САМОКОНТРЯЩИЙСЯ КОМПЛЕКТ БОЛТ - ГАЙКА
SELF-LOCKING BOLT-NUT SET

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к комплекту болт-гайка, который содержит болт, гайку и шайбу, и используется для самоконтровки, которая предотвращает отвинчивание гайки от болта.
Уровень техники
Как правило, широкое применение имеют комплекты болт-гайка, в которых болт вставляется через элементы, и затем на болте затягивается гайка для крепления элементов друг к другу с целью соединения друг с другом конструкционных материалов или механических элементов.
Однако со временем такие комплекты болт-гайка могут постепенно развинчиваться из-за внешних вибраций или толчков, снижая надежность участка соединения.
Во избежание отвинчивания гайки в результате ее вращения в обратном направлении предлагается множество различных дополнительных крепежных средств. Представительный пример вспомогательного крепежного средства был описан в корейской регистрации полезной модели №0241791 (озаглавленной «Болт с самоконтрящейся гайкой»).
В корейской полезной модели №0241791, как показано на фиг.1, в резьбовом участке стержня 1 болта образована контрящая канавка 1-3. Упор 2-2, образованный на шайбе 2, входит в контрящую канавку 1-3. Односторонние упорные выступы 2-3 и 3-2 соответственно выступают на шайбе 2 и гайке 3 в соединении шайбы 2 и гайки 3.
Однако этот обычный способ имеет следующие недостатки.
1) Гайка 3 и шайба 2 взаимодействуют друг с другом таким образом, что шайба 2 и гайка 3 соединяются друг с другом со сжимающим усилием вместо упругого изгиба шайбы 2 относительно гайки 3 и ее возврата в исходное состояние. Таким образом, если шайба изготовлена из твердого материала, односторонние упорные выступы 3-2 гайки не могут быть соединены с односторонними выступами 2-3 шайбы 2.
При этом, если шайба изготовлена из мягкого материала (например из резины, пластика и т.д.), она не может выдерживать высокий крутящий момент при затяжке болта и сжимающее усилие. Кроме того, она не может выдерживать жесткие условия эксплуатации, например, высокие температуры и высокие давления, в течение длительного периода времени. Таким образом, обычная конструкция болт-гайка не может использоваться с конструкцией или источником питания, которая подвергается воздействию вибраций, высоких температур, ударным нагрузкам и т.д.
В частности, в случае, когда шайба изготовлена из мягкого материала, при затягивании гайки поверхность шайбы, которая входит в контакт с гайкой, сжимается гайкой в такой же форме (форма шестиугольника), как и форма гайки. Сжимаемая поверхность шайбы оказывает сопротивление усилию, которое пытается ослабить гайку. Таким образом, односторонние упорные выступы 2-3 и 3-2, образованные на шайбе 2 и гайке 3, становятся непригодными.
2) Если гайка 3 сильно затягивается на стержне 1 болта, односторонние упорные выступы 2-3 и 3-2, образованные на шайбе 2 и гайке 3, могут изнашиваться или получать повреждения (разрушаться), что приводит к их ненадлежащему функционированию.
3) Даже если гайка 3 сильно затянута на стержне болта 1, односторонние упорные выступы 2-3 и 3-2 шайбы 2 и гайки 3 не входят полностью в контакт друг с другом или ненадежно захватывают друг друга, что приводит к ненадлежащему креплению.
4) Следовательно, после затягивания гайки 3 на стержне 1 болта сжимающее усилие между односторонними упорными выступами 2-3 и 3-2 шайбы 2 и гайки 3 значительно изменяется во время соединения односторонних упорных выступов 2-3 и 3-2 друг с другом. Таким образом, отсутствует возможность поддерживания постоянного момента затяжки.
5) Другими словами, во время операции затяжки гайки 3 на стержне 1 болта повторяются следующие процессы: во время скольжения односторонних упорных выступов 3-2 гайки по односторонним упорным выступам 2-3 шайбы момент затяжки постепенно увеличивается и затем достигает максимального значения, и после того как односторонние упорные выступы 3-2 полностью вошли в контакт с односторонними упорными выступами 2-3, момент затяжки быстро уменьшается. Таким образом, момент затяжки не является постоянным.
