CZ2009817A3 - Šroubový nebo nýtový spoj - Google Patents

Abstract

Šroubový nebo nýtový spoj, spojuje alespon dve soucásti (1, 2), které na sebe dosedají svými stycnými plochami (6, 7), které obklopují otvor (10) pro spojovací prvek (3). Stycná plocha (6) první soucásti (1) je opatrena alespon jedním výstupkem (8), axiálne nad ní vycnívajícím. Výstupek (8) je alespon po cásti své délky z obou stran bezprostredne obklopen vybráními (11), která ho oddelují od stycné plochy (6). Po utažení spoje jsou výtlacky (9) materiálu z korespondující stycné plochy (7) druhé soucásti (2) obsáhnuty vybráními (11), takže se nedostanou mezi obe stycné plochy (6, 7). Spoj má vysokou odolnost proti relativnímu posuvu stycných ploch v dusledku sil kolmých k ose spojovacího prvku.

Description

Vynález se týká šroubového nebo nýtového spoje, zejména šroubového spoje zajišťujícího maximální přenos sil kolmých k ose spojovacího prvku mezi spojovanými součástmi v rovině jejich styčných ploch.

Dosavadní stav techniky

Ze stavu techniky je známé pojišťování šroubových spojů proti relativnímu posuvu spojovaných součástí ve směru kolmém k ose šroubu, který by mohl nastat při překročení třecí síly vyvolané předpětím šroubu.

Užívá se nákružků nebo trubek, soustředných se spojovacím prvkem, které zajišťují tvarový styk mezi spojovanými součástmi. Tyto prostředky se zpravidla užívají tam, kde jsou součásti spojeny jediným šroubem nebo je nutné jejich přesné ustaveni vůči sobě. Jejich využití u součástí, které jsou spojeny prostřednictvím více spojovacích prvků, je však velmi omezené a nákladné, protože je nutné dodržet velkou přesnost výroby.

Dalším známým řešením, popsaným v DE 33 29 967 A1, je vložení speciální podložky mezi spojované součásti, která je opatřena výstupky, vyčnívajícími ze styčné plochy. Výstupky mohou mít tvar pyramid, kruhů nebo zubů. Při utažení šroubu se zamáčknou výstupky do korespondujících styčných spojovaných součástí, čímž dojde k vzájemnému plastickému styku.

Obdobný princip je popsán v US 2003/0156889 A1, kde jsou výstupky vytvořeny přímo na styčné ploše jedné ze spojovaných součástí. Tyto jsou navíc doplněny vybráními, která jsou rozmístěna na styčné ploše střídavě s výstupky, a do nichž se po utažení šroubu vmáčkne materiál styčné plochy korespondující součásti.

« · _2.:. .:.

Nevýhoda takových řešení spočívá vtom, že pri vtlačování výstupků do styčné plochy korespondující hladké součásti dochází k přemísťování jejího materiálu směrem ven nad její styčnou plochu. Takto vzniklá spona se dostává mezi obé styčné plochy, kde potom brání jejich úplnému dosednutí na sebe. Po utažení šroubu předepsaným utahovacím momentem jsou spojované součásti v kontaktu pouze částmi svých styčných ploch, a to v místech vytlačení materiálu, což má za následek překročení mezního tlaku v dotyku. Pri dynamickém zatížení spoje v provozu potom může dojít k dalšímu smáčknutí vytlačeného materiálu, přiblížení styčných ploch a tím ke ztrátě předpětí šroubu.

