СИСТЕМА КРЕПЛЕНИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ БОЛТ С НАРУЖНОЙ РЕЗЬБОЙ И ГАЙКУ С ВНУТРЕННЕЙ РЕЗЬБОЙ И ИСКЛЮЧАЮЩАЯ ЗАЕДАНИЕ СОПРЯЖЕННОЙ РЕЗЬБЫ ПРИ СОЕДИНЕНИИ
FASTENER SYSTEM COMPRISING EXTERNALLY THREADED BOLT AND INTERNALLY THREADED NUT FOR AVOIDING CROSS-THREADING OF MATING THREADS DURING ASSEMBLY

Перекрестная ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент США №61/987,138, поданной 1 мая 2015 г., содержание которой полностью включается в данную заявку посредством ссылки.
Уровень техники
В общем, и как показано фиг. 1, соединение, которое требует введения резьбового болта 1 со стандартными пропорциями в гайку 2 с нарезанной резьбой со стандартными пропорциями, может часто приводить к условиям, когда вершина болтовой резьбы 10, 10а вступает в начальный контакт с впадиной гаечной резьбы. Дальнейшее вращение в противоположных направлениях гаечной и болтовой резьбы может вызывать взаимное застревание резьбы 3, 3а и затем препятствовать взаимодействию сопряженной резьбы в обеспечении надежного осевого перемещения опорной гайки и болта. Специалистам в данной области техники хорошо известно, что это явление называется «заеданием резьбы».
Как очевидно для специалистов в данной области техники, заедание резьбы становится более превалирующим, если оси 4, 5 болтовой и гаечной резьбы, соответственно, имеют угловое смещение в начальной точке соединения. При этом достаточно лишь небольшого отклонения осей 4 и 5, чтобы получить эти неблагоприятные условия соединения.
Предпринималось множество попыток усовершенствовать заходную часть болтовой и гаечной резьбы, чтобы исключить это неблагоприятное условие соединения. Примеры устройств для предотвращения заедания резьбы раскрыты в патентах США №7,334,975 под названием «Узел крепления» (Fastener Assembly), на имя Jungman и др., №7,438,512 под названием «Узел крепления с U-образным болтом» (U-Bolt Assembly) на имя Jakuszeski и др. и №5,836,731 под названием «Узел крепления с предотвращением заедания резьбы» (Anti-cross Threaded Fastener) на имя Goodwin и др., содержание каждого из которых включено в настоящий документ посредством ссылки.
Пример систем, известных из уровня техники, можно рассмотреть со ссылкой на фиг. 2. Традиционные системы основаны на изменениях геометрической конфигурации резьбы заходной части 14 болта, которые направлены на то, чтобы обеспечить скольжение резьбы заходной части болта по диаметру впадины гаечной резьбы и способствовать зацеплению сопряженных резьбовых элементов с минимизацией заедания резьбы. Вышеуказанное техническое решение уровня техники с использованием круглого (или радиусного) поперечного сечения резьбы заходной части 14 болта не может решить эту задачу, при этом предполагается, что дополнительный безрезьбовой цилиндрический конец с круглым поперечным сечением или имеющим специальную форму, которая уменьшается по величине по мере приближения сечения к концу заходной части болта, может служить средством для предотвращения заедания гаечной и болтовой резьбы.
В каждом из этих случаев осевой шаг 12 резьбы заходной части болта поддерживается равным числовому значению нормального шага болтовой и гаечной резьбы. При отсутствии удлиненной концевой части и наличии небольшого отклонения между осями гайки и болта сохраняется возможность начальных условий соединения, указанных и описанных применительно к фиг. 1, поэтому вследствие влияния постоянного шага 12 резьбы может возникать заедание резьбы.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение относится к системе крепления, задачей которой является исключение заедания резьбы болта и гайки в месте соединения и, в частности, к новой заходной части болта, обеспечивающей сопротивление заеданию резьбы в месте соединения. Более конкретно, настоящее изобретение направлено на разработку резьбы заходной части винта или болта, которая обеспечивает осевое совмещение резьб гайки и болта при соединении, устраняя при этом потенциальную возможность возникновения нежелательного контакта вершин 10 и 10а резьбы болта на диаметре впадин 11 резьбы гайки. Кроме того, в начале соединения новая конструкция резьбы заходной части болта позволяет ускорять относительное осевое движение между резьбой 1 болта и резьбой 2 гайки и исключает заедание (застревание) резьб гайки и болта.