6) Кроме того, сразу же после затяжки гайки 3 на стержне 1 болта отсутствует возможность отделить гайку 3 от болта для ее повторного использования, что приводит к дополнительному расходу материала. Причина состоит в том, что в случае, если гайка 3 принудительно поворачивается в направлении, в котором она ослабляется, односторонние упорные выступы 2-3 и 3-2 шайбы 2 и гайки 3, находящиеся в зацеплении друг с другом, повреждаются или разрушаются (по меньшей мере, их края сильно изнашиваются, и шайбу и гайку нельзя будет использовать повторно).
7) При изготовлении шайб количество материала, необходимое для образования каждой шайбы, увеличивается, и шайба имеет сложную форму. Таким образом, производственные расходы на единицу продукции заметно увеличиваются.
8) Односторонние упорные выступы 2-3 и 3-2 могут изнашиваться или повреждаться по разным причинам, что приводит к ослаблению гайки 3. В результате в дальнейшем отсутствуют средства, препятствующие ослаблению гайки.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание самоконтрящегося комплекта болт-гайка, в котором гайка может более плавно затягиваться с упругим усилием шайбы и по завершении затяжки шайба, которая смещается для возврата в исходное состояние, упруго соединяется с гайкой, так чтобы гайка не могла ослабнуть в результате вибраций или воздействия внешних нагрузок.
Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать самоконтрящийся комплект болт-гайка, в котором, даже если гайка немного ослабнет или будет частично повреждена по завершении затяжки, шайба, которая находилась в контакте с гайкой, может надежно непрерывно выполнять функцию самоконтровки.
Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать самоконтрящийся комплект болт-гайка, в котором при поворачивании пользователем гайки для преднамеренного ослабления гайки, шайба, изготовленная из тонкой пластины, разрушается более легко, чем другие элементы, обеспечивая ослабление гайки, и гайка снова может быть затянута на болте с функцией самоконтровки за счет замены только шайбы, которая является шайбой однократного применения.
Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать самоконтрящийся комплект болт-гайка, снабженный средством, которое может более точно контролировать и равномерно поддерживать момент затяжки гайки.
Для решения вышеуказанной задачи настоящее изобретение предлагает самоконтрящийся комплект болт-гайка, включающий в себя: болт (100); гайку (200), затягиваемую на болте (100); и шайбу (300), устанавливаемую между болтом (100) и гайкой (200); болт (100) содержит головку (110) болта и стержень (120) болта, имеющий наружную резьбу с направляющей канавкой (130) для вставления, образованной в стержне (120) болта вдоль продольного направления стержня (120) болта; гайка (200) имеет множество упорных выступов (210), предусмотренных на поверхности гайки (200), которые приходят в контакт с шайбой (300), при этом упорные выступы (210) расположены в направлении по окружности с постоянными интервалами, и шайба (300) содержит: выступы (310), предотвращающие вращение и выступающие от внутреннего периферийного края шайбы (300) к ее центру, при этом выступы (310), предотвращающие вращение, вставлены в направляющую канавку (130) для вставления; и множество упругих выступов (320), предусмотренных на поверхности шайбы (300), которые приходят в контакт с гайкой (200), при этом упругие выступы (320) расположены в направлении по окружности с постоянными интервалами, в результате чего гайка (200), которая находится в контакте с шайбой (300), затягивается, и упругие выступы (320) упруго изгибаются, соединяясь с первыми поверхностями соответствующих упорных выступов (210), и затем возвращаются в исходные состояния под действием упругого усилия, так чтобы упругие выступы (320) соединялись со вторыми поверхностями упорных выступов (210).
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан перспективный вид обычной конструкции;
на фиг.2 показаны перспективные виды предпочтительного варианта выполнения настоящего изобретения;
на фиг.2а показан вариант изображения, в котором упругие выступы (320) расположены вокруг периферийного наружного края шайбы (300);
на фиг.2b показан вариант изобретения, в котором упругие выступы (320) расположены вокруг периферийного внутреннего края шайбы (300);
на фиг.3 показаны варианты выполнения шайбы (300) настоящего изобретения;
на фиг.3а показан вариант изобретения, в котором упругие выступы (320) расположены вокруг периферийных наружных краев шайбы (300);
на фиг.3b показан вариант изобретения, в котором упругие выступы (320) расположены вокруг периферийных внутренних краев шайбы (300); и
на фиг.3с показан вариант изобретения, в котором упругие выступы (320) расположены между периферийными внутренними и наружными краями шайбы (300);
на фиг.4 показаны варианты выполнения гайки (200), которая является одним из элементов настоящего изобретения;
на фиг.5 показаны перспективные виды, показывающие конструкцию выступа (310), предотвращающего вращение, с изогнутым дальним концом по настоящему изобретению; и
на фиг.6 показаны другие варианты выполнения шайбы (300) по настоящему изобретению.
