CZ145798A3 - Závitový upevňovací systém - Google Patents

Description

ZÁVITOVÝ UPEVŇOVACÍ SYSTÉM

Oblast techniky

Tento vynález se zaměřuje na nové pojetí konstrukce vnějšího a vnitřního spojujícího závitového zařízeni, zajišťujícího zvýšené rozložení vnitřních sil, které vznikají v komponentách, které obsahují vnější a vnitřní závity.

Přesněji vyjádřeno, vnitřní síly, ke kterým se tento vynález vztahuje, vznikají jako výsledek osového pnutí, např. jsou vyvolány dotykovou plochou svírající síly v konstrukci, která obsahuje dvě nebo více oddělených částí, které jsou spojeny dohromady užitím závitové upevňovací technologie. Takové vnitřní síly mohou však také být vyvolány následkem osové komprese.

Tento systém, který je předmětem nového tvůrčího druhu spojení vnějšího a vnitřního závitového zařízení, je zvláště vhodný pro systém, který pohání vnitřní závit, užitím technologie výměny součástek, vložením vnějšího závitového upevňovače do normálního vyvrtaného zkušebního vývrtu a použitím zpětné rotace mezi vnější závitovou součástkou a tou, která obsahuje jednoduchý vyvrtaný otvor, do kterého má být vyroben vnitřní závit. Taková zanedbatelná osová síla se nachází ve směru, kterým se vnější upevňovač posune k jednoduchému vyvrtanému zkušebnímu otvoru, do kterého bude vyroben vnitřní závit.

Dosavadní stav techniky

Všeobecně řečeno, cňem vnějšího a vnitřního závitového upevňovacího zařízeni je použití šroubového závitu k vytvoření zatížení během zpětné rotace vnějších a vnitřních závitových součástí, které může být přenášeno do síly, která může být využita pro sevření dvou či více jednotlivých částí dohromady, aby došlo k vytvoření konstrukce.

Takovéto vnější a vnitřní upevňovací systémy existujících známých rozměrů doprovázejí ustálené procesy, které umožňují být nahrazeny buď pro vnější závitovou část nebo vnitřní závitovou část součástkou, která je vyrobena tak, aby vyhovovala rozměrům a předem určeným limitům, takovým, že vlastnosti tohoto uskupení neubírají na původním záměru, jsou-li provedeny takovéto náhrady nebo změny. (Joseph Whitworth - pol. 18. stol.)

Tytéž systémy, které uspokojují potřebu zaměnitelnosti jednotlivých částí, jsou v současnosti stále používány pro konstrukční a bezpečně spojované soustavy.

Zatímco změny velikosti a tvaru byly zavedeny od chvíle, kdy počáteční ustálené pojetí bylo rozvinuto a dokumentováno, základní normy co se týče spojování vnějších a vnitřních upevňovacích systémů zůstaly beze změn.

Je důležité si povšimnout, že vnější a vnitřní upevňovací systémy, které se dnes běžně póúžfvaj£ jsou založeny na průřezové geometrii závitu, která se v podstatě rovná trojúhelníku, kde strany přilehlých závitů jsou přímé a v předem určeném úhlu k ose závitu. Sevřený úhel závitu má rozdíly ve velikosti, závislé na zvoleném důvodu pro dělání úhlových změn.

Vnější a vnitřní upevňovací systémy v běžném použití dále vyvíjejí rozměry nad a pod pomyslnou linií, která je označována jako krajní linie, nebo pro kruhový průřez závitových částí tzv. faktický průměr.

Tato pomyslná linie se nachází v radiální poloze od osy závitu, na které tloušťka materiálu v závitu se vyrovnává vzdálenosti vzduchové vrstvy mezi přilehlými závity.

• ·		• ·	999 9	99	99
• 9	•	• ·	9	9 9	9 9
•	« ·	• 9	9	9 9	9 9
•	• · · ·	9 9 9	9	9 99·	9 9
•	•	9 9	9	9	9 ·
• · · ·	•	9 9	9	9 9	• ·

-2Od takovýchto konstrukcí se vyvinuly normy, které byty založeny na empirických studiích a na užití vektorových diagramů, aby ukázaly a odhadly pevnost spojujících vnějších a vnitřních závitů pod účinky indukovaných osově aplikovaných sil.

