ГАЙКА САМОКОНТРЯЩАЯСЯ, ГЕРМЕТИЗИРУЮЩАЯ

Полезная модель относится к резьбовым соединениям конструктивных элементов в машинах и механизмах, конкретно к гайкам, которые по конструкторско-технологическому замыслу, расположены в труднодоступных местах (закрытых зонах), при этом технология создания соединения болт-гайка предусматривает фиксацию гайки на одном из соединяемых элементов (анкерная гайка), с последующим вкручиванием в нее болта или шпильки.
При создании резьбового крепежного соединения, подвергаемого действию знакопеременных или вибрационных нагрузок, используются самоконтрящиеся гайки, в которых предусмотрен стопорный элемент, усиливающий надежность резьбового соединения.
В случае расположения резьбового соединения в местах размещения текучих сред, например, при сборке топливных кессонов или баллонов со сжатым газом необходимо герметизировать болтовые отверстия с целью обеспечения герметичности конструкции.
Известна самоконтрящаяся гайка, состоящая из корпуса с обоймой, закрепляемой по месту установки, эластичным кольцом, установленным в корпус гайки путем завальцовки закаточным методом посередине юбки корпуса гайки (патент RU 2357116 С2, МПК F16B 37/00, F16B 39/284, F16B 39/34). Недостатками гайки являются требования к сопряжению торца гайки к поверхности ее установки со стороны фланца что, требует дополнительной прокладки для обеспечения герметичности, а также возможная потеря герметичности между выработками внутренней поверхности кольца и окружностью впадин болта (шпильки) в случае демонтажа и повторной установкой резьбового соединения.
Известна Герметизирующая самоконтрящаяся гайка, выполненная с фланцем, представляющим собой опорную пластину (обойма) с гайкой (Патент CN 103016500 (В), МПК F16B 37/14, F16B 39/28, F16B 41/00, опубл. 24.12.2014 г.) для герметизации резьбового соединения, на внешней стороне корпуса гайки установлены эластичное кольцо и уплотнительная крышка, контактирующая с этим кольцом, при стопорении гайки на поверхности предусмотрен проход крепежных элементов как через отверстия во фланце гайки, так и через буртики уплотнительной крышки. Недостатками представленной конструкции являются ненадежность герметизации, обусловленную возможностью разрушения материала уплотнительного кольца резьбой болта, поскольку это кольцо обжимается при установке фланца, и фиксируется до момента начала установки и вкручивания болта, а также повышенные требования к точности позиционирования гайки, вызванные ограниченностью радиальных перемещений болта при центровке соединения, диаметром отверстия в скрепляемых элементах.
Известна самоконтрящаяся гайка с уплотнительным кольцом (Патент CN 202690684 U, МПК F16B 37/06, F16B 39/02, опубл. 23.01.2013 г.), содержащая гайку с внутренней резьбой, снабженную фланцем с отверстиями для закрепления на установочной поверхности. При этом в торце корпуса со стороны фланца выполнена канавка, внутри которой вставлено уплотнительное кольцо. Недостатками представленной конструкции являются низкая технологичность при создании сборочного узла, возможности деформации формы и положения уплотнительного кольца при выполнении сборочных работ и протечки жидкости по резьбовому соединению, что компенсируется установкой пробки на другой торец гайки, однако при установке болта на герметике возможен прорыв пробки, выдавливаемой герметиком.
Прототипом полезной модели, совокупность признаков которого наиболее функциональна с учетом области применения, является Гайка самоконтрящаяся для закрытых зон (Патент RU 2529094 С1, МПК F16B 39/28, опубл. 27.09.2014), содержащая цилиндрический корпус с резьбовым отверстием, обжатый с первого торца и снабженный со второго торца фланцем с параллельными гранями и обойму, выполненную с отверстием под корпус и полостью - выемкой, ограниченной двумя параллельными гранями, корпус вставлен с зазором в отверстие обоймы, грани фланца корпуса противолежат к граням обоймы, с зазорами между ними, при этом на фланце корпуса выполнены лапки, охватывающие обойму.
Прототип обеспечивает надежное соединения элементов конструкции в условиях действующих знакопеременных или вибрационных нагрузок, и также технологичен в процессе сборки, однако в прототипе не предусмотрена герметизация отверстия сборочного соединения со стороны гайки. При этом, в случае использования дополнительных средств, например, герметизирующей прокладки под корпус гайки требуется регулировка по положению относительно резьбового отверстия корпуса, что понижает технологичность сборочного процесса. В случае герметизации сборочного соединения со стороны болта, например, с помощью установки резиновых колец, по ОСТ 1 14367-85, процесс сборки также усложняется, поскольку требуется специальный инструмент для выполнения канавок под эти кольца.
