение типа болт-гайка [1, стр.11, рис.5а]. Гайка в нем выполнена в виде шестигранной призмы. Тело гайки по всей высоте имеет одинаковую толщину стенки. Недостатком такой конструкции гайки является значительная неравномерность распределения нагрузки по ее виткам. 34% всей нагрузки приходится на первый виток, в то время как на шестой виток приходится всего 7%.
Известно резьбовое соединение типа стяжка [1, стр.92, рис.106, а - прототип]. Тело гайки по всей высоте имеет одинаковую толщину стенки. Гайка вставляется в отверстие соединяемой детали, опираясь кольцевым выступом на ее торец, при этом осевая нагрузка прикладывается к гайке сверху, вследствие чего обе резьбовые детали испытывают растяжение. Распределение нагрузки по виткам резьбы при этом частично выравнивается. Недостатком такой конструкции является то, что соединяемая деталь должна иметь отверстие большего диаметра, для размещения в нем тела гайки, что делает невозможным использование соединения типа стяжка для замены стандартных резьбовых соединений типа болт-гайка.
Задачей настоящего изобретения является разработка резьбового соединения с конструкцией гайки, выравнивающей распределение нагрузки по виткам, делая его примерно постоянным, обеспечивающим большую прочность.
Резьбовое соединение включает в себя трехступенчатую гайку, болт и опорную втулку. Сущность изобретения состоит в том, что между гайкой и соединяемой деталью установлена опорная втулка, при этом гайка выполнена трехступенчатой, с равными по высоте ступенями, две из которых имеют внутреннюю резьбу и представляют собой усеченные конусы с наклоном образующей конуса к оси гайки соответственно под углами 10±3° на нижней ступени и 40±5° на средней ступени, а третья ступень выполнена цилиндрической с двумя участками, один из которых является опорным кольцевым выступом, а второй выполнен шестигранным j для завинчивания гайки ключом. При этом, в середине резьбового участка податливость тела гайки равна податливости тела болта
в
г
β=β,
,
в
г
г
р
р
в
г
где β и β - податливости тел болта и гайки, D - диаметр средней части гайки, D - диаметр резьбы, d - диаметр резьбовых впадин на болте, E и Е - модули упругости материалов болта и гайки. Диаметр средней части гайки рассчитывается по следующей зависимости:
.
Предлагаемое резьбовое соединение показано на фиг.1, 2 и 3. На фиг.1 и фиг.2 изображено резьбовое соединение в сборе (разрез и вид сверху), а на фиг.3 - гайка резьбового соединения.
Резьбовое соединение включает в себя болт 1, трехступенчатую гайку 2 и опорную втулку 3, которая устанавливается между гайкой 2 и соединяемой деталью 4. Гайка 2 выполнена трехступенчатой, с равными по высоте ступенями, нижняя ступень 5 имеет внутреннюю резьбу и представляет собой усеченный конус с наклоном образующей конуса к оси гайки под углом 10±3°, средняя ступень 6 имеет внутреннюю резьбу и представляет собой усеченный конус с наклоном образующей конуса к оси гайки под углом 40±5°, верхняя ступень 7 выполнена цилиндрической с двумя участками, один из которых является опорным кольцевым выступом, а второй выполнен шестигранным для завинчивания гайки ключом.
Работает соединение следующим образом: при повороте ключом гайки 2 она, опираясь на втулку 3, принуждает болт 1 к его движению вверх и тем самым сжимает между собой соединяемые детали 4 и 4'.
Использование опорной втулки реализует схему нагружения типа «стяжка» (болт и гайка растянуты). Рассчитанный по формуле диаметр средней части гайки обеспечивает равную податливость тел болта и гайки в середине резьбового участка, профиль гайки, составленный из усеченных конусов с наклоном образующей конуса к оси гайки соответственно под углами 10±3° на нижней ступени и 40±5° на средней ступени, является приближенным к гиперболическому, вследствие чего и обеспечивается выравнивание нагрузки на витках болта и гайки и тем самым достигается большая прочность резьбового соединения.
Источники информации
1. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. Библиотека конструктора. М., Машиностроение, 1973.