Т-образный болт
T-BOLT

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям болтов с особой Т-образной формой головки для стягивания хомутов и муфтовых соединений,  применяемых в электромашинах.
Известен  Т-образный болт, содержащий стержень и головку прямоугольного вида, в котором с целью упрощения монтажа часть головки примыкающая к стержню несколько больше высоты паза и выполнена ступенчатой, грани ступеней расположены под углом к большей стороне головки (а.с. № 210564, кл.F06B, бюл. № 6, опубл. 06.02.1968).
Недостатком известной конструкции Т-образного болта является прямоугольная форма головки непригодная для применения в хомутах, т.к. петля ленты хомута, надетая на головку болта, не должна цепляться за грани его головки.
Известен  Т-образный болт, содержащий  стержень с резьбой и цилиндрическую головку, при этом стержень и головка примыкают друг к друга по круглой изогнутой поверхности шейки (Патент CN 205260537 U, кл. F16B 35/00, опубл. 25.05.2016).
Недостатком известной конструкции Т-образного болта является сложность его изготовления, т.к. головка и стержень болта, для обеспечения прочности соединения между головкой и стержнем  должны быть выполнены из цельного куска материала как единое целое.
При изготовлении данного болта методом резания, из стального прутка, диаметр прутка должен быть не меньше расстояния между торцами Т-образной головки болта. Это приводит к высокой трудоемкости и высокой материалоёмкости процесса производства. Изготовление данной конструкции болта методом горячей или холодной штамповки требует высокотехнологичного специализированного оборудования, для многопереходного деформирования головки болта. Данное оборудование не всегда доступно и процесс в полной мере может быть экономически оправдан только для массового производства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является Т-образный болт, содержащий  стержень с резьбой и цилиндрическую головку, при этом стержень и головка соединены друг с другом с помощью сварного шва на шейке (Патент CN 203700903U, кл. E01C 11/18; E04B 1/41, опубл. 09.07.2014).
Преимуществом данного болта является его технологичность, малая материалоемкость и возможность изготовления без применения специализированного штамповочного  оборудования малыми партиями.
Недостатком конструкции является его невысокая прочность, т.к. при приложении продольных стержню болта растягивающих нагрузок, болт разрушается по месту сварного шва на шейке. Практика показывает, что применение сварочных проволок различных характеристик, а также термообработка не позволяет достичь требуемых показателей прочности данной конструкции, что является существенным ее недостатком не позволяющим применять данный болт в высоконагруженных конструкциях и вибрационных нагрузках, например для стягивания хомутов и муфтовых соединениях  применяемых в электромашинах.
Задачей изобретения является создание технологичной конструкции Т-образного болта обеспечивающей прочность, а также  надежное и долговечное функционирование конструкции при действующих на нее вибрационных нагрузках  при работе электромашины.
Технический результат заключается в  создании технологичной конструкции обладающей высоким коэффициентом использования материала и минимальной материалоемкостью, пригодной для изготовления малыми партиями без применения специализированного штамповочного оборудования.
Данная задача решается, а технический результат достигается благодаря тому, что в предлагаемой конструкции Т-образного болта, содержащего стержень с резьбой и цилиндрическую головку и их соединение с помощью сварного шва, согласно изобретению на торце стержня выполнена ступенчатая выточка, в головке перпендикулярно продольной ее оси выполнено сквозное отверстие, при этом  диаметр выточки равен диаметру отверстия в головке,  высота ступени выточки равна диаметру головки болта, головка отверстием посажена на выточку стержня и зафиксирована двумя сварными швами, по шейке соединения головки со стержнем, а также по торцу головки в месте отверстия.
Предлагаемая конструкция Т-образного болта благодаря двум сварным швам расположенным по шейке соединения головки и стержня, и торцу головки, реализованным из-за того, что головка с отверстием посажена на выточку стержня обладает повышенной прочностью соединения головки со стержнем  и обеспечивает долговечное функционирование конструкции, надежно сопротивляясь воспринимаемым продольным растягивающим нагрузкам и вибрациям при работе электромашины.
Преимуществом предлагаемого Т-образного болта является технологичность его изготовления, так как для реализации конструкции, на стержне болта необходимо лишь выточить ступень на универсальном токарном оборудовании, а в головке перпендикулярно продольной ее оси просверлить сквозное отверстие. Соединив головку и стержень, для скрепления конструкции необходимо выполнить два сварных шва по шейке соединения головки, в месте начала ступени выточки на стержне, и на торце головки, в месте отверстия. Так как, отсутствует необходимость выполнять данный болт вместе с головкой из цельного прутка материала и необходимо лишь выточить ступень на стержне, а в головке перпендикулярно продольной ее оси просверлить сквозное отверстие, то преимуществом является высокий коэффициент использования материала и  минимальная материалоемкость. Таким образом, преимуществом также является возможность изготовления болта без применения специализированного штамповочного  оборудования малыми партиями.
Испытания на прочность Т-образного болта показали, отсутствие разрушения конструкции по месту сварного шва на шейке в требуемых пределах нагрузки, а при приложении предельных нагрузок Т-образный болт разрушается по резьбе, что является высоким показателем, обеспечивающим надежное и долговечное функционирование предлагаемой конструкции при работе электромашины.
Сущность изобретения поясняется чертежом  на фиг. 1.
Пример реализации Т-образного болта изображенный на фиг. 1 содержит: стержень 1, диаметр которого составляет 6мм, на стержне 1 методом накатки выполнена резьба М6-6е длинной 30мм; головку 2 диаметром D равным 6мм, при этом в головке 2 перпендикулярно продольной ее оси выполнено сквозное отверстие диаметром d равным 3мм.  Стержень и головка выполняются из нержавеющей стали. На торце стержня 1 выполнена ступенчатая выточка высотой 6мм, которая  равна диаметру головки 2. Диаметр выточки на стержне составляет 3мм в номинале минус 0.03мм поля допуска, что позволяет без применения прессового оборудования собрать стержень с головкой. Далее после сборки, конструкция Т-образного болта фиксируется двумя сварными швами - место 3 и место 4, а именно по шейке соединения головки  и стержня в месте 3 и торцу головки в месте 4. Сварные швы выполняются по замкнутой линии контуров. После выполнения сварных швов они зачищаются с целью придания хорошего законченного внешнего вида детали.
Заявляемое техническое решение обеспечивает, надежное и прочное соединения головки и стержня без усложнения  конструкции, и с минимальной материалоемкостью.
Т-образный болт может быть использован в различных конструкциях для стягивания хомутов и муфтовых соединений,  применяемых в электродвигателях, электрогенераторах и др. электромашинах, в т.ч. высокооборотных и предлагается к внедрению на АО «Уфимское агрегатное производственное объединение» (АО УАПО) Технодинамика.
Итак, предлагаемый Т-образный болт имеет высоко технологичен и имеет высокие прочностные характеристики и пригоден для изготовления малыми партиями.