При создании полезной модели была поставлена задача создания гайки, для надежного соединения элементов конструкции в условиях действующих знакопеременных или вибрационных нагрузок, обеспечивающей герметизацию этой гайкой отверстия в сборочном соединении без использования дополнительных средств и элементов, а также технологичной в процессе сборки.
Поставленная задача решается конструкцией гайки самоконтрящейся, герметизирующей, содержащей корпус с резьбовым отверстием, обжатый с первого торца и снабженный фланцем с гранями и лапками со второго торца, и обойму, выполненную с отверстием под корпус и полостью ограниченную гранями, при этом корпус вставлен с зазором в отверстие обоймы, грани фланца корпуса противолежат к граням обоймы, с зазорами между ними, лапки охватывают обойму, также гайка оборудована кольцом, выполненным из эластичного материала, жестко закрепленным на втором торце корпуса, при этом отверстие кольца соосно с резьбовым отверстием корпуса.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в возможности самостоятельной герметизации гайкой отверстия в сборочном соединении, без использования дополнительных средств и элементов и в повышении технологичности сборочного процесса.
В частных случаях исполнения:
- для исключения деформации и изменения положения кольца при сборке в торце корпуса может быть выполнена канавка под позиционирование кольца;
- для повышения герметичности соединения материал кольца может быть выбран с возможностью обеспечения радиального расширения и осевого сжатия при осевом нагружении кольца;
- для создания прочного соединения торец кольца жестко может закрепляется к торцу корпуса посредством вулканизации;
- для снижения требования к наличию производственного оборудования, торец кольца может жестко закрепляется к торцу корпуса посредством склеивания;
- для повышения надежности резьбового соединения и увеличения герметичности, внутренний диаметр отверстия кольца может быть выполнен меньшим, чем внутренний диаметр резьбового отверстия корпуса;
- для исключения деформации кольца в случае повторных монтажно-демонтажных работ внутренний диаметр отверстия кольца может быть выполнен большим, чем внутренний диаметр резьбового отверстия корпуса.
для увеличения прочности (площади) жесткого соединения эластичного кольца и торца корпуса, а также для улучшения осевой герметизации по телу болта, поверхность кольца может быть выполнена в форме тора с соответствующим профилированием канавки, при этом сечение кольца может быть выполнено чечевичной формы.
Для пояснения сущности заявленной полезной модели используются следующие графические материалы:
Фиг. 1. Гайка самоконтрящаяся, герметизирующая, вид спереди;
Фиг. 2. Гайка самоконтрящаяся, герметизирующая, вид сверху;
А-А
Фиг. 3. Сечение  Фиг. 1.
Гайка самоконтрящаяся, герметизирующая (Фиг. 1, 2) содержит корпус (1) с резьбовым отверстием (2). Корпус обжат с первого торца и снабжен фланцем (3) со второго торца. Фланец выполнен с гранями (4, 5) и лапками (14, 15). Также гайка содержит обойму (6), с отверстием (7) под корпус и полостью (8), ограниченную гранями (9, 10). Корпус (1) вставлен с зазором (11) в отверстие (7) обоймы (6). Грани (4, 5) фланца корпуса противолежат к граням (9, 10) обоймы (6), с зазорами (12, 13) между ними, лапки (14, 15), охватывают обойму (6) (Фиг. 3). Гайка оборудована кольцом (16), выполненным из эластичного материала, при этом отверстие кольца соосно с резьбовым отверстием (2) корпуса и кольцо (16) жестко закреплено (17) ко второму торцу корпуса, снабженному фланцем (3).
Первый торец корпуса обжат, например, в соответствии с ОСТ1 33101-80 «Обжатая часть самоконтрящихся гаек», устанавливающим схемы обжатия самоконтрящихся гаек и размеры их обжатой части. В момент, когда болт вкручивается в гайку, болтовая резьба начинает нарезать внутреннюю поверхность обжатого торца, благодаря чему в системе «болт-гайка» возникает эффект деформации, который обладает слегка подпружинивающим действием, что в свою очередь, практически исключает возможность самопроизвольного отвинчивания гайки, поскольку начинает работать «заклинивающий эффект», благодаря которому понадобится в несколько раз больше внешних усилий, необходимых для того, чтобы снять гайку с болта.