Ссылочные номера элементов на чертежах
110
Болт
110
Головка болта
120
Стержень болта
130
Направляющая канавка вставления
200
Гайка
210
Упорный выступ
211
Уклон
212
Упорная поверхность
213
Горизонтальная поверхность
300
Шайба
310
Выступ (310), предотвращающий вращение
320
Упругий выступ
321
Наклонный элемент
Осуществление изобретения
Ниже будут подробно описаны предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.
Фиг.2 - перспективные виды, показывающие предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения; на фиг.2а показан вариант изобретения, в котором упругие выступы 320 расположены вокруг периферийного наружного края шайбы 300; и на фиг.2b показан вариант изобретения, в котором упругие выступы 320 расположены вокруг периферийного внутреннего края шайбы 300.
Болт 100 включает в себя головку 110 болта и стержень 120 болта. Вокруг стержня 120 болта образована наружная резьба, и в стержне 120 болта образована направляющая канавка 130 вставления вдоль продольного направления стержня 120 болта. Направляющая канавка 130 вставления может быть одиночной или, как вариант, она может содержать множество направляющих канавок 130 вставления.
Шайба 300 включает в себя выступ 310, предотвращающий вращение, который выступает от периферийного внутреннего края шайбы 300 к ее центру и вставляется в направляющую канавку 130 вставления. Как показано на фиг.3, выступ 310, предотвращающий вращение, может иметь плоскую линейную форму. Как вариант, показанный на фиг.5, выступ 310, предотвращающий вращение, может быть сконфигурирован таким образом, чтобы его дальний конец был изогнут к гайке 200.
Когда дальний конец выступа 310, предотвращающего вращение, имеет изогнутую форму, направляющая канавка 130 вставления защищена от удаления из направляющей канавки вставления и вхождения в участок впадины резьбы стержня 120 болта, так что болт 100 может быть надежно затянут до гайки 200 и операция затяжки болта 100 до гайки 200 может быть дополнительно облегчена. Кроме того, как показано на фиг.5, в случае, когда выступ 310, предотвращающий вращение, изогнут и имеет L-образную форму, вставление болта 100 в шайбу 300 может быть дополнительно облегчено.
Шайба 300 дополнительно включает в себя множество упругих выступов 320, которые предусмотрены на поверхности шайбы 300 и контактируют с гайкой 200 и расположены в направлении по окружности с равными интервалами.
Каждый упругий выступ 320 может упруго изгибаться и возвращаться в исходное состояние за счет упругого усилия. При затягивании гайки 200, находящейся в контакте с шайбой 300, упругие выступы 320 упруго изгибаются, соединяясь с первыми поверхностями соответствующих упорных выступов 210, и затем возвращаются в исходные состояния под действием упругого усилия, так что упругие выступы 320 соединяются со вторыми поверхностями упорных выступов 210, тем самым, эффективно препятствуя ослаблению гайки 200.
Как показано на фиг.3, упругие выступы 320 могут иметь множество форм.
На фиг.3а показан случай, когда упругие выступы 320 расположены вокруг периферийных наружных краев шайбы 300. На фиг.3b показан случай, когда упругие выступы 320 расположены вокруг периферийных внутренних краев шайбы 300. На фиг.3с показан случай, когда упругие выступы 320 расположены между периферийными внутренними и наружными краями шайбы 300. Между этими случаями расположения упругих выступов нет различий в отношении специального технического эффекта, и единственными различиями между ними являются расположение и форма упругих выступов 320.
Форма упругих выступов 320 может свободно определяться в зависимости от формы упорных выступов 210 гайки 200.
На фиг.3а подробно показан вариант, когда периферийный наружный край шайбы 300 вырезан таким образом, что он имеет пилообразную форму, и пилообразные зубцы шайбы 300 изогнуты к гайке 200, и случай, когда наклонные элементы 321, которые наклонены в направлении, в котором затягивается гайка 200, расположены вокруг периферийного наружного края шайбы 300.
Детальная форма каждого пилообразного зуба или его изогнутая форма и уклон и форма каждого наклонного элемента 321 не ограничиваются той формой и уклоном, показанными на приложенном чертеже, и возможно множество модификаций конструкции.