Краткое описание чертежей
Устройство и способ согласно изобретению вместе с его другими задачами и достоинствами можно лучше понять из приведенного ниже описания с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковыми ссылочными номерами обозначены идентичные или функционально идентичные элементы, и на которых показаны:
фиг. 1 - описана выше и является схематическим изображением, иллюстрирующим условия, которые имеют место и могут приводить к неблагоприятному условию соединения с заеданием резьбы;
фиг. 2 - описана выше и является схематическим изображением, иллюстрирующим способ из уровня техники, направленный на преодоление заедания резьбы;
фиг. 3 - схематическое изображение болта в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения; и
фиг. 4 - иллюстрация воздействия, которое оказывает переменный шаг резьбы заходной части болта на осевое совмещение резьб гайки и болта в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное раскрытие иллюстративного варианта осуществления изобретения
Настоящее описание следует рассматривать в качестве пояснения принципов иллюстративных вариантов осуществления настоящего изобретения, которое не ограничивает изобретение иллюстративными и описанными вариантами осуществления. Система и принципы изобретения могут быть реализованы в вариантах осуществления в таких формах, которые отличаются от подробно описанных далее.
На фиг. 1 показана схематическая иллюстрация системы крепления, содержащей болт согласно настоящему изобретению и резьбовую гайку, с которой должен быть соединен указанный болт. Следует отметить, что в описании используется термин «болт», однако, в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения может быть использован любой крепежный элемент с наружной резьбой. Следует также отметить, что используемый в описании термин «гайка» может относиться к любому крепежному элементу с внутренней резьбой, который может быть использован в соответствии с альтернативными вариантами осуществления настоящего изобретения. Таким образом, используемое описание болта и гайки следует рассматривать только в качестве примера.
Болт и гайка функционально соединяются, при этом вершина 10 резьбы болта вступает в контакт с впадиной 11 резьбы гайки и создает потенциальную опасность повреждения резьбы в этих контактных зонах, где болт поворачивается относительно гайки в направлении часовой стрелки, если смотреть со стороны головки болта (как указано стрелкой X), и вследствие угла подъема болтовой и гаечной резьбы, определяемого осевым шагом 12 и наружным диаметром 30 выбранной резьбы, болт стремится перемещаться вперед относительно гайки в осевом направлении. Однако, поскольку углы подъема резьбы гайки и резьбы болта имеют одинаковую величину, вершина резьбы болта сохраняет свое положение начального контакта с впадиной резьбы гайки и создает усиливающееся действие в контактных зонах. Это усиливающееся действие вызывает заклинивание или иное относительное защемление резьб болта и гайки.
На фиг. 2 показана патентованная система, разработанная для исключения этого начального неблагоприятного условия соединения. Указанная система относится к ряду различных патентов описанных выше и включенных в настоящее описание посредством ссылки. Данная система иллюстративно имеет шаг 12 резьбы заходной части болта, величина которого равна шагам 12 резьбы болта и гайки. При этом отмеченный недостаток такой системы заключается в том, что, если во время начального контакта резьбы вершина 10 резьбы болта будет упираться во впадину 11 резьбы гайки, то может возникнуть вышеописанное неблагоприятное условие соединения, которое приводит к заеданию болтовой и гаечной резьбы.
