КРЕПЕЖНОЕ УСТРОЙСТВО С ФАСОННОЙ ГОЛОВКОЙ

Изобретение относится к автомобильной, железнодорожной, судостроительной, авиационной и ракетной промышленности, а также бытовой технике и может использоваться при соединении деталей, поверхности которых не являются параллельными плоскостями.
Известен болт с фасонной головкой (Патент РФ №2170860, МПК 7 F 16 B 23/00, 35/00, 35/02, 35/04, 35/06), который содержит резьбовой стержень, фланец с опорной поверхностью и фасонную головку с наружными элементами зацепления под монтажный элемент. Благодаря отличительным признакам крепежное соединение с таким болтом позволяет создавать высокие усилия затяжки, что увеличивает площадь поверхности контакта с деталью. При соединении деталей, поверхности которых не являются параллельными плоскостями, не обеспечивается контакт по всей внутренней поверхности головки болта, а только по части этой поверхности, ограниченной по радиусу и углу - двум координатам полярной системы координат, начало которой находится на оси симметрии крепежного устройства, а радиус лежит в плоскости, перпендикулярной оси симметрии. Эта система координат используется далее. На головке болта (гайки) отсутствует упругий элемент, способный прилегать к поверхности детали, в результате чего уменьшается допустимая нагрузка крепежного соединения.
Известна висячая гайка («Детали машин» под редакцией Н.В.Гулиа. 2004 год. Издательский центр «Академия»), применение которой на поверхности, не являющейся плоскостью, параллельной плоскости, перпендикулярной к осевой линии этой гайки, обеспечивает контакт только по части ее внутренней поверхности, ограниченной по радиусу и углу. В результате чего уменьшается допустимая нагрузка этого крепежного соединения.
Известны фланцевые болты с фасонной головкой (патенты РФ №2168076, №2168077 МПК 7 F 16 В 23/00, 35/00, 35/02, 35/04, 35/06) и винтовая головка со шлицом (заявка DE №3701574, МКИ 4 F 16 В 23/00, 41/00, В 25 В 15/02).
Применение указанных выше крепежных устройств при соединении деталей, поверхности которых не являются параллельными, не обеспечивает контакт по
всей внутренней поверхности головки болта (винта), а только по части этой поверхности, ограниченной по радиусу и углу, в результате чего уменьшается допустимая нагрузка крепежного соединения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является крепежное устройство, состоящее из болта с шестигранной головкой (ГОСТ 7805-55) и шестигранной гайки (ГОСТ 5926-51). При соединении деталей, поверхности которых не являются параллельными плоскостями, не обеспечивается контакт по всей внутренней поверхности головки болта и гайки, а только по части этой поверхности, ограниченной по радиусу и углу, в результате чего уменьшится допустимая нагрузка крепежного соединения (фиг.1).
Предлагаемым изобретением решается задача соединения деталей с поверхностями, не являющимися параллельными плоскостями. Кроме того, крепежное устройство с предлагаемой головкой болта или гайки предотвращает ее самоотвинчивание.
Технический результат заключается в том, что благодаря объединению жесткого и упругого элементов головки болта или гайки возможен контакт с деталью как по поверхности предварительного контакта (при этом с деталью соприкасается упругий элементы головки), так и по поверхности основного контакта (при этом с деталью соприкасается упругий и жесткий элемент головки). При этом обеспечивается соприкосновение головки болта или гайки по всей площади внутренней поверхности фасонной головки, что приводит к увеличению допустимой нагрузки крепежного соединения.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что крепежное устройство, содержащее фасонную головку болта или гайки, имеет как жесткие, так и упругие участки переменного по радиусу сечения, толщина которого выбирается в зависимости от необходимого распределения изгибной жесткости.