На фиг.3b показан вариант, когда периферийный внутренний край шайбы 300 вырезан таким образом, что он имеет пилообразную форму, и пилообразные зубцы шайбы 300 изогнуты к гайке 200, и случай, когда наклонные элементы 321, которые наклонены в направлении, в котором затягивается гайка 200, расположены вокруг периферийного внутреннего края шайбы 300.
В варианте на фиг.3b так же, как и в варианте на фиг.3а, детальная форма каждого пилообразного зуба или его изогнутая форма и уклон и форма каждого наклонного элемента 321 не ограничиваются той формой и уклоном, показанными на приложенном чертеже, и возможно множество модификаций конструкции.
На фиг.3с показаны варианты, когда упругие выступы 320 расположены между периферийными внутренними и наружными краями шайбы 300, и наклонные элементы 321, которые наклонены в направлении, в котором затягивается гайка 200, предусмотрены на шайбе 300 в положениях, находящихся на расстоянии друг от друга с равными интервалами, и размещены в направлении по окружности.
Разумеется, что в варианте на фиг.3 детальная форма каждого пилообразного зуба или его изогнутая форма и уклон и форма каждого наклонного элемента 321 не ограничиваются той формой и уклоном, показанными на приложенном чертеже, и возможно множество модификаций конструкции. Кроме того, количество упругих выступов 320 и интервалов между ними может быть равно количеству упорных выступов 210 гайки 200. Более предпочтительно, количество упругих выступов 320 может намного превышать количество упорных выступов 210.
Причина этого состоит в том, что когда интервалы между упругими выступами 320 уменьшены, момент затяжки, которым затягивается гайка, может контролироваться более точно. Таким образом, если требуется более точно контролировать момент затяжки, которым затягивается гайка, упругие выступы 320 предпочтительно расположены с меньшими интервалами друг от друга.
Кроме того, когда количество упорных выступов 210 гайки 200 равно N, и количество упругих выступов 320 шайбы 300 равно М, то, если М и N определяются уравнением М=n*N±1 (где n - целое положительное число), момент затяжки может контролироваться более точно и равномерно. Что касается функции сопротивления ослаблению гайки, даже если гайка ослаблена только на угол 1-3 градуса, следующие упорные выступы 210 удерживают соответствующие упругие выступы 320, так чтобы гайка могла быть надежно защищена от нежелательного ослабления.
Например, если количество упорных выступов 210 гайки 200 равно 6, и n равно 5, количество упругих выступов 320 шайбы будет составлять от 29 до 31.
В этом случае упругие выступы 320 для 5+5/6 или 6+1/6 относятся к каждому упорному выступу 210 гайки 200. Таким образом, каждый раз, когда гайка 200 поворачивается на угол, соответствующий размеру 1/6 отдельного упругого выступа 320, упорные выступы 210 соединяются с соответствующими упругими выступами 320. Поскольку упругие выступы 320 расположены с интервалами 360°/29 (примерно 12°), каждый раз, когда гайка 200 поворачивается на 12,4°/6 (примерно 2°), она может блокироваться.
Если количество упругих выступов 320 является точным кратным количеством упорных выступов 210, а не основано на приведенном выше уравнении, то каждый раз, когда гайка поворачивается на угол, равный угловому интервалу, на который смежные упругие выступы 320 удалены друг от друга, она будет блокироваться. Например, если количество упругих выступов 320 равно 30, и количество упорных выступов 210 равно 6, шесть упругих выступов 320 относятся к каждому упорному выступу 210. Таким образом, гайка 200 не может войти в следующее заблокированное состояние до тех пор, пока гайка 200 не повернется на 360°/30 (12°). Следовательно, угол, на который гайка 200 должна поворачиваться для вхождения в заблокированное состояние, заметно увеличивается.
Другими словами, несмотря на то, что интервалы, с которыми упругие выступы 320 расположены друг от друга, аналогичны интервалам в случае, когда количество упругих выступов 320 кратно количеству упорных выступов 210, и в случае, когда это условие не выполняется, показатели точности, с которой затягивается гайка, имеют значительные различия.
Упорные выступы 210 предусмотрены на поверхности гайки 200, которая приходит в контакт с шайбой 300, и расположены в направлении по окружности в положениях, находящихся на расстоянии друг от друга с равными интервалами. Упорные выступы 210 совместно с упругими выступами 320 служат для предотвращения ослабления гайки 200.
