PL175695B1 - Zestaw śruby i klucza - Google Patents

Abstract

1. Zestaw sruby i klucza, zawierajacy srube z lbem i klucz, majace obwodowe powierzchnie usytuowane wzdluz zewne- trznego ich obrzeza i pary bocznych powie- rzchni, skierowanych od zewnetrznego obrzeza, do srodka obrotu lba i klucza, przy czym leb sruby i klucz maja co najmniej jedna powierzchnie oddzialywania usytuo- wana pomiedzy sasiednimi parami bocz nych powierzchni, znam ienny tym, ze powierzchnia oddzialywania (33, 133) lba sruby (30, 130) i powierzchnia oddzialywa- nia (3 4 , 134) klucza (32, 132) sklada sie z segmentów pierwszego (38, 138, 38c, 138c) i drugiego (39, 139, 39c, 139c), które sa nachylone wzgledem siebie tworzac kat wklesly od zewnetrznej strony lba (30, 130) i klucza (3 2 , 132). Fig . 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zestaw śruby i klucza.

Tego typu zestaw stanowi zarówno śruba mająca łeb z gniazdem i wgłębieniami oraz klucz z występami jak i śruba mająca na swojej powierzchni występy, zaś klucz mający w powierzchni gniazda.

Znane są zestawy śruby i klucze zawierające śrubę z łbem i klucz mające obwodowe powierzchnie usytuowane wzdłuż zewnętrznego ich obrzeża i pary bocznych powierzchni, skierowanych od zewnętrznego obrzeża do środka obrotu łba i klucza. Łeb śruby i klucz mają

175 695 co najmniej jedną powierzchnię oddziaływania usytuowaną pomiędzy sąsiednimi parami bocznych powierzchni. Powierzchnie oddziaływania stanowią powierzchnie styku zestawu śruby i klucza. Najczęściej stosowane są śruby, których łby mają kształt kwadratu, sześcianu, trójkąta, podwójnego kwadratu, podwójnego sześciokąta lub podwójnego trójkąta i śruby z łbami zawierającymi gniazdo o tym samym kształcie. Wszystkie te geometryczne figury jednak zawierają regularne wielokąty dla umożliwienia ich obsługi w dowolnym położeniu kątowym. We wszystkich znanych typach zestawów śruby i klucza, powierzchnie oddziaływania pomiędzy nimi, podczas napinania, nie należą do powierzchni ułożonych promieniowo i przechodzących przez oś obrotu śruby. Siła napinająca przekazywana z klucza do śruby, w wyniku przyłożenia momentu wkręcania lub ustawienia klucza dynamometrycznego, jest skierowana prostopadle do powierzchni oddziaływania w punkcie styku, podczas gdy użyteczna siła napinająca jest skierowana stycznie do okręgu mającego swój środek w osi śruby i przechodzącego przez punkt styku, to znaczy jest skierowana prostopadle do wymienionych promieniowych płaszczyzn. Im bardziej powierzchnia oddziaływania odchyla się od płaszczyzn ułożonych promieniowo, tym niższa jest użyteczna siła napinająca w porównaniu z przekazywaną siłą. W szczególności bardzo niska (rzędu 50%) jest sprawność przy napinaniu śrub z łbami sześciokątnymi lub śrub z gniazdami sześciokątnymi. Jest to wadą znanych ze stanu techniki zestawów śruby i klucza.

Dla zapobieżenia niskiej sprawności w tych zestawach mocujących, coraz częściej stosuje się śruby z rowkami poprzecznymi lub stosuje się śruby mające łby zawierające wiele (często sześć) ułożonych promieniowo występów lub gniazda z wgłębieniami, których powierzchnie oddziaływania są ułożone częściowo w ułożonych promieniowych płaszczyznach.

