СПОСОБ РЕЗЬБОВОГО КРЕПЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
METHOD OF THREADED FASTENING OF PARTS

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соединения деталей, подвергающихся воздействию динамических и вибрационных нагрузок.
Известен способ стопорения резьбового соединения, включающий закрепление присоединяемой детали посредством навинчивания охватываемой детали на винт и последующее раздвигание его резьбовых частей посредством пружины с пробкой, регулирующей степень ее сжатия [1].
Недостатками этого способа являются сложность реализующей его конструкции, сравнительно большое время, затрачиваемое на монтаж (демонтаж) соединяемых деталей, а также ненадежность работы в условиях загрязнения, поскольку забивающаяся в резьбу и продольные прорези винта грязь будет препятствовать раскреплению.
Прототипом является способ резьбового крепления-раскрепления деталей, включающий закрепление присоединяемой детали посредством навинчивания на охватывающий резьбовой элемент охватываемого, создание на последнем противодействующего его отвинчиванию момента за счет пружины, один конец которой зафиксирован на присоединяемой детали, а другой на охватываемом элементе, и последующее раскрепление детали путем снятия противодействующего момента и отвинчивания охватывающего элемента [2].
Недостатками прототипа являются сложность реализующей его конструкции и сравнительно большое время, затрачиваемое на монтаж (демонтаж) соединяемых деталей, а также неудобство в эксплуатации. Оно вызвано, во-первых, тем, что для создания момента, предотвращающего отвинчивание, необходимо прикладывать усилие, пропорциональное величине этого момента. В результате этого затрачивается дополнительная энергия. Во-вторых, при демонтаже необходимо плавно уменьшать величину созданного момента. В противном случае быстро раскручивающаяся пружина создает шум, может сломаться или нанести травму исполнителю процедуры демонтажа.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, упрощение конструкции, реализующей способ, сокращение времени монтажа (демонтажа) скрепляемых деталей и повышения удобства в эксплуатации.
Задача решается тем, что в способе резьбового крепления деталей, включающем закрепление присоединяемой детали на другой детали посредством навинчивания на охватываемый резьбовой элемент, закрепленный в отверстии другой детали и проходящий через отверстие присоединяемой детали, охватывающего элемента, создание на последнем противодействующего его отвинчиванию момента за счет пружины, один конец которой фиксируют на присоединяемой детали, фиксацию пружины производят на охватывающем элементе до навинчивания, в процессе которого осуществляют перенос фиксации на упомянутый конец пружины и присоединяемую деталь с одновременным прекращением фиксации на охватывающем элементе, и возобновляют прекращенную фиксацию по окончании навинчивания.
Фиксацию пружины на охватывающем элементе создают за счет силы трения между элементом и пружиной. Противодействующий отвинчиванию момент создают за счет упругой деформации материала пружины. В процессе навинчивания, после фиксации конца пружины с присоединяемой деталью, пружину перемещают относительно охватывающего элемента в направлении его линейного перемещения. В процессе навинчивания, после фиксации конца пружины с присоединяемой деталью, витки пружины сжимают. В процессе навинчивания, после фиксации конца пружины с присоединяемой деталью, пружину утапливают в этой детали. Перед фиксацией пружины на охватывающем элементе производят отгиб по касательной ее конца, взаимодействующего впоследствии с присоединяемой деталью. Перед фиксацией пружины на охватывающем элементе производят отгиб по касательной другого ее конца.
Из уровня техники не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного изобретения и оказывающие такое же, как и они, влияние на технический результат, состоящий в упрощении конструкции, реализующей способ, сокращении времени монтажа (демонтажа) скрепляемых деталей и повышения удобства в эксплуатации.
Сущность изобретения отражают операции:
- фиксацию пружины на охватывающем элементе производят до навинчивания;
- в процессе навинчивания осуществляют перенос ее на конец пружины и присоединяемую деталь с одновременным прекращением на охватывающем элементе;
- возобновляют прекращенную фиксацию по окончании навинчивания;
- фиксацию пружины на охватывающем элементе создают за счет силы трения между элементом и пружиной;
- противодействующий отвинчиванию момент создают за счет упругой деформации материала пружины;
- в процессе навинчивания, после фиксации конца пружины с присоединяемой деталью, пружину перемещают относительно охватывающего элемента вдоль его линейного перемещения;
- в процессе навинчивания, после фиксации конца пружины с присоединяемой деталью, витки пружины сжимают;
- в процессе навинчивания, после фиксации конца пружины с присоединяемой деталью, пружину утапливают в этой детали;
- перед фиксацией пружины на охватывающем элементе производят отгиб по касательной ее конца, взаимодействующего впоследствии с присоединяемой деталью;
- перед фиксацией пружины на охватывающем элементе производят отгиб по касательной другого ее конца.