Další nevýhodou, způsobenou takto vytlačeným materiálem je to, že pri relativním posunu styčných ploch po sobě v důsledku příčných sil přenášených spojem, dochází k dalšímu vytlačování materiálu před zubem. Tím dochází ke zvětšování výšky spony, a následně odtlačování spojovaných součásti od sebe. Zajišťovací zub vyjíždí ven z již vytvořené dutiny a vzniká tak vůle umožňující relativní pohyb spojovaných součástí.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky odstraňuje šroubový nebo nýtový spoj podle vynálezu. Spoj spojuje alespoň dvě součásti, které na sebe dosedají styčnými plochami, obklopujícími otvor pro spojovací šroub nebo nýt. Styčná plocha první součásti je opatřena alespoň jedním výstupkem, který nad ni axiálně vyčnívá. Výstupek je alespoň po části své délky z obou stran bezprostředně obklopen vybráními, která ho oddělují od styčné plochy. Výstupek tedy nepřechází přímo do styčné plochy, ale jeho boky jsou od ní odděleny vybráními. Nejvýhodnější je, pokud je od ni oddělen po celé své délce. Styčná plocha je s výhodou opatřena množstvím rovnoměrně rozmístěných výstupků, které mají tvar přímých hřebenů, rozprostírajících se radiálně směrem od otvoru pro spojovací prvek. Pokud se hřebeny rozprostírají od otvoru pro spojovací prvek až ke kraji styčné plochy, je styčná plocha rozdělena na množství úhlových segmentů, které jsou vymezeny hranami vybráni. Díky takovému rozmístění je zajištěno pojištění proti posunutí styčných ploch po sobě pri působení příčných sil v kterémkoli směru.

Při utahování šroubu resp. přitahování součástí k sobě před roznýtováním nýtu, se vtlačují výstupky do styčné plochy korespondující druhé součásti, přičemž po jejich bocích se přesouvá vytlačený materiál směrem od výstupků a ven od styčné plochy druhé součásti. Šířka a hloubka vybrání, vytvořených po stranách výstupků, jsou dostatečně dimenzovány tak, aby takto vytlačený materiál zcela obsáhly. Vytlačený materiál tak nebrání kompletnímu dosednutí obou styčných ploch na sebe, a je dosaženo požadované velikosti vzájemné styčné plochy obou součástí, nutné pro zachování předepsaného měrného tlaku v dotyku.

V další z variant provedení může výstupek mít tvar kruhového hřebene, soustředného s otvorem pro spojovací prvek. Takových výstupků může být opět na styčné ploše několik, po vnitřním i vnějším obvodě obklopených vybráním, tvořícím v podstatě jakýsi příkop. Tím je také zajištěno pojištění proti posunutí styčných ploch po sobě při působení příčných sil v kterémkoli směru.

Pokud je v provozu spoj zatížen nadlimitními silami kolmými k ose spojovacího prvku, při nichž dojde k překročení mezního měrného tlaku v dotyku na bocích výstupků a třecí sily vyvozené předpětim spoje, začnou se styčné plochy obou součástí vůči sobě pohybovat. Před posouvajícím se výstupkem se ze styčné plochy druhé součásti odděluje čím dál větší množství materiálu, díky tomu se zvětšuje styčná plocha s bokem výstupku. To má za následek snižování tlaku ve styku a větší odpor proti relativnímu pohybu. Přechod vybrání do styčné plochy vykazuje s výhodou ostrou hranu resp. hranu s co nejmenším technologicky dosažitelným zkosením či zaoblením. Materiál vytlačený při montáži spoje na opačné straně výstupku se při relativním pohybu opře o tuto ostrou hranu a i zde dochází zde k dalšímu sekundárnímu blokování relativního pohybu mezi spojovanými součástmi.

Výstupky mají s výhodou v podstatě trojúhelníkový profil, což usnadní jejich výrobu. Ta může probíhat např. pomocí raznice s negativním profilem, která vytvoří z polotovaru s hladkým povrchem styčnou plochu tvarovanou podle vynálezu. S ohledem na omezenou zatékavost materiálu při tvářeni a odolnost výstupku při vtlačováni do korespondující styčné plochy, může být nutné zvolit kompromisní vrcholový úhel výstupku. Pro správnou funkci sekundárního blokování relativního pohybu je však důležité zachovat dostatečnou strmost stěny vybrání, která je odvrácená od výstupku. Tato stěna by ve výhodném provedení měla svírat se * · * «··*·«· _ Λ · · ·· ·· · *·*+ ·· «·· ··· ··»· «· «· styčnou plochou úhel menší než 130°. Vrcholový úhel výstupků může být zvolen shodný s vrcholovým úhlem vybrání, pro dosažení dostatečné strmosti vnější strany vybrání tomu odpovídá zhruba 60°.

Zejména z technologických důvodů a s ohledem na množství přemístěného materiálu při vtlačování výstupků je také výhodné, když výška výstupků nad styčnou plochou je v podstatě stejná jako hloubka vybrání.