Śruby zawierające łby z wgłębieniami wymagają klucza mającego dopasowany kształt dla uzyskania wysokiej sprawności. Gdy brakuje takiego klucza, obsługa śrub jest bardzo trudna. Z tego powodu powierzchnie gniazd pomiędzy wgłębieniami lub zewnętrznymi powierzchniami występów łba z występami są takiego kształtu, że ich przekrój w płaszczyźnie prostopadłej do osi śruby jest regularnym wielokątem. Śruby te, w nagłych przypadkach, są obsługiwane za pomocą tradycyjnego klucza, na przykład sześciokątnego w przypadku śruby z sześcioma występami.

Ponadto, w wyniku luzu istniejącego pomiędzy kluczem i śrubą, gdy śruba z wgłębieniami jest obsługiwana wielokątnym kluczem istnieje ryzyko, że profil śruby z wgłębieniami śruby odkształca się u podstawy wgłębienia w wyniku zgniatania naroży, a następne wkładanie dopasowanego klucza jest utrudnione.

Zestaw śruby z łbem, według wynalazku, zawierający śrubę z łbem i klucz, mające obwodowe powierzchnie usytuowane wzdłuż zewnętrznego ich obrzeża i pary bocznych powierzchni, skierowanych od zewnętrznego obrzeża do środka obrotu łba i klucza, przy czym łeb śruby i klucz mają co najmniej jedną powierzchnię oddziaływania usytuowaną pomiędzy sąsiednimi parami bocznych powierzchni, charakteryzuje się tym, że powierzchnia oddziaływania łba śruby i powierzchnia oddziaływania klucza składa się z segmentów pierwszego i drugiego, które są nachylone względem siebie tworząc kąt wklęsły od zewnętrznej strony łba i klucza.

Korzystnie jest, gdy powierzchnia oddziaływania łba śruby tworzy wraz z jego powierzchnią obwodową i parami powierzchni bocznych gniazda z wgłębieniami w łbie śruby, zaś powierzchnia oddziaływania klucza tworzy wraz z powierzchnią obwodową i parami powierzchni bocznych występy na powierzchni klucza.

Korzystnie jest, gdy powierzchnia oddziaływania łba śruby tworzy wraz z jego powierzchnią obwodową i parami powierzchni bocznych występy na powierzchni łba śruby, zaś powierzchnia oddziaływania klucza tworzy wraz z powierzchnią obwodową i parami powierzchni bocznych gniazda w powierzchni klucza.

Korzystnie jest, gdy łeb śruby i klucz zawiera sześć par powierzchni bocznych, a segment pierwszy i drugi powierzchni oddziaływania tworzą między sobą kąt od 155° do 165°, a w szczególności kąt pomiędzy segmentem pierwszym i drugim wynosi 160°.

Korzystnie jest, gdy powierzchnie boczne są oddalone od siebie w parach o kąt od 18° do 22° względem osi obrotu łba śruby i klucza, a ponadto kąt oddalenia powierzchni bocznych w parach wynosi 20°.

175 695

Korzystnie jest, gdy każdy segment danej powierzchni oddziaływania jest ułożony w jednej płaszczyźnie z krawędzią utworzoną przez najbliżej ułożony segment sąsiadującej powierzchni oddziaływania i jednej powierzchni bocznej.

Korzystnie jest, gdy odległość pomiędzy wierzchołkami kąta wklęsłego jest równa nominalnej wielkości standardowych kluczy sześciokątnych.