V téměř všech případech rozvinutí a rozložení vyvolaného zatížení a výsledné spojující závitové síly jsou založeny na zásadně trojúhelníkovém profilu a jsou předem určeny sevřeným závitovým úhlem.

Avšak také je nutné si všimnout, že závitové profilové formy odchylující se od zásadně trojúhelníkového tvaru, ač málokdy se vyskytující, se rozvinuty za účelem dosažení určitých cílů. Například můj dřívější americký patent č.5 061 135 popisuje upevňovač, který zahrnuje závitovou průřezovou geometrii mající klesající stranu otočenou v úhlu s ohledem na průměr upevňovače a stoupající stranu s konkávním zaobleným profilem. Hlavním cílem tohoto upevňovače je rozvinout síly, které podpoří vnitřní fyzické rozložení uvnitř součástky, takové jakou je pružná plastická nebo lehká slitina, tak aby se zvýšila míra vnitřní hmoty v kontaktu s otočenou klesající stranou závitového tvaru. Když tento upevňovač je zaražen do vnitřku hmoty, silové dvojice a momenty síly vzniklé mezi otočenou klesající stranou a zaoblenou stoupající stranou na přilehlé závitové formě způsobí žádoucí fyzické rozložení uvnitř materiálu. Je důležité si povšimnout, že rozložení hmoty tímto stanoveným způsobem by nebylo dosaženo, kdyby závitová profilová geometrie byla symetrickou formou příbuznou s linií, která je kolmá k ose vnitřního závitového upevňovače.

Záměr a sumarizace vynálezu

Hlavním cílem tohoto vynálezu je poskytnout závitový upevňovací systém zahrnující spojující vnější a vnitřní závity a mající novou závitovou profilovou geometrii, která zvýší sílu spojujících závitů pod osově aplikovanou tahovou nebo stlačenou silou, navíc těch spojujících závitů, které mají známé profilové tvary, jakými jsou právě fy zásadně trojúhelníkové.

Souhrnem můžeme říci, že vynález obsahuje upevňovací systém zahrnující vnější závitovou část mající závit s ne výrazně trojúhelníkovým profilem a vnitřní závitovou část mající závit s ne výrazně trojúhelníkovým závitem, vytvořeným pro vzájemné spojení podél spojovací závitové dotykové přední plochy, kde v seskupené formě je rozvinuto osové zatížení ve vnější závitové části, přičemž zatížení je odolné podél spojující závitové dotykové přední plochy, a kde spojující závity upevňovacího systému jsou schopné snést osové zatížení, tahové nebo stlačené, větší než spojující závity systému používajícího závity, které mají zásadně trojúhelníkový profil.

Stručný přehled obrázků na výkresech

Hlavní novátorské rysy uvedeného vynálezu jsou podrobně vytyčeny dále v připojených patentových nárocích.

Systém a způsob provozování vynálezu spolu s dalšími jeho záměry a výhodami mohou být nejlépe pochopeny odkazem na následující popis, vztahující se k doprovodným obrázkům, ve kterých se odkazovací číslice jako prvky shodují:

Obr. 1 ukazuje schéma základního tvarového profilu pro vnitřní závit představující tento vynález.

Obr. 2 ukazuje schéma základního tvarového profilu pro vnější závit představující tento vynález.

Obr. 3 ukazuje schéma kompletní soustavy zahrnující upevňovací systém tohoto vynálezu.

• ····

φ · · ·♦ φ ·φ ··, φ · φφφ φ · • 9 99

Φ Φ· ·

-3 Obr. 3 A schematicky ukazuje spojení vnějších a vnitřní závitových postavení tohoto vynálezu.

Obr. 4 schematicky ukazuje spojení vnějších a vnitřních závitových postavení, kde vnitřní závit je vytvořen automaticky vnějším závitovým upevňovačem.

Příklady provedení vynálezu

Zatímco uvedený vynález může připouštět provedení v různých formách, zde jsou na obrázcích ukázána a budou detailně popsána specifická provedení s vědomím, že tento popis má být považován za exempMfikaci principů tohoto vynálezu a že nemá v úmyslu nikterak omezit vynález v tom smyslu, jak je zde ustanoven a popsán.