Přehled obrázků na výkresech

Na obr. 1 je řez šroubovým spojem podle vynálezu. Na obr. 2 a 3 je v detailu zobrazena oblast zajišťovaciho výstupku spoje podle stavu techniky, na obr. 2 po utažení šroubu a na obr. 3 po zatížení spoje silami kolmými k ose šroubu. Na obr. 4 je axonometrický pohled na styčnou plochu první součásti podle vynálezu. Na obr. 5 je řez styčnou plochou první součásti podle vynálezu v oblasti zajišťovaciho výstupku. Obr. 6 a 7 zobrazují řez spojem v oblasti výstupku, a to obr. 6 po utažení šroubu a obr. 7 po zatížení silami kolmými k ose šroubu.

Příklad provedení vynálezu

Na obr. 1 zobrazen v řezu šroubový spoj, připojující trubku 1 k rámu 2. Šroub 3 prochází trubkou 1 a otvorem v rámu 2 a je zajištěn maticí 4. Trubka 1 se na konci rozšiřuje do příruby 5, jejíž čelo tvoři styčnou plochu 6 trubky 1 s rámem 2. Se styčnou plochou 6 koresponduje styčná plocha 7 rámu 2, která je hladká, bez výstupků nebo vybrání.

Na obr. 2 a 3 je zobrazen rez oblastí styku obou součástí s tvarovým provedením podle známého stavu techniky. Na obr. 2 je stav po utažení matice 4 předepsaným utahovacím momentem. Styčná plocha 6 je opatřena výstupkem 8, který se zamáčkne do styčné plochy 7 rámu 2. Přitom dochází k přemisťování materiálu ven ze styčné plochy 7, který vytvoří po obou stranách výstupku 8 výtlačky 9. Tyto výtlačky 9 brání dosednutí styčné plochy 7 na styčnou plochu 6, k jejich vzájemnému

-5'.

• · · * • · · · · · · kontaktu dochází pouze v místě styku výtlačků 9 se styčnou plochou 6. Na obr. 3 je zobrazen stav po zatížení spoje nadlimitní silou kolmou k ose šroubu 3. Nastává relativní posun trubky 1 vůči rámu 2, výstupek 8 zvětšuje dutinu, kterou vytvořil v dosedací ploše 7 a přemisťovaný materiál zvětšuje výtlaček 9. Tento zvětšující se výtlaček 9 oddaluje od sebe obě styčné plochy a výstupek 8 vyjíždí z vytvořené dutiny. Po uvolnění zatěžující síly se výtlaček 9 působením předpětí šroubu opět do jisté míry zmáčkne, výstupek 8 se však již v dutině může pohybovat s vůli a proto je odolnost spoje proti příčným silám již snížena.

Na obr. 4 je znázorněna styčná plocha 6 s úpravou podle jednoho z možných provedení vynálezu. Styčná plocha 6 je opatřena množstvím výstupků 8, které jsou po ní rovnoměrně rozmístěny a směřují radiálně od otvoru 10 pro šroub 3 směrem k jejímu okraji. Styčná plocha 6 je tak rozdělena na odpovídající množství segmentů, které mají tvar mezikruhových výseči. Výstupky 8 axiálně vyčnívají nad styčnou plochu 6 o výšku v, a mají trojúhelníkový profil s vrcholovým úhlem blízkým 60°. Zvětšením vrcholového úhlu výstupku 8 se usnadní jeho výroba a zvýší se jeho odolnost vůči deformaci, což umožni použití vynálezu i pro materiály menší pevnosti.

Vrcholy výstupků jsou s ohledem na technologii výroby mírně zaobleny. Výstupky 8 jsou po obou stranách obklopeny vybráními 11, která je oddělují od segmentů styčné plochy 6. Vybrání mají taktéž trojúhelníkový profil, navazují přímo na boky výstupku 8 a zasahují do hloubky h pod styčnou plochu 6. Hloubka h se rovná zhruba výšce v výstupku 8. Paty výstupku 8 jsou současně vrcholy vybrání 11 a jsou z technologických důvodů zaobleny. Stěny 12 vybrání 11, které jsou odvráceny od výstupku 8, svírají se styčnou plochou úhel a, který se blíží 120°. Přechody 13 mezi stěnou 12 vybrání 11a styčnou plochou 6 nejsou zaobleny a jsou opatřeny ostrou hranou, resp. technologicky dosažitelným nejmenším zkosením či zaoblením.

