ГАЙКА САМОКОНТРЯЩАЯСЯ, ПЛАВАЮЩАЯ

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.
Для облегчения центровки оси болта при сборке, гайку выполняют «плавающей» - способной совершать некоторые перемещения в установленных пределах.
Известна Гайка самоконтрящаяся, плавающая в обойме (ОСТ 1 37013-80 или ОСТ 1 37115-89), которая состоит из обоймы и цилиндрического корпуса, выполненного с резьбовым отверстием и квадратным фланцем. Обойма выполнена с фиксирующими лапками, обжимающими фланец гайки и фиксирующими перемещение гайки относительно обоймы выше установленных пределов.
В начале закручивания при прохождении болтом обжатой части гайки или в конце процесса при наибольшем крутящем моменте в конструкции происходит консольное нагружение фиксирующих лапок, которое может вызвать отгиб лапок, что приведет к проворачиванию корпуса.
Известна самоконтрящаяся гайка, выполненная с фланцем, представляющим собой опорную пластину (обойму) с самоконтрящейся гайкой (Патент CN 103016500 (В), МПК F16B 37/14, F16B 39/28, F16B 41/00, опубл. 24.12.2014 г.) Недостатками представленной конструкции являются повышенные требования к точности позиционирования гайки, вызванные ограниченностью радиальных перемещений болта, при центровке соединения диаметром отверстия в скрепляемых элементах, поскольку при соединение ответственных деталей наличие монтажного зазора по диаметру болта сильно ослабляет сборочный узел.
Известна самоконтрящаяся плавающая гайка (патент DE 2460061 C2; МПК F16B 37/06, опуб. 27.05.1982 г.) состоящая из опорной подошвы с отверстиями под заклепки и основным отверстием, двумя проточками и квадратным фланцем в нижней части. Под основным отверстием в подошве выполнена полость - канавка, в которой располагается квадратный фланец корпуса. Стенки канавки препятствуют повороту фланца корпуса относительно подошвы при завинчивании в него болта. Чтобы препятствовать перемещению корпуса относительно подошвы, последняя деформируется радиально внутрь до упора поверхности основного отверстия в проточку корпуса, при этом сохраняется значительная подвижность корпуса в осевом направлении. Недостатком конструкции является сложность технологии изготовления, отсутствие прочного соединения корпуса с подошвой и вследствие этого снижение надежности резьбового соединения и увеличенная толщина подошвы, необходимая для удержания фланца.
Известна Самоконтрящаяся анкерная гайка (патент RU 2164630 С1; МПК F16B 37/00, F16B 37/04, F16B 37/06; опубл. 27.03.2001), содержащая опорную обойму, снабженную основным отверстием шестигранной формы под корпус и отверстиями под заклепки, и корпус, размещенный в основном отверстии с опорным фланцем и надфланцевой частью в виде шестигранника, ребра которого деформированы в осевом направлении до упора в отверстие подошвы. Недостатком конструкции является возможность возникновения Бочкообразности резьбового отверстия и возникновения местных напряжений в материале корпуса и при деформировании.
Прототипом полезной модели 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.
Недостатком конструкции является то, что при сборке резьбового соединения болт-гайка, конструктивно, необходимо сдерживание корпуса, от поворачивания, без которого невозможно создание резьбового соединения. Поскольку при вкручивании болта в стопорный элемент - предварительно обжатый торец корпуса гайки, требуется создание большого противодействующего реактивного момента со стороны элементов гайки, возможны дефекты при выполнении сборочных операций, в том числе, при приложении большого момента импульса, создаваемого при закручивании болта не отрегулированным гайковертом, возможна деформация лапок, и/или или взаимодействующих граней, что может привести к провороту корпуса и разрушению конструкции.
При создании полезной модели была поставлена задача создания конструкции гайки самоконтрящейся, плавающей, исключающей возможность разрушения конструкции в случае приложения большого момента импульса в процессе закручивания болта при сборке. Поставленная задача решается конструкцией гайки самоконтрящейся, плавающей, 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 корпус выполнен в виде призмы, основания которой являются торцами корпуса, а отверстие в обойме выполнено с плоскими гранями, параллельными противолежащим боковым граням корпуса, при этом между противолежащими боковыми гранями корпуса и гранями отверстия обоймы обеспечиваются зазоры.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, заключается в повышении жесткости конструкции и исключении возможности разрушения в случае приложения большого момента импульса в процессе закручивания болта при сборке.
В частных случаях исполнения:
- для равномерного распределения стягивающего усилия резьбового соединения на соединяемый элемент, корпус может быть выполнен в виде прямой призмы, при этом ось резьбового отверстия располагается перпендикулярно основаниям;
- для исключения деформации корпуса гайки при воздействии на него ударных нагрузок со стороны обоймы, вызванных вибрационными или резкими знакопеременными нагрузками, корпус может быть выполнен из более твердого и прочного материала, чем обойма, например, корпус может быть выполнен стальным или из титанового сплава, а обойма из алюминия.
Для пояснения сущности заявленной полезной модели используются следующие графические материалы:
Фиг. 1. Гайка самоконтрящаяся, плавающая, вид спереди;
Фиг. 2. Гайка самоконтрящаяся, плавающая, вид сверху;
Фиг. 3. Сечение А-А Фиг. 1;
Фиг. 4. Схема контактов корпуса и обоймы при закручивании.