Материал кольца выбирается с учетом характеристик герметизируемых текучих сред, в общем случае, им может быть резина НО-68, или каучук. Для обжатия стержня болта при закручивании и прилегании кольца к герметизированному отверстию материал кольца может выбираться с возможностью обеспечения радиального расширения и осевого сжатия при осевом нагружении кольца.
Размеры и форма сечения кольца рассчитываются с учетом упругих свойств материала и профиля скрепляемых поверхностей и проверяются экспериментально, поверхность кольца может быть выполнена в форме тора и сечение кольца выполнено чечевичной формы.
В торце корпуса (1) может быть выполнена канавка под позиционирование и деформацию кольца (16).
Кольцо может жестко закрепляться к торцу корпуса посредством вулканизации, например, выполненной в вулканизационных автоклавах, предназначенных для вулканизации под давлением, или торец кольца может жестко закрепляться к торцу корпуса посредством склеивания, например, клеями 88НП или ВК-27.
Диаметр отверстия кольца может быть выполнен меньшим или большим, чем внутренний диаметр резьбового отверстия корпуса, что определяется в процессе конструкторской проработки.
Полезная модель реализуется следующим образом.
Кольцо жестко закрепляется, вулканизируется или приклеивается на втором торце корпуса со стороны фланца. Корпус вставляется со стороны полости в отверстие обоймы таким образом, чтобы грани фланца корпуса были противолежащими - располагались напротив граней обоймы. Лапки корпуса загибаются, охватывая обойму подобно скобам (Фиг. 3).
В результате получается устройство, обладающее конструктивной целостностью.
Обойма (6), закрепляется на установочные поверхности, например, посредством склеивания, пайки или сварки, также в обойме (6) могут быть выполнены отверстия (18, 19) под установку механического крепежа, например, под клепку. Фиксация обоймы гайки к одной из соединяемых поверхностей, обеспечивает точное позиционирование перед началом сборочных работ.
Поскольку кольцо жестко закреплено относительно конструкции гайки, не требуется дополнительной технологической регулировки по положению относительно резьбового отверстия корпуса, что повышает технологичность сборочного процесса.
В полезной модели, зазоры рассчитываются при конструкторской проработке с последующей экспериментальной проверкой. Величины зазоров устанавливаются таким образом, чтобы в процессе создания резьбового соединения до окончания закручивания корпус мог свободно перемещается относительно обоймы в конструктивных пределах.
При осуществлении создания сборочного соединения болт проходит через соединяемые поверхности и упирается в торец гайки. За счет зазоров между гранями и между корпусом и отверстием происходит центрирование резьбового отверстия, затем выполняется закручивание болта.
По мере закручивания болта эластичный торец кольца прижимается к отверстию в сборочном соединении, принимает форму сопрягаемой поверхности и закрывает его, одновременно, происходит радиальное расширение кольца и охватывание им стержня болта, таким образом, сборочное отверстие под болт герметизируется, посредством конструкции гайки.
В случае, если внутренний диаметр кольца меньше диаметра внутренней резьбы резьбового отверстия, в момент, когда болт вкручивается в гайку, болтовая резьба начинает нарезать внутреннюю поверхность кольца, при этом, в системе «болт-гайка» дополнительно возникает эффект деформации, который обладает подпружинивающим действием, что, в свою очередь, повышает надежность соединения и, одновременно, улучшает герметичность.
В случае использования кольца, внутренний диаметр которого больше диаметра внутренней резьбы резьбового отверстия, будет обеспечена герметичность за счет радиального расширения кольца, или же целесообразно использовать болты со стержнем, выполненным с резьбовой и гладкой частями. В начале завинчивания жесткое закрепление кольца к корпусу не даст ему радиально расширяться до момента прохождения контура кольца резьбовой частью (определяется конструкторской проработкой), а в продолжении процесса расширяющийся эластичный материал кольца, расширяясь, охватывает гладкую часть стержня обеспечивая герметичность.
При разработке конструкции изделий конструктору целесообразно устанавливать полезную модель со стороны мест размещения текучих сред, например, топлива, сжатого воздуха, и т.д., возможный проход которых через отверстие в сборочном соединении нежелателен.
Очевидно, что в созданном сборочном соединении герметизация может быть обеспечена только конструкцией гайки, использование дополнительных средств и элементов не требуется.
Максимальное обжатие кольцом тела болта и уплотнение по поверхности прилегания фланца (максимальная герметизация соединения) происходит в конце затяжки болта, при этом возникает дополнительный технический результат, реализуемый в сборочной конструкции - вращением болта может быть выполнена регулировка герметичности соединения.