Zaletą zestawu śruby z łbemjestjego wysoka sprawność, czyli maksymalne wykorzystanie przyłożonej siły napinającej lub odbierającej śrubę bez ryzyka odkształcenia naroży powierzchni oddziaływania łba śruby i klucza. Odpowiedni dobór wartości kąta nachylenia segmentów powierzchni oddziaływania (powierzchni styku łba i klucza), a przez to wartości kąta a, utworzonego pomiędzy kierunkiem stycznym do okręgu przechodzącego przez punkt przyłożenia siły napinającej i segmentu powierzchni oddziaływania łba z kluczem pozwala na maksymalne wykorzystanie wielkości siły potrzebnej do odkręcenia i zakręcenia śruby. Dalszą zaletą zestawu śruby i klucza według wynalazku jest zapewnienie możliwości wykorzystania do jej obsługi klucza o kształcie znanym ze stanu techniki (jeśli zaistnieje taka konieczność), z jednoczesną większą sprawnością niż w przypadku użycia go dla śruby znanego typu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w widoku z góry śrubę z łbem zawierającą gniazdo z wgłębieniami oraz rozkład sił wzajemnego oddziaływania pomiędzy kluczem i śrubą, a fig. 2 - w widoku z góry, śrubę z łbem zawierającą występy i odpowiedni klucz.

Na figurze 1 przedstawiono śrubę mającą łeb z gniazdem 31 z wgłębieniami. Do łba śruby 30 jest dopasowany klucz 32 o profilu 34 z usytuowanymi promieniowo występami.

W tym przykładzie wykonania łeb śruby 39 zawiera sześć wgłębień 37.

Powierzchnia oddziaływania 33 zestawu śruby 30 z kluczem 32, stanowiąca powierzchnię ich styku, tworzy wraz z powierzchniami obwodowymi 37’ i parami powierzchni bocznych 35, 36 gniazdo z wgłębieniami 37 w łbie śruby 30 oraz występy 37 na powierzchni klucza 32. Powierzchnie boczne są ułożone w przybliżeniu wzdłuż promienia łba i dlatego kąt z kierunkiem stycznym, w punkcie przyłożenia siły F jest prawie równy 90°. Dlatego wartość napinającej siły użytecznej jest zbliżona do wartości siły przekazywanej przez klucz, przy sprawności zbliżonej do 100%.

Powierzchnia oddziaływania 33 łba śruby 30 i powierzchnia oddziaływania 34 klucza 32 pomiędzy każdą parą sąsiednich wgłębień 37 składa się z segmentów pierwszego 38 i drugiego 39, które są nachylone względem siebie tworzą kąt β zawarty pomiędzy 155° i 165°, korzystnie wynosi 160°. Odpowiednim współpracującym z łbem śruby 30 częściom klucza 32 są przyporządkowane takie same oznaczenia liczbowe jak częściom śruby 30, lecz mające na końcu literę c. Dlatego klucz ma występy 37c, rozdzielone przez segment pierwszy 38c i drugi 39c. Wielkość segmentu pierwszego 38 i drugiego łba śruby 30 jest zależna od wartości 39, kąta zawartego pomiędzy nimi. Przedłużenie każdego segmentu pierwszego 38 poza krawędź naroża utworzonego z przyległym segmentem drugim 39 przecina krawędź utworzoną przez najbliżej ułożony segment pierwszy 38 sąsiadującej powierzchni oddziaływania 33 i jednej powierzchni bocznej 35.

Jak lustrzane odbicie, przedłużenie każdego segmentu drugiego 39 poza krawędź naroża utworzonego z przyległym segmentem pierwszym 38 przecina krawędź utworzoną przez najbliżej ułożony segment drugi 39 sąsiadującej powierzchni 33 i jednej powierzchni bocznej 36.

Każdy segment 38, 39 tej pary jest ułożony w jednej płaszczyźnie z krawędzią wyżej opisaną, jak to przedstawiono za pomocą linii przerywanych na fig. 1.

Kształt śruby 30 umożliwia użycie w nagłym przypadku wielokątnego klucza 40 przedstawionego w zarysie na fig. 1, za pomocą linii punktowych, w położeniu napinania i za pomocą linii kreskowych, w położeniu odkręcania. Im bardziej segment pierwszy 38 i drugi 39 są nachylone do kierunku stycznego w punkcie przyłożenia siły F, tym większa jest sprawność momentu wkręcania. Dlatego przy projektowaniu kształtu śruby należy dążyć do zwiększania pochylenia segmentów dla zwiększania sprawności.