Технический результат достигается также тем, что головки болта или гайки содержат не менее двух жестких участков, ограниченных двумя плоскостями, проходящими через центральную ось крепежного устройства под углом φ друг к другу, причем φ≤45°, и граничат в радиальном направлении с не менее чем двумя упругими участками, имеющими необходимое распределение изгибной
жесткости в угловом направлении, при этом упругие участки смещены относительно друг друга на угол не менее 180°, как и жесткие участки и ориентированы в радиальном направлении.
Технический результат достигается также тем, что в крепежном устройстве на упругих участках головки болта или гайки выполнены не менее двух прорезей в радиальном или в радиальном и угловом направлении, при этом прорези параллельны оси крепежного устройства.
Технический результат достигается также тем, что в крепежном устройстве упругий участок головки болта или гайки выполнен в виде насадки и имеет возможность вращения относительно жесткого участка вокруг оси болта или гайки. Распределение изгибной жесткости G упругого участка в радиальном или угловом направлении рассчитывается, исходя из зависимости усилия затяжки Р от площади контактной поверхности S:
1
2
3
2
3
Р=CS+СS+СS,
0
1
2
3
2
3
G=G+G(Рr)+G(Pr)+G(Pr)
1
2
3
где С, С, С - константы, выбираемые в зависимости от формы поверхностей и класса задач (статические или динамические);
0
1
2
3
G, G, С, С - константы, выбираемые в зависимости от формы головки;
r - расстояние от центральной оси крепежного устройства до рассматриваемого сечения упругого участка.
Толщина упругого участка δ вычисляется по формуле:
Е - модуль упругости первого рода;
μ - коэффициент Пуассона.
На фиг.1. изображена шестигранная головка болта (1 - резьбовой стержень; 2 - головка болта).
На фиг.2 изображен 1-ый вариант фасонной головки, вид сбоку.
На фиг.3 изображен 1-ый вариант вид снизу.
На фиг.4 изображен вид сбоку 2-го варианта головки
На фиг.5 изображен вид снизу 2-го варианта фасонной головки
На фиг.6 изображен вид сбоку 3-го варианта фасонной головки.
На фиг.7 изображен вид сбоку 4-го варианта фасонной головки.
На фиг.8 изображен вид снизу 4-го варианта фасонной головки
На всех фигурах жесткие и упругие участки изображены условно.
Форма фасонной головки зависит от формы поверхностей деталей: наклонные плоскости; выпуклые поверхности; вогнутые поверхности; седлообразные поверхности.
1. В случае седловидной формы поверхности детали следует использовать
фасонную головку, изображенную на фиг.2 и фиг.3 (1 -резьбовой стержень; 2 - головка болта; 3 - упругий участок головки болта; 4 - жесткий участок головки болта).
2. В случае ограничения контактной поверхности условием
к
d≤D≤D,
где d - диаметр болта;
D -внешний диаметр головки болта или гайки;
k
D - диаметр контактной зоны,
следует использовать фасонную головку, изображенную на фиг.4 и фиг.5. (1 - резьбовой стержень; 2 - головка болта; 3 - упругий участок головки болта; 4 - жесткий участок головки болта),
3. При малом угле отклонения поверхности детали от горизонтальной плоскости (порядка одного градуса) возможно использование фасонной головки, изображенной на фиг.6. (1 - резьбовой стержень; 2 - головка болта; 3 - упругий участок головки болта; 4 - жесткий участок головки болта). На фиг.6 изображен вид сбоку. При этом насадка, состоящая из упругого участка 3, граничащего с жестким участком 4 модернизированной фасонной головки, способна вращаться относительно оси симметрии, благодаря выточке в боковой цилиндрической поверхности неподвижного жесткого участка 4.
4. В других случаях, в том числе и при параллельных контактных поверхностях, следует использовать фасонную головку, изображенную на фиг.7 и фиг.8. (1 - резьбовой стержень; 2 - головка болта; 3 - упругий участок головки болта; 4 - жесткий участок головки болта). На фиг.7 изображен вид сбоку, на фиг.8 изображен вид снизу.