Na obr. 1 je zobrazen základní tvarový profil vnitřního šroubového závitu 121, který je konstruován podle pokynů vynálezu.

Profil vnitřního závitu 121 je vypracován z poloměrů 10, které vedou ze středů tak, že profil 121 je symetrický okolo pomyslné centrální osy 11.

Velikost poloměrů 10 a umístění středů 14 jsou vypracovány s odkazem na vztah mezi známými běžnými maximálními předpoklady kovu vnějšího šroubového závitu a minimálními předpoklady kovu vnitřního šroubového závitu. Pro pochopení tento vztah souvisí s metrickým závitovým systémem, kde představuje faktický průměr vnějšího šroubového závitu v poloze, která se rovná maximální hodnotě spojované s 6 g polohou a dovolenou úchylkou, jak je popsáno v I.S.O. 965/1. Vrchol označuje hypotetický vrchol vnějšího šroubového závitu, který je umístěn nad teoretickým maximálním faktickým průměrem 15 . Teoretická šířka vrcholu metrického šroubového závitu má označení 19. Čára 22 je profilem 20 vnějšího závitu, kdý profil se rozvíjí náležitě.

Teoretický vztah mezí vnějším závitovým profilem 22 a spojujícím vnitřním závitovým profilem ve shodě s metrickým šroubovým závitovým systémem a majícím polohu a toleranci ve shodě s 6 H, jak je popsáno v I. S. O. 965/1, je určen čarou 23. Podoba této čáry 23 je založena na faktickém průměru 16, který má velikost 25 shodnou s tou, která leží mezi střední 6 H a maximální 6 H, jak je popsáno v I. S. O. 965/1.Tento systém vytváří teoretický prostor 24 mezi úhlovými profily vnějšího závitu 22 a vnitřního závitu 23.

Když se měří faktický průměr vnitřního závitu 23 nebo faktický průměr 15 vnějšího závitu 22, tloušťka vnitřního závitového profilu a vnějšího závitového profilu označená 20 je konstantní a rovná se polovině velikosti závitové osové délky.

Z tohoto vztahuje odvozena výchozí poloha 25 související s vnějším závitem 22 a 26, a rovněž s vnitřním závitem 23.

Poloměry 10 jsou rozvinuty tak, aby přesáhly výchozí polohy 25 a 26, takové že každá úhlová profilová strana 22 vytvoří tětivovou délku 18 na vrcholu od obvodové rovnice k označení 24. Poloměry 10 jsou považovány za minimální hodnotu, pokud jde o uvedený vynález. Hlavní závitový průměr (vnitřní) může být na vrcholu seříznutý, jak patrno na označení 27, jestliže se zajistí, aby takováto odříznutí vrcholu neklesala pod nebo dovnitř úrovňové vyšly

17. Středy 14 jsou umístěny úměrně poloměrům 10 a výchozím polohám 25 a 26 spolu s popsaným úhlem, který se v případě metrického šroubového závitového systému předcházejících známých proporcí rovná 120“.

Jak je zmíněno výše, vnitřní závitový profil podle uvedeného vynálezu je 1:S nalézající se v rozmezí hranice 121.

Udržováním takto popsaných vnitřních závitových proporcí je umožněno použít pro vnitřní závit měřících zařízení současných druhů a typů.

9999

99 • 9 9

9 9 ··· 99

99

9999

-4Na obr. 2 je zobrazen základní tvarovaný profil vnějšího šroubového závitu 12E, který je zkonstruován podle pokynů vynálezu.

Na obr. 2 je také znázorněn základní profil vnitřního závitu 12L takového, který může být pojímán pro přednostní provedení, kde dotyková plocha 32 mezi vnitřním 121 a vnějším 12E závitovým profilem poskytuje nejvyšší proporci poloměrů 10 pro vzájemný kontakt, když je zde použito osově vyvolané zatížení 33 skrze součást obsahující vnější závit.

Pomyslná výchozí čára 31, která zobrazuje polohu faktického průměru vnějšího závitového profilu 12E, je teoreticky opatřena rozsahem označeným 34 uvnitř teoretického faktického průměru 16 vnitřního zavitu 23. Hodnota výšky 34 je rovná polovině vzdálenosti mezi faktickým průměrem 16 vnitřního závitu a faktickým průměrem 15 vnějšího závitu 22, jak je ukázáno na obr. 1.

