СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СТОПОРЕНИЯ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
PROCEDURE AND DEVICE FOR ARREST OF THREADED CONNECTIONS

Изобретение относится к автомобильной, железнодорожной, судостроительной, авиационной и ракетной промышленности и предназначено для использования при крепеже деталей в местах с ограниченным пространством для доступа.
Известны способы стопорения резьбовых соединений - постановка контргайки, установка пружинной шайбы. Недостатками этих способов является то, что они не гарантируют самоотвинчивание резьбового соединения при вибрациях, переменных и ударных нагрузках. Известен способ стопорения резьбовых соединений - прошивание группы винтов проволокой. Известен также способ стопорения резьбовых соединений - жесткое соединение гайки со стержнем болта или шпилькой с помощью шплинта. Недостатком этих способов является невозможность их применения при ограниченном пространстве для доступа. Известен способ стопорения резьбовых соединений с деталью с помощью специальной шайбы, имеющей форму уголка. Недостатком этого способа является невозможность его применения при отсутствии ребра поверхности детали около гайки (Детали машин, М.Н.Иванов, В.А.Финогенов, М.: Высш. шк. 2005. 408 с.).
Наиболее близким из известных способов стопорения резьбовых соединений является способ стопорения гайки с помощью специальной планки (фиг.1), состоящий в завинчивании гайки на стержне болта (шпильке), вставленном в скрепляемую деталь, установке специальной планки, стопорящей гайку, крепящейся к детали с помощью винта. Недостатком этого способа является невозможность его применения при ограниченном пространстве для доступа, а также при недопустимости выполнения в скрепляемой детали резьбового отверстия под винт, с помощью которого к этой детали крепится специальная планка.
Задачей данного изобретения является создание способа стопорения резьбового соединения, предназначенного для применения в ограниченном пространстве для доступа.
Технический результат заключается в повышенной надежности стопорящего устройства при ограниченном пространстве для доступа, а также в возможности снять стопорение.
Решение поставленной задачи и технический результат достигается тем, что в способе стопорения резьбовых соединений с помощью крепежного устройства, состоящего из гайки, болта или шпильки и пластины, пластину с отверстием в центре изготавливают из листа сплава с эффектом памяти формы, затем на периферийной области пластины делают выступ с одним свободным торцом и свободными боковыми сторонами, потом пластину нагревают до температуры конца аустенитных превращений и придают ей форму плоскости, после чего ее охлаждают до температуры конца мартенситных превращений и отгибают выступ на ней под углом к плоскости пластины, затем пластина крепится на одной из скрепляемых деталей, после чего детали соединяются с помощью болта с гайкой или шпильки с гайкой, причем либо головка болта, либо гайка имеют соответствующие выемки под выступ; для снятия стопорения выступ пластины нагревают до температуры конца аустенитных превращений, после чего его выпрямляют.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются также тем, что пластина жестко крепится к накладке, закрепленной на одной из скрепляемых деталей.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются также тем, что крепежное устройство для осуществления способа, состоящее из болта с гайкой или шпильки с гайкой и пластины, изготовленной из сплава с памятью формы, имеет центральное отверстие и выступ с одним свободным торцом и свободными боковыми сторонами, который отогнут под углом к плоскости пластины, глубина выемки под выступ изменяется в направлении завинчивания от нуля до максимума, причем максимальная глубина выемки вдоль оси вращения соответствует высоте выступа.
Решение поставленной задачи и технический результат достигается также тем, что в крепежном устройстве гайка или головка болта имеют фланец с выемками под выступ, причем опорная поверхность фланца совпадает с опорной поверхностью гайки или головки болта.
Решение поставленной задачи и технический результат достигается также тем, что в крепежном устройстве выступ выполнен в форме сектора кольца, свободные боковые стороны которого ориентированы по дугам окружностей, центр которых лежит на оси отверстия пластины, а свободный торец - в радиальном направлении.