Zbyt duży kąt pomiędzy segmentami 38, 39 przesuwa punkt przecięcia przedłużenia każdego segmentu z krawędzią utworzoną przez najbliżej ułożony segment sąsiadującej powierzchni oddziaływania i jednej powierzchni bocznej, co w rezultacie powoduje zbyt duże

175 695 zmniejszenie powierzchni sprzężenia zawierającej pary segmentów, a tym samym zwiększy się jednostkowe obciążenie, które uszkodzi zestaw śruby i klucza. Nachylenie segmentów 38, 39 umożliwia osiągnięcie dostatecznie wysokiej sprawności i jednocześnie utrzymywanie odpowiedniej powierzchni oddziaływania pomiędzy kluczem 40 i śrubą 30.

Kąt p zawarty pomiędzy segmentami 38, 39 ma wartość 160° i jest większy o okoł 10° od kąta pochylenia powierzchni standardowego sześciokątnego gniazda. Zapewnia on odległość § pomiędzy wierzchołkami kąta wklęsłego, równą nominalnej wielkości standardowych kluczy sześciokątnych. Różnica pomiędzy wielkością S i odpowiadającą jej wielkością dla standardowych kluczy wynosi 0,07 - 0,7.5 mm.

Sześciokątny klucz pracuje wtedy swoją powierzchnią (a nie swoimi narożami) na całej powierzchni segmentów 38 lub 39 śruby 30. Zapobiega to dużej koncentracji obciążeń na małych obszarach klucza 32 i śruby 30.

Dla śrub z łbem zawierających gniazda z wgłębieniami zaleca się, aby ze względu na odporność na naprężenia, kąt środkowy pomiędzy segmentem pierwszym i drugim, na które działa dopasowany do nich wielokątny klucz, był w przybliżeniu równy kątowi leżącemu naprzeciwko każdego wgłębienia 37. Ponieważ powierzchnie oddziaływania 33 są w każdej chwili obciążone, tak że kąty środkowe leżące naprzeciwko każdego wgłębienia 37 i każdego z segmentów 38,39 mają podobne amplitudy obciążenia. Powierzchnie boczne 35,36 są oddalone od siebie w parach o kąt od 18° do 22° względem osi obrotu łba śruby 30 i klucza 32. Przedłużenie segmentów 38, 39 i ich wzajemne pochylenie są określone, a wielkość bocznych powierzchni 35, 36 wgłębień 37 jest w konsekwencji określona, ponieważ zewnętrzna średnica D gniazda jest ustalona przez normy i stanowi 1,3 -1,4 raza wielkości 8 klucza sześciokątnego.

Śruba z łbem z sześciokątnym gniazdem z wgłębieniami, według wynalazku, ma kąt wklęsły pomiędzy każdą parą segmentów 38,39 w kierunku na zewnątrz śruby. Kąt taki zawarty jest pomiędzy 155° i 165°, korzystnie wynosi 160°, co oznacza, że w porównaniu z gniazdem sześciokątnym z wgłębieniami standardowej śruby, segmenty jej są bardziej nachylone do kierunku stycznego o około 7,5 - 12,5°, a kąt α dlatego ma wartość 37,5 - 42,5°.

W oparciu o wzór

Fu = F x sin α siła, jaka jest użyta przy działaniu klucza sześciokątnego umieszczonego wewnątrz gniazda śruby, według wynalazku, zmienia się pomiędzy 61% i 68% siły przekazywanej do śruby. Dlatego sprawność tu jest większa o 22-36% od zwykłej sprawności, zestawu sześciokątnego klucza z sześciokątną śrubą. Siła taka jest ponadto przyłożona na dużo większej powierzchni oddziaływania, zmniejszając w ten sposób znacznie ryzyko pęknięć lub trwałych odkształceń.