Указанные операции позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.
Проведение фиксирования пружины на охватывающем элементе до навинчивания способствует сокращению времени крепления присоединяемой детали, поскольку охватываемый элемент, представляющий уже собой сборочный узел, навинчивается заодно с пружиной, при этом на установку последней не требуется дополнительного времени.
Осуществление в процессе навинчивания переноса фиксации на конец пружины и присоединяемую деталь с одновременным прекращением ее на охватывающем элементе позволяет сэкономить время крепления, поскольку на фиксацию указанного конца не затрачивается дополнительное время. При этом одновременное прекращение фиксации на охватывающем элементе дает возможность продолжать навинчивание охватывающей детали без какой-либо остановки.
Возобновление прекращенной фиксации по окончании навинчивания также экономит время крепления, так как указанная фиксация создает противодействующий отвинчиванию момент в течение временного промежутка, затрачиваемого на завинчивание охватывающего элемента.
Создание фиксации пружины на охватывающем элементе за счет силы трения между элементом и пружиной позволяет упростить конструкцию, так как для этой фиксации не требуется какого-либо дополнительного устройства.
Создание противодействующего отвинчиванию момента за счет упругой деформации материала пружины дает возможность уменьшить весогабаритные характеристики крепежных элементов, в результате чего повышается удобство в эксплуатации. Это объясняется тем, что для создания одной и той же величины деформации сила, требуемая для закручивания пружины, значительно меньше силы, вызывающей упругую деформацию материала пружины, а следовательно, и моменты, создаваемые этими силами, будут существенно различаться.
Перемещение пружины относительно охватывающего элемента вдоль его линейного перемещения в процессе навинчивания, после фиксации конца пружины с присоединяемой деталью, упрощает конструкцию, так как снижаются требования к точности установки пружины на охватываемом элементе при ее фиксации на последнем.
Сжатие в процессе навинчивания, после фиксации конца пружины с присоединяемой деталью, витков пружины упрощает конструкцию, уменьшая ее весогабаритные характеристики (сжатая пружина занимает меньше места), а также защищает место соединения охватывающего элемента с присоединяемой деталь от неблагоприятного воздействия внешней среды, например от коррозии. Кроме того, в сжатом состоянии пружина может использоваться в качестве шайбы.
Утапливание пружины в присоединяемой детали в процессе навинчивания позволяет, во-первых, защитить при необходимости саму пружину от неблагоприятного воздействия внешней среды, а, во-вторых, уменьшает весогабаритные характеристики крепежа, так как часть охватывающего элемента будет находиться в прикрепляемой детали. Кроме того, резьбовое соединение в этом случае может быть выполнено неразъемным.
Проведение отгиба по касательной конца пружины, взаимодействующего впоследствии с присоединяемой деталью, улучшает условия эксплуатации при демонтаже, поскольку при этом указанный конец легче отыскать, а следовательно, упрощается процедура снятия фиксации указанного конца.
Проведение отгиба по касательной другого конца пружины улучшает условия эксплуатации, позволяя уменьшать момент трения в случае, когда это необходимо, например, при большом моменте закручивания охватывающего элемента, или для снятия противодействующего откручиванию момента, когда первый конец пружины плохо доступен.
Следует заметить, что указанные операции в зависимости от конструкции крепежа могут выполняться или на охватывающей детали, или на охватываемой. При этом на последней должен иметься соответствующий участок для фиксирования пружины.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена охватывающая деталь (гайка) с зафиксированной на ней пружиной.
На фиг.2 изображен фрагмент присоединяемой детали. На фиг.3 изображено соединение деталей в момент навинчивания гайки. На фиг.4 показаны закрепленные детали.
На фиг.5 изображено соединение деталей со сжатыми витками пружины.
На фиг.6 изображено соединение деталей с утопленной пружиной.
На фиг.7 показан отгиб концов пружины по касательной линии.