На фиг. 3 показана схематическая иллюстрация болта в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения, который содержит головку 20, тело (или стержень) 21 и заходную часть 22. Головка 20 может иметь любую конфигурацию, которая позволяет обеспечивать вращательное движение болта при помощи приводной системы для крепежного устройства. Тело 21 болта может иметь круглое или трубчатое сечение, как известно специалистам в данной области техники.
Тело 21, как показано на чертеже, имеет выполненную на нем резьбу 25. Данная резьба 25 иллюстративно выполнена в виде спирали, проходящей вокруг сердечника 26, и имеет высоту 27 профиля, которая является постоянной величиной для конкретного размера болта. Показанная спиральная резьба выполнена в соответствии с известными международными/национальными техническими условиями или может соответствовать какой-либо патентованной резьбовой системе крепления, которая может отклоняться от международных и/или национальных технических условий. Резьба, показанная на теле 21, имеет осевой шаг 12, который образует угол подъема 28 резьбы, связанный с осевым шагом 12 и наружным диаметром 30 резьбы болта. Резьба 25 болта может проходить по всей длине тела болта или только по ее части.
В соответствии с иллюстративным вариантом осуществления настоящего изобретения шаг 12 резьбы болта равен шагу резьбы гайки, который выбран конструктором резьбового соединения.
Резьба заходной части болта имеет наружный диаметр 31, который номинально равен диаметру 36 впадин резьбы гайки. Диаметр 31 резьбы является номинально одинаковым в показанных вариантах осуществления. Установлено, что для практических целей диаметр 31 наружной описанной окружности резьбы заходной части болта следует сделать меньшим, чем внутренний диаметр 36 резьбы гайки, при этом резьба заходной части 22 болта может входить в резьбу 2 гайки, не вызывая конструктивного повреждения.
В соответствии с показанным вариантом осуществления настоящего изобретения резьба заходной части болта имеет шаг 39, который приблизительно в 1,562 раза больше, чем осевой шаг 12 резьбы стержня болта. В более общем случае шаг 39 резьбы заходной части болта может быть приблизительно в 1,40-1,60 раз больше, чем осевой шаг 12 резьбы на стержне болта.
Как видно на фиг. 4, резьба заходной части 22 болта не входит в зацепление с резьбовым профилем 2 гайки. Эта резьба болта вступает в контакт с диаметром 36 впадин резьбы гайки, и вследствие большего шага 39 и, соответственно, большего угла 38 подъема резьбы болта относительно угла 28 подъема резьбы гайки обеспечивается более быстрое осевое движение болта относительно резьбы гайки, чем это имело бы место в случае одинакового шага всей резьбы.
Во время ускоренного поступательного перемещения обеспечивается совмещение осей гайки и болта, поэтому при подходе резьбы, расположенной на основном теле 25 болта, она контактирует с впадинами 2 резьбы гайки, не создавая высокого потенциала заедания резьбы, который имеет место в ранее разработанных системах (из уровня техники).
Геометрическая конфигурация угла подъема резьбы на заходной части болта и соотношение между резьбой на теле болта и на заходной части болта позволяют обеспечить угол 38 подъема резьбы на заходной части болта, больший, чем угол 28 подъема резьбы на теле болта. Как можно видеть на фиг. 4, в случае ввода болта под углом к оси резьбы гайки и контактирования вершины резьбы заходной части болта с впадиной резьбы гайки, увеличенный угол подъема резьбы болта обеспечит поступательное движение резьбы болта с более высокой скоростью, чем обычно в случае согласованных друг с другом углов подъема резьбы. Это действие будет также способствовать совмещению осей соответствующих резьбовых частей.
Кроме того, можно видеть, что ускоренное перемещения резьбы заходной части болта относительно резьбы гайки устранит потенциальную опасность повреждения вершиной резьбы болта впадины резьбы гайки и, соответственно, заедания резьбы, как это раскрыто применительно к фиг. 1.
При этих условиях резьба основного тела болта будет вступать в начальный контакт с сопряженной резьбой в соответствующем заданном положении, что исключит заедание резьбы, которое служит причиной озабоченности.