Poloměry 10 vztahující se k vnějšímu závitu 12E se rovnají poloměrům vnitrního závitu 121. Středový bod 14 poloměru je ve stejné vztahové poloze jak pro vnější tak pro vnitřní závit..

Avšak posun mezi faktickým průměrem 16 a faktickým průměrem 31 vyžaduje, aby úhel a se zvýšil (jak označeno účastí b) k poloměru 10 a posunu 34 tak, aby se udržela nejvyšší proporce poloměru 10 v kontaktu s dotykovou plochou 32.

Tento nutný rozdíl v proporcích vnějšího závitu ve vztahu k vnitřnímu závitu poskytuje podmínky dotyku závitu podél ztlačené plochy 32, aby byl udržen v přijatelných mezích, které jsou v rozsahu těch, které se vyskytují se spojujícím závitovým profilem běžně známých proporcí. Toto poskytuje jasné výhody, kdy vnější závit upevňovače je vyroben nezávisle na vnitřním zavitu a kdy jak vnější tak vnitřní zavity a součásti zajišťuji upevňovací systém.

Obr. 3 zobrazuje upevňovací systém využívající uvedený vynález, kde obráběný kus 42 je držen v kompresi. Na obr. 3 A je znázorněno zvětšené schéma spojujícího závitového stavu uvedeného na obr. 3. Pod působením osové síly 33 se vyvíjí rezistence proti této síle podél spojující závitové dotykové plochy 32.

Jednou z výhod, která ochraňuje před tím, aby dotykový povrch 32 měl zaoblený profil, je výhoda zvětšující se dotykové plochy, která je označená 35, která by vycházela ze spojujícího závitového profilu, který je v zásadě trojúhelníkový, s označením 36.

Toto zvětšení v povrchové ploše redukuje tlak v síle pro jednotku plochy, který potřebuje být účinně omezován kladením odporu osové síle 33.

Poloměrový profil spojujících závitů pod tlakem bude účinější pro zabránění závitovému selhání, než by byl profil, který je v zásadě trojúhelníkový.

Konstrukce vnějšího závitového profiluje myšlena tak, aby udržovala poloměry 10 co do velikosti stejné.

Avšak z nové metody konstrukce je patrné, že střed poloměru, který rozvíjí protější plochu profilu, se posouvá z 14 na 14A.

Na obr. 4 je zobrazen spojující vnitřní a vnější závit, kde vnitřní závit 10 je vyroben pomocí automatických principů a základní proporce vyplývají z rozměrů vnější závitové součásti.

Proporce vnějšího závitu jsou v podstatě provedeny ve shodě s rozměry, které mají vyhovovat rozměrům vnitřního závitu, který by měl být v souladu s pokyny vynálezu.

Za těchto podmínek závazná délka poloměrů, které se dotýkají 40, je zvětšována přes délku označenou 35 na obr. 3'a takto dále redukuje tlak, který je nezbytné omezit ve spojující závitové struktuře.

Konstrukce vnějšího závitového upevňovače majícího závitový profil podle pokynů vynálezu může mít lobulámí průřez nebo jakékoliv jiné zařízení 20, které je vhodné pro účinné tvarování vnitřního závitu během sestavování vnějšího závitového šroubu.

Užitečnost pokynů podle vynálezu spočívá v uvedení souvislostí příslušných forem vnitřních a vnějších proporcí s prvky, které jsou definovány v běžné terminologii jako šroub s maticí.

-5Všechny způsoby sestavení, které využívají tato pojetí, budou těžit ze schopností upevňovacího systému snést vyšší axiální aplikované síly než ty, které používají tradičnější systém, který je konstruován se závitovým profilem, jenž je v zásadě trojúhelníkového tvaru, přičemž všechny ostatní faktory se rovnají.

I když jednotlivá provedení vynálezu jsou detailně ukázána a popsána, je samozřejmé, že změny a modifikace tohoto vynálezu v jeho rozličných aspektech by měly být prováděny tak, aby se neodchýlily od základních aspektů vynálezu.