Устройство для резьбового крепления деталей содержит охватывающий элемент (гайку) 1, имеющий цилиндрическую поверхность 2, на которой с натягом зафиксирована пружина 3 с загнутым концом 4. Присоединяемая деталь 5 с отверстием 6 и радиальным пазом 7 соединяется с деталью 8, в которой закреплен охватываемый элемент (шпилька) 9, сопрягаемый с отверстием. Пружина может иметь отогнутый по касательной конец 10.
Способ реализуют следующим образом.
На поверхности 2 гайки 1 производят фиксацию пружины 3 за счет натяга ее внутреннего диаметра (фиг.1). Деталь 5 соединяют с деталью 8, при этом шпилька 9 проходит сквозь отверстие 6, и навинчивают гайку 1 заодно с пружиной 3 (фиг.2, 3). После того как конец 4 коснется поверхности детали 8 и попадет в радиальный паз (отверстие) 7, переносят фиксацию на этот конец пружины и присоединяемую деталь 8 (вследствие неподвижности конца в пазу) и одновременно прекращают фиксацию на охватывающем элементе путем продолжения навинчивания гайки 1. Фиксация при навинчивании прекращается потому, что закрепившийся в пазу конец пружины остается неподвижным, а витки пружины за счет натяга разворачиваются, увеличивая при этом внутренний диаметр пружины. В результате этого натяг ослабевает и гайка проскальзывает в пружине, продолжая наворачиваться на шпильку 9.
После окончания навинчивания гайки 1 возобновляют прекращенную фиксацию, путем останова вращения, при этом витки пружины сжимаются, обеспечивая натяг, - детали закреплены (фиг.4). При воздействии вибрации или динамических нагрузок гайка не сможет отвернуться, так как поворот гайки в обратную сторону вызывает многократное увеличение силы трения между цилиндрической поверхностью гайки и витками, за счет затягивания последних. Создают противодействующий отвинчиванию момент посредством упругой деформации, возникающей при этом в материале пружины.
Если фиксация пружины 3 на гайке 1 проведена так, что нижний виток много выходит за торцевую поверхность гайки, то в процессе ее навинчивания, после фиксации конца пружины с присоединяемой деталью, пружину перемещают относительно охватывающего элемента вдоль его линейного перемещения. Прекращение фиксации на цилиндрической поверхности гайки позволяет пружине не только проворачиваться вокруг гайки, но и перемещаться вдоль нее. Поэтому как бы ни была зафиксирована пружина на гайке, резьбовое закрепление деталей все равно будет надежно обеспечено.
Для уменьшения, например, весогабаритных характеристик крепежа, сжимают витки пружины 3 при навинчивании гайки 1 (фиг.5). Заметим, что в этом случае крепежное соединение выдерживает большие динамические нагрузки, так как возникающие при этих нагрузках силы не могут воздействовать на каждый виток в отдельности. Возникающие, например, при большой скорости вращения центробежные силы могут увеличить диаметр витков пружины и ослабить натяг. Однако, если витки прижаты друг к другу, то для увеличения их диаметра потребуется значительно большая величина центробежной силы, которая смогла бы преодолеть межвитковую силу трения.
Утапливают пружину в детали 5, например, для создания неразъемного резьбового соединения (фиг.6). Поскольку пружина оказывается полностью закрытой, то отвернуть гайку 1 можно только, приложив к ней большой крутящий момент, под действием которого произойдет разрушение (разрыв) материала пружины.
Для раскрепления соединения снимают противодействующий отвинчиванию момент. Если перед фиксацией пружины на гайке производят отгиб по касательной конца 10 (фиг.7), то указанный момент снимают путем уменьшения силы трения между охватывающим элементом и пружиной, поворачивая конец 10 в направлении навинчивания гайки. При этом пружина разворачивается, витки ее увеличиваются в диаметре и сила трения уменьшается. Если перед фиксацией пружины на гайке производят отгиб по касательной конца, взаимодействующего впоследствии с присоединяемой деталью, то противодействующий момент снимают путем прекращения фиксации конца пружины на присоединяемой детали. Для этого вынимают конец 4 из радиального паза 7. После снятия противодействующего момента тем или иным способом, отвинчивают гайку 1 и снимают (демонтируют) деталь 5. Внедрение изобретения позволит сократить время резьбового крепления деталей, предотвращая при этом раскрытие стыков при динамических нагрузках и вибрации.
Источники информации
1. А. с. СССР №620698 кл. F16B, 39/02, 1978 - аналог.
2. А. с. СССР №796494 кл. F16B, 39/02, F16B, 39/24, 1981 - прототип.