Obr. 6 zobrazuje oblast výstupku 8 po utažení šroubového spoje. Výstupek 8 se zamáčkl do styčné plochy 7, přičemž po jeho stranách se z dosedací plochy 7 vytlačily výtlačky 9. Vybrání 11 jsou dostatečně dimenzována, takže výtlačky 9 se nedostanou do kontaktu se styčnou plochou 6, která zcela dosedne na styčnou plochu 7. V provozu tak již nemůže dojít ke snížení předpětí spoje v důsledku dalšího přiblížení styčných ploch 6 a 7.

· * · * * ·»«*«·* __♦ · · · · · « · · · · · · ···«*«· « * · _v

Na obr. 7 je znázorněn stav po zatížení nadlimitními silami kolmými k ose šroubu. Dochází k relativnímu pohybu mezi oběma spojovanými součástmi, avšak až při výrazně vyšším příčném zatížení, než u provedení podle stavu techniky. Styčné plochy 6 a 7 jsou stále v kontaktu, takže je mezi nimi stále udržována třecí síla. Na jedné straně výstupku 8 se zvětšuje výtlaček 9, který se přesouvá dále do vybrání 11. Jeho zvětšováním se zvětšuje plocha jeho styku s výstupkem 8, čímž dochází ke zmenšování měrného tlaku a tím ke zvýšení odporu proti pohybu. Výstupek 8 se nevysouvá z vytvořené dutiny, pouze ji rozšiřuje. Po určitém relativním pohybu se dostane výtlaček 9, který je na opačné straně výstupku 8, do kontaktu s ostrou hranou přechodu 13 mezi vybráním 11 a styčnou plochou 6. Díky ostré hraně a strmému úhlu a mezi stěnou 12 a styčnou plochou 6 nedochází k najetí výtlačku 9 na styčnou plochu 6, a tím k oddělování obou styčných ploch, ale výtlaček 9 se zde zasekne a taktéž tvarově blokuje relativní pohyb obou součástí. Styčné plochy 6 a 7 jsou tedy v neustálém kontaktu, při vhodně volených rozměrech vybrání 11 nedochází k jejich oddělení ani při překročení limitní síly kolmé k ose šroubu 3.

Průmyslová využitelnost

Šroubový nebo nýtový spoj podle vynálezu lze využít pro všechna spojení, u nichž je nutno pojistit spoj proti působení posuvných sil, kolmých k ose spojovacího prvku. Zejména je ho možné využít pro spojení hlavní nosné struktury vozidla s pomocnými rámy nebo s pružnými lůžky.

Claims (7)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Šroubový nebo nýtový spoj, spojující alespoň dvě součásti (1, 2), které na sebe dosedají svými styčnými plochami (6, 7), obklopujícími otvor (10) pro spojovací prvek (3), přičemž styčná plocha (6) první součásti (1) je opatřena alespoň jedním výstupkem (8), vyznačující se tím, že výstupek (8) je alespoň po části své délky z obou stran bezprostředně obklopen vybráními (11), která ho oddělují od styčné plochy (6).

2. Šroubový nebo nýtový spoj podle nároku 1, vyznačující se tím, že výstupky (8) mají tvar přímých hřebenů, rozprostírajících se radiálně směrem od otvoru (10) pro spojovací prvek (3).

3. Šroubový nebo nýtový spoj podle nároku 1, vyznačující se tím, že výstupek (8) má tvar kruhového hřebene, soustředného s otvorem (10) pro spojovací prvek (3).

4. Šroubový nebo nýtový spoj podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že přechod (13) vybráni (11) do styčné plochy (6) vykazuje ostrou hranu.

5. Šroubový nebo nýtový spoj podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výstupek (8) má v podstatě trojúhelníkový profil.

6. Šroubový nebo nýtový spoj podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že stěna (12) vybrání (11), která je odvrácená od výstupku (8), svírá se styčnou plochou (6) úhel (a) menší než 130°.

7. Šroubový nebo nýtový spoj podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že výška (v) výstupků (8) nad styčnou plochou (6) je v podstatě stejná jako hloubka (h) vybrání (11).