Záměr vynálezu jako takový by neměl být omezen jednotlivým provedením a specifickou konstrukcí zde formulovanou, avšak měl by být přesně vymezen přiloženými patentovými nároky. Tudíž cílem je zahrnout v přiložených patentových nárocích všechny takovéto změny a modifikace, aby zapadaly do podstaty a záměru vynálezu.

Claims (20)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Spojující vnější a vnitřní závitový upevňovací systém, kde profil vnitřního závitu symbolizuje zakřivené povrchy, které jsou konkávní, a kde profil vnějšího závitu symbolizuje spojující zakřivené povrchy, které jsou konvexní; velikost konkávního vnitřního závitového oblouku a konvexního vnějšího závitového oblouku je stejná, konkávní zakřivenost vnitřního závitu má podobu poloměru, kde poloměr je vypracován tak, aby ležel mezi přímou profilovou plochou vnějšího závitu běžně známých proporcí, kde vnější závit má maximální podíl kovu, a přímou profilovou plochou vnitřního závitu běžně známých proporcí, kde vnitřní závit má minimální podíl kovu, a kde je dovoleno závitové seříznutí vrcholu jak vnějšího tak vnitřního závitu, přičemž ale takovéto seříznutí vrcholu musí zajišťovat, aby vnitřní seříznutí nedovolilo zasahování vrcholu vnějšího závitového profilu, když je tento systém sestaven.
2. 2. Závitový upevňovací systém podle nároku 1, kde střed zakřivení zátěž nesoucí profilové plochy vnějšího závituje ve stejné poloze, a má poloměr stejné velikosti jako ten, který je vypracován pro konkávní vnitřní závitový profil, a kde protější nezatížená konvexní závitová profilová plocha má poloměr stejné velikosti jako zátěž nesoucí plocha, ale má střed zakřivení, který je osově posunut, aby se srovnal rozdíl mezi faktickým průměrem vnitřního závitu a faktickým průměrem vnějšího závitu, zatímco udržení konstantní závitové šířky v osové rovině v poloze faktického průměru vnějšího závitu se rovná polovině závitové osové výšky; tento rys je prospěšný systému, ve kterém umožňuje oběma osově aplikovaným tahovým silám a osově aplikovaným tlakovým silám, aby byly využity pro spojovací systém závitů.
3. 3. Závitový upevňovací systém podle nároku 1 nebo 2, kde závitová tloušťka na faktickém průměru vnitřního závitu se rovná závitové tloušťce na faktickém průměru vnějšího závitu; tloušťka vnějšího i vnitřního závitu se rovná polovině osové výšky vnějšího a vnitřního závitu na zvolených faktických průměrech.
4. 4. Závitový upevňovací systém podle nároku 1, kde vnitřní závit je vytvořen z normálního zkušebního vývrtu přiměřené velikosti sestavením vnějšího závitového upevňovače zpětnou rotací částí, takových, kdy vnitřní závit je vytvořen metodou výměny součástek.
5. 5. Závitový upevňovací systém podle nároku 1 nebo 4, kde spojující závitové vlastnosti poskytují základní spojující závitové zásečné plochy, aby se zvětšil systém stejných proporcí, pouze tam, kde je profil systému trojúhelníkový, takový, že spojující závitové síly snesou vyšší osově aplikované síly v bodě selhání.
6. 6. Spojující závitový upevňovací systém podle nároku 2 nebo 4, kde povrchová dotyková plocha konkávních a konvexních závitů převyšuje podobnou velikost výrobků trojúhelníkových profilů, takových, že pnutí vyvolané pod stejnou osově aplikovanou zátěží je sníženo.
7. 7. Upevňovací systém zahrnující·, vnější závitovou část mající závit s ne výrazně trojúhelníkovým profilem; a vnitřní závitovou část mající závit s ne výrazně trojúhelníkovým profilem vytvořeným pro spojení s nevýrazně trojúhelníkovým závitem vnější závitové části podél spojujícího závitového dotykového povrchu, kde v sestavené podobě je vyvinuto osové zatížení ve vnější závitové části, které je odolné podél spojujícího závitového dotykového povrchu; a kde spojující závity upevňovacího systému jsou schopné snést větší osové zatížení, než spojující závity systému používajícího závity, které mají výrazně trojúhelníkový profil.