На фиг.1 изображен способ стопорения гайки с помощью специальной планки, которая стопорит гайку и крепится к детали с помощью винта (наиболее близкий из известных способов стопорения резьбовых соединений).
На фиг.2 изображена пластина, изготовленная из листа сплава с эффектом памяти формы.
На фиг.3 изображен болт, головка которого имеет впадины под выступ пластины.
Для изготовления устройства из сплава с памятью формы, например никелида титана, Fe-Mn-Si, Fe-Ni, Cu-Al или др., вырезают круглую пластину, в центре которой вырезают отверстие, а на периферийной части делают вырез таким образом, чтобы получился выступ с одним свободным торцом и свободными боковыми сторонами. После этого пластину нагревают до температуры конца аустенитных превращений и придают ей форму плоскости, затем охлаждают до температуры конца мартенситных превращений и отгибают выступ под углом к плоскости пластины. Затем пластину жестко соединяют с накладкой, опорная поверхность которой - плоскость, перпендикулярная оси резьбового соединения. Если опорная поверхность детали - плоскость, перпендикулярная оси резьбового соединения, то возможно отсутствие накладки и установка пластины из сплава с эффектом памяти формы непосредственно на опорную поверхность детали. Изготавливают болт (гайку) с плоской опорной поверхностью, перпендикулярной оси резьбового соединения, причем в периферийной области опорной поверхности болта или гайки выполнены впадины.
Пластина может быть также установлена на опорной поверхности гайки или болта, при этом впадины под выступ выполняются в опорной поверхности детали.
При необходимости снятия стопорения пластину нагревают, в результате чего выступ на ней выпрямляется.
Крепежное устройство состоит из гайки, болта или шпильки и пластины с центральным отверстием. Пластина изготавливается из материала с памятью формы и имеет выступ с одним свободным торцом и свободными боковыми сторонами, который отогнут под углом к плоскости пластины (фиг.2), а гайка или головка болта со стороны опорной поверхности имеет выемки, по форме и размерам совпадающие с выступом пластины, причем максимальная глубина выемки вдоль оси вращения соответствует высоте выступа и изменяется в направлении завинчивания от нуля до максимума (фиг.3).
Угол отгиба выступа должен быть больше нуля, но меньше 90°. Величина угла отгиба выступа выбирается в соответствии с требуемой силой стопорения, рассчитываемой в зависимости от условий эксплуатации.
Крепежное устройство также имеет варианты исполнения.
В частности, гайка или головка болта в качестве опорной поверхности могут иметь фланец с выемками под выступ. Фланец увеличивает площадь поверхности контакта головки болта или гайки с деталью (площадь опорной поверхности головки болта или гайки).
Выступ на крепежном устройстве может иметь различную форму: прямоугольную, форму трапеции и т.д. В частности, он может быть выполнен в форме сектора кольца, свободные боковые стороны которого ориентированы по дугам окружностей, центр лежит на оси отверстия пластины, а свободный торец - в радиальном направлении (фиг.2).
Работу предлагаемого изобретения покажем на следующем примере.
тp
тр
Допустим, что на резьбовое соединение с метрической резьбой действует осевая сила F=500 кг, тогда сила трения, действующая в метрической резьбе, будет равна F=1.15*f*F, где f - коэффициент трения. F=1.15*0.15*500 кг=86.25 кг. Примем, что длина выступа пластины (размер в направлении завинчивания гайки (болта)) L=0.5 см, ширина выступа пластины b=0.6 см, толщина пластины δ=0.1 см. Изгибная жесткость выступа:
кр
Определим критическую силу потери устойчивости выступа Р:
где π - число Пи.
Сила Т, препятствующая отвинчиванию изобретенного болта (гайки), будет равна:
тр
кр
Т=F+Р=86.25 кг+246.73 кг=332.98 кг.
Заметим, что для стандартного болта (гайки) эта сила равна:
тр
Т=F=86.25 кг.
Значительное увеличение силы, препятствующей отвинчиванию болта (гайки), подтверждает возможность осуществления изобретения.