Как показано на фиг.4, гайка 200 может иметь множество форм. В общем, как показано на фиг.4а или 4b, уклон 211 образован на первой поверхности каждого упорного выступа 210, по которому проходят упругие выступы 320, и упорный выступ 212 образован на второй поверхности каждого упорного выступа 210, с которым соединяется соответствующий упругий выступ 320. В случае, когда упругие выступы 320 шайбы 300 имеют наклонные элементы 321, необязательно, чтобы на первых поверхностях упорных выступов 210 были образованы уклоны 211, поскольку упругие выступы 320 могут легко проходить по первым поверхностям упорных выступов 210 благодаря наклонному углу каждого наклонного элемента 321, несмотря на то, что на первых поверхностях упорных выступов 210 не образованы уклоны 211.
Как показано на фиг.4b, упорная поверхность 212 может непосредственно продолжаться от конца уклона 211 или, как вариант, и как показано на фиг.4а, упорная поверхность 212 может продолжаться от конца горизонтальной поверхности 213, которая имеет заданную длину и продолжается от конца уклона 211.
Кроме того, упорные выступы 210 могут быть расположены в положениях, находящихся на расстоянии друг от друга с равными интервалами, или, как вариант, они могут быть расположены последовательно.
Кроме того, как показано на фиг.4с или 4d, упорные выступы 210 могут быть сконфигурированы таким образом, что в гайке 200, имеющей раззенкованное отверстие, упорные выступы 210 были образованы на периферийной внутренней поверхности раззенкованного участка гайки 200. В этом случае, если пилообразные зубья упругих выступов 320 изогнуты в форме скручивания и наклонены в направлении, в котором поворачивается гайка с целью затяжки, несмотря на то, что концы пилообразных зубьев ориентированы параллельно продольному направлению стержня 120 болта, может быть реализована функция блокирования.
В случае из фиг.4с, несмотря на то, что показанная гайка 200 имеет цилиндрическую периферию, периферия гайки 200 не ограничивается цилиндрической формой и может иметь многогранную форму, например, шестигранную форму, как и гайки 200 по другим вариантам выполнения.
На фиг.6 показаны другие предпочтительные варианты выполнения шайбы 300. На фиг.6а и 6с показаны варианты, когда упругие выступы 320 скручены на заданный шаговый угол к гайке 200 в форме, аналогичной форме крыльчатки. На фиг.6b показан случай, где наклонные элементы 321 расположены с равными интервалами. Каждая шайба 300, показанная на фиг.6, может использоваться с гайкой 200, которая включает в себя, как показано на фиг.4с или 4d, раззенкованный участок и упорные выступы 210, которые предусмотрены на периферийной внутренней поверхности раззенкованного участка.
На фиг.7(а) показан предпочтительные вариант выполнения шайбы 300 с гайкой 200, и которая получена из комбинации исходной фиг.4(с) и фиг.6(b)
и на фиг.7(b) показан также предпочтительный вариант выполнения шайбы 300 с гайкой 200, и который получен из комбинации фиг.4(d) и фиг.6(с).
Несмотря на то, что предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения были описаны в пояснительных целях, специалистам в этой области техники будет понятно, что границы настоящего изобретения не ограничиваются этими вариантами выполнения, и возможны различные модификации конструкции, добавления и замены в отношении хорошо известных способов, отдельные изменения размеров, все изменения формы элементов, которые могут быть легко выполнены специалистами в этой области техники, и т.д., без отклонения от объема и сущности изобретения, как описано в приложенной формуле изобретения.
Технические эффекты настоящего изобретения, имеющего вышеописанную конструкцию, выглядят следующим образом.
Во-первых, гайка может более плавно затягиваться с упругим усилием шайбы. По завершении затяжки шайба, которая смещается для возврата в исходное состояние, упруго соединяется с гайкой, так чтобы гайка не могла ослабнуть в результате вибраций или воздействия внешних нагрузок.
Во-вторых, даже если гайка немного ослабнет, или будет частично повреждена по завершении затяжки, шайба, которая находилась в контакте с гайкой, может надежно непрерывно выполнять функцию самоконтровки.
В-третьих, поскольку шайба изготовлена из тонкой пластины, то при поворачивании гайки для преднамеренного ослабления гайки, шайба разрушается более легко, чем другие элементы, обеспечивая ослабление гайки. Гайка снова может быть затянута на болте с функцией самоконтровки за счет замены только шайбы, которая является шайбой однократного применения.
В-четвертых, момент затяжки, которым затягивается гайка, может более точно контролироваться и равномерно поддерживаться.