   <·· φ ·· ·♦·· • · ·· « · • • · · • · • • e • · • · · • · ·· • • ··· • • • • · · * • * ···· • ·· · • · ··
8. 8. Upevňovací systém podle nároku 7, kde závit vytvořený na vnější závitové části a závit vytvořený na vnitřní závitové části obsahují stoupající a klesající závitové plochy, a alespoň jedna plocha závitu na vnější závitové části zahrnuje konvexní zaoblený profil, a alespoň jedna plocha závitu na vnitřní závitové částí obsahuje konkávní zaoblený profil, a kde spojující závitový dotykový povrch vydrží osové zatížení, které existuje mezi zaoblenými závitovými povrchy vnějších a vnitřních závitových částí.
9. 9. Upevňovací systém podle nároku 8, kde kolmice k tečně konvexního zaobleného závitového profilu vnějšího závitu (takováto tečna je v radiální poloze faktického průměru) je protilehlá sevřenému uhlu, který je větší než sevřený úhel protilehlý kolmicí k tečně konkávního zaobleného závitového profilu vnitřního závitu, na příbuzném faktickém průměru vnitřního závitu, takto zajišťující maximální plochu dotyku na spojujících profilových povrchách a omezující zatížení na jednotku plochy, vzniklé z osově aplikované síly.
10. 10. Upevňovací systém podle nároku 9, kde stoupající a klesající plochy závitu vytvořeného na vnější závitové části jsou vzájemně symetrické, a stoupající a klesající plochy závitu vytvořeného ve vnitřní závitové části jsou symetrické, čímž umožňují tomuto systému stejnou měrou účinně snášet jak tahové, tak tlakové zatížení.
11. 11. Upevňovací systém podle nároku 7, kde vnější závitová část má kruhovou průřezovou plochu.
12. 12. Upevňovací systém podle nároku 7, kde vnější závitová část nemá kruhovou, ale lobulámí průřezovou plochu.
13. 13. Upevňovací systém podle nároku 8, kde závit vytvořený na vnější závitové části a závit vytvořený na vnitřní závitové části obsahují profil, který je na vrcholu šikmo seříznutý, takový, že vnitřní závitové seříznutí není na překážku vnějšímu seříznutí, když je upevňovací systém v sestavené formě.
14. 14. Upevňovací systém podle nároku 7, kde závit vytvořený ve vnitřní závitové části je vytvořen během sestavení upevňovacího systému závitem, vytvořeným na vnější závitové části.
15. 15. Sestava zahrnující jeden či více obráběných kusů, vystavených síle stisku vnějšími závitovými upevňovacími prostředky a vnitřními závitovými maticovými prostředky, kde síla stisku vyvíjí tahové zatížení v upevňovacích prostředcích, které je odolné podél závitového dotykového povrchu, vytvořeného mezi spojujícími zaoblenými závitovými profily, vytvořenými na vnějších závitových upevňovacích prostředcích a vnitřních závitových maticových prostředcích.
16. 16. Sestava podle nároku 15, kde zaoblený závitový profil, provedený na vnějších závitových upevňovacích prostředcích, je výrazně konvexní, a zaoblený závitový profil, provedený na vnitřních závitových maticových prostředcích, je výrazně konkávní.
17. 17. Sestava podle nároku 15, kde vnější závitový upevňovací prostředek má lobulámí průřezovou plochu.
18. 18. Sestava zahrnující jeden nebo více obráběných kusů, vystavených oddělené síle vnějšího závitového upevňovacího prostředku a vnitřního závitového maticového prostředku, kde

    -8oddělená síla vyvíjí ztlačující zatížení v upevňovacím prostředku, které je odolné podél závitového dotykového povrchu, vytvořeného mezi spojujícími zaoblenými závitovými profily, vytvořenými na vnějším závitovém upevňovacím prostředku a vnitřním závitovém maticovém prostředku.
19. 19. Sestava podle nároku 18, kde zaoblený závitový profil, vytvořený na vnějším závitovém upevňovacím prostředku, je výrazně konvexní, a zaoblený závitový profil, vytvořený na vnitřním závitovém maticovém prostředku, je výrazně konkávní.
20. 20. Sestava podle nároku 18, kde vnější závitový upevňovací prostředek má kruhovou průřezovou plochu.