Гайка самоконтрящаяся, плавающая (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 выполнен в виде призмы, основания которой являются торцами корпуса. Вид многоугольника основания призмы (четырех-, шестиугольники и т.п.) устанавливается в процессе конструкторско-технологической проработки. Отверстие в обойме (7) выполнено с плоскими гранями. (Фиг. 2).
Корпус (1) вставлен с зазором в отверстие (7) обоймы (6). Грани (4, 5) фланца корпуса противолежат к граням (9, 10) полости обоймы (6), с зазорами (12, 13) между ними. Лапки (14, 15), загнуты и охватывают обойму (6) (Фиг. 3). Грани корпуса противолежат к граням отверстия обоймы (6), между противолежащими боковыми гранями корпуса и гранями отверстия обоймы обеспечиваются зазоры.
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 (болта, винта), поскольку начинает работать «заклинивающий эффект», благодаря которому понадобится в несколько раз больше внешних усилий, необходимых для того, чтобы снять гайку с болта.
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 («плавать») относительно обоймы в конструктивных пределах.
Предпочтительно корпус (1) может быть выполнен в виде прямой призмы, при этом ось резьбового отверстия (2) располагается перпендикулярно ее основаниям и стягивающее усилие резьбового соединения передается на соединяемый элемент.
Исходя из условий эксплуатации изделий, в которых будет применяться полезная модель, для исключения деформации корпуса гайки при воздействии на него ударных нагрузок со стороны обоймы, вызванных вибрационными или резкими знакопеременными нагрузками, корпус может быть выполнен из более твердого и прочного материала, чем обойма, например, корпус может быть выполнен из титанового сплава ВТ16 или стали 30ХГСА, 14Х17Н2, а обойма из алюминия, например, Д16Т.
Выполнение корпуса из титана или стали также целесообразно в особо нагруженных конструкциях, поскольку он воспринимает высокие растягивающие нагрузки.
Выполнение обоймы из алюминиевого сплава, обеспечит снижение веса и бездефектное изготовление штамповкой, за счет пластичности материала.
Полезная модель реализуется следующим образом.
Корпус вставляется со стороны полости в отверстие обоймы таким образом, чтобы грани фланца корпуса были противолежащими (располагались напротив) граням обоймы, а грани корпуса - граням отверстия соответственно. Лапки 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 (8, 11) под установку механического крепежа, например, под клепку.
При осуществлении создания сборочного соединения болт проходит через соединяемые поверхности и упирается в торец гайки. Корпус перемещается относительно обоймы в конструктивных пределах, ограниченных зазорами («плаванье» гайки); происходит центрирование резьбового отверстия.
В начале процесса закручивания болта под действием сил трения происходит поворот корпуса, при этом возникают контакты (16, 17, 18) поверхностей угла граней фланца корпуса с поверхностями граней полости обоймы, внутренней поверхности лапок с противолежащими охватываемыми поверхностями обоймы, а также поверхностями углов граней корпуса с поверхностями граней отверстия обоймы под корпус (Фиг. 4, соответственно).
Зак.
RΣ
Необходимым условием для создания резьбового соединения (закручивания резьбовой части болта в резьбовое отверстие корпуса) является фиксация корпуса - отсутствие осевого вращения корпуса относительно закручиваемого болта, что осуществляется за счет контакта поверхностей корпуса с поверхностями обоймы. При этом крутящий момент закручивания - М вызывает реактивные силы в контактах корпус - обойма, которые уравновешиваются суммарным реактивным моментом M обоймаустановочная поверхность, например, в случае использования заклепок, проходящих через отверстие обоймы - моментом пары сил на заклепках.
В случае выполнения корпуса цилиндрическим (как используется в прототипе), при разрушении лапок, вызванном резким приложением большого по величине момента в начале закручивания, или повышения нагрузки на элементы корпуса при проходе болтом обжатой части, а также дефектами материала, наличием зон напряжения при загибе, а также за счет неполного контакта краев граней фланца с поверхностью граней обоймы, из-за возможного осевого перемещения корпуса, фиксация не произойдет, жесткость конструкции будет потеряна корпус начнет прокручиваться относительно обоймы и создание резьбового соединения будет невозможным. Кроме того, при разрушении лапок под действием осевой нагружающей силы возможен прогиб обоймы (6), что при неконтролируемом повороте корпуса, приведет к попаданию граней фланца корпуса (4, 5) между обоймой и поверхностью соединяемого элемента, в результате чего будет разрушение конструкции.
В случае выполнения корпуса (1) виде призмы, с основанием, являющимся торцами корпуса и отверстия в обойме с плоскими гранями, параллельными противолежащим боковым граням корпуса: в процессе закручивания болта, происходит поворот корпуса, при этом возникает дополнительный контакт (18) (Фиг. 4) между поверхностями углов граней корпуса с поверхностями граней отверстия обоймы под корпус
Очевидно, что силы, возникающие в местах дополнительного контакта между поверхностями углов граней корпуса с поверхностями граней поверхности обоймы будут дополнительно препятствовать повороту корпуса, повышая жесткость конструкции и исключает возможность разрушения конструкции в случае приложения большого момента импульса в процессе закручивания болта при сборке. Также, в процессе эксплуатации, при воздействии вибрационных или знакопеременных нагрузок, контакт (18) поверхностей элементов корпуса с гранями отверстия обоймы дополнительно не позволит гайке совершить поворот больший, чем предусмотрено конструктивными зазорами, что обеспечит жесткость (целостность) резьбового соединения.