Высоконагруженное резьбовое соединение судового машиностроения

Полезная модель относится к области общего и специального тяжелого машиностроения и может использоваться во всех областях промышленного производства и строительства для обеспечения соединения высоконагруженных элементов механических конструкций.
Известно устройство механического разъемного соединения деталей с помощью пары «шпилька-гайка», включающее ввинченную одним концом в одну деталь шпильку, установленную на нее другую деталь и гайку, навинченную на другой конец шпильки [ГОСТ 22043-76 Шпильки для деталей с гладкими отверстиями. Класс точности А. Конструкция и размеры].
Недостатком такого устройства для высоконагруженных механических конструкций является вероятность ослабления соединения во время эксплуатации.  Это обусловлено тем, что при затяжке с помощью гидравлических или механических ключей усилие, приложенное на конце рычага ключа, вызывает не только вращение болта (гайки шпильки) вокруг оси, но и поперечное смещение головки болта (гайки шпильки) по опорной плоскости, что в свою очередь приводит к возникновению изгибных напряжений в теле болта (шпильки) и неравномерности давлений в витках резьбы. Следствием дополнительных напряжений в болте (шпильке) и резьбе может быть ослабление затяжки резьбового соединения в процессе эксплуатации за счет релаксации напряжений, связанной с пластическими деформациями, в первую очередь, в резьбе.  Указанные негативные явления возникают не только из-за затяжки ключом, но и как следствие неперпендикулярности опорной поверхности болта (гайки шпильки) оси резьбы [Биргер И. А., Иосилевич Г. Б. Резьбовые и фланцевые соединения. – М.: Машиностроение 1990 г.].
Известно устройство для компенсации неперпендикулярности опорной поверхности болта (гайки шпильки) оси резьбы путем установки шайбы со сферической поверхностью под опорную (сферическую) поверхность головки болта (гайки шпильки), выбранное в качестве прототипа [Биргер И. А., Иосилевич Г. Б. Резьбовые и фланцевые соединения. – М.: Машиностроение 1990 г.].
Недостатком этого устройства является то, что оно не гарантирует отсутствия поперечного смещения головки болта (гайки шпильки) при затяжке ключом в случае, если момент трения по сферической поверхности шайбы окажется больше, чем момент трения на ее плоской опорной поверхности и при затяжке шайба начнет вращаться вместе с болтом (гайкой шпильки), скользя по поверхности стягиваемой детали.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является снижение изгибных напряжений в шпильке (болте) и неравномерности нагружения витков резьбы при затяжке.
Поставленная задача достигается тем, что опорная сферическая поверхность болта (гайки шпильки) и сферическая поверхность шайбы выполнены с антифрикционными покрытиями, а опорная поверхность шайбы -  с фрикционным покрытием, с тем, чтобы момент сил трения на нижней поверхности шайбы превосходил момент сил трения на сферической поверхности болта (гайки шпильки).
Конструкция устройства изображена на фиг.1 и состоит из стягиваемых детали 1 и детали 2 с резьбовым отверстием, вкручиваемого в резьбовое отверстие болта или шпильки 3 со сферической поверхностью 4 на нижней части головки (или гайки навернутой на шпильку), между болтом и стягиваемой деталью размещается шайба 5 со сферической поверхностью, сопрягаемой с соответствующей поверхностью на болте (гайке шпильки), в нижней части шайбы имеется плоская поверхность 6 сопрягаемая с деталью 1. На сферическую поверхность шайбы 5 нанесено антифрикционное покрытие, а на поверхность 6 шайбы 5 нанесено фрикционное покрытие.
Работа устройства осуществляется в следующей последовательности: болт 3 (или шпилька с накрученной гайкой) с одетой на него шайбой 5 через отверстие детали 1 вкручивается в резьбовое отверстие детали 2; болт предварительно затягивается при этом происходит самовыравнивание оси болта по оси резьбового отверстия за счет скольжения шайбы 3 по детали 1; при окончательной затяжке болта 3 шайба 5 за счет больших сил трения на поверхности 6 остается неподвижной, а вращение болта 3 происходит за счет скольжения сферической поверхности головки по сферической поверхности шайбы 5.
Положительный эффект от реализации данной конструкции заключается в том, что сила затяжки, приложенная на рычаге ключа, уравновешивается силой трения покоя на поверхности 6 шайбы 5 и не вызывает изгиба болта и соответствующей неравномерности нагружения витков резьбы.