Śruba, według wynalazku, ma gniazdo z wgłębieniami i nadaje się do obsługiwania kluczem o dopasowanym profilu, który zapewnia maksymalną sprawność zestawowi śruby z kluczem jak i tradycyjnym kluczem wielokątnym, który zapewnia sprawność wyższą niż w zestawie znanego typu śruby z wgłębieniami z kluczem.

Inny przykład, stanowi zestaw śruby z kluczem, w którym śruba ma łeb z występami, zaś klucz ma ukształtowane gniazdo z wgłębieniami (fig. 2). Rozmiary i cechy konstrukcyjne pozostają niezmienione. Dla jasności, przy przedstawieniu takiego przykładu wykonania, zgodnie z fig. 2, podobnym lub odpowiadającym elementom nadano takie same oznaczenia liczbowe, jak na fig. 1, lecz zwiększone o 100. Na fig. 2 śruba 130 ma łeb z występami 131, i jest umieszczona w odpowiednio dopasowanym kluczu 132 mającym powierzchnię oddziaływania 134. Łeb z występami 131 ma powierzchnię oddziaływania 133, która tworzy wraz z powierzchniami obwodowymi 137’ i parami powierzchni bocznych 135, 136 występy 137 na powierzchni łba śruby 130 i gniazda w powierzchni klucza 132. Powierzchnie oddziaływania 133 śruby klucza 134 składają się z segmentów pierwszego 138 i drugiego 139. Główne części klucza dopasowanego do łba śruby są zaznaczone tymi samymi oznaczeniami liczbowymi z literą c na końcu. Dlatego klucz 132 ma wgłębienia 137c oddzielone nachylonymi względem siebie segmentami 138c i 139c.

175 695

W przykładzie wykonaniaprzedstawionymnafig. 1 użyteczna siła napinającajest zbliżona do siły przekazywanej przez klucz i jego sprawność wynosi około 100%.

W przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 2 klucz jest kluczem ręcznym lub napędzanym mechanicznie, typu prostokątnego (Allen) lub typu oczkowego itp.

Ponieważ klucze są dostosowane do łbów śruby, więc oczywistym jest, że powyżej podane kształty i różne wartości kątów dla powierzchni łba obowiązują także przy dopasowanym kluczu.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zl

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zestaw śruby i klucza, zawierający śrubę z łbem i klucz, mające obwodowe powierzchnie usytuowane wzdłuż zewnętrznego ich obrzeża i pary bocznych powierzchni, skierowanych od zewnętrznego obrzeża, do środka obrotu łba i klucza, przy czym łeb śruby i klucz mają co najmniej jedną powierzchnię oddziaływania usytuowaną pomiędzy sąsiednimi parami bocznych powierzchni, znamienny tym, że powierzchnia oddziaływania (33,133) łba śruby (30, 130) i powierzchnia oddziaływania (34,134) klucza (32, 132) składa się z segmentów pierwszego (38,

   138, 38c, 138c) i drugiego (39,139, 39c, 139c), które są nachylone względem siebie tworząc kąt wklęsły od zewnętrznej strony łba (30,130) i klucza (32,132).
2. 2. Zestaw według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia oddziaływania (33) łba śruby (30) tworzy wraz z jego powierzchnią obwodową (37') i parami powierzchni bocznych (35,36) gniazda z wgłębieniami (37) w łbie śruby (30), zaś powierzchnia oddziaływania (34) klucza (32) tworzy wraz z powierzchnią obwodową (37c) i parami powierzchni bocznych (35,36) występy (37) na powierzchni klucza (32).
3. 3. Zestaw według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia oddziaływania (133) łba śruby (130) tworzy wraz z jego powierzchnią obwodową (137) i parami powierzchni bocznych (135, 136) występy na powierzchni łba śruby (130), zaś powierzchnia oddziaływania (134) klucza (132) tworzy wraz z powierzchnią obwodową (137c) i parami powierzchni bocznych (135, 136) gniazda w powierzchni klucza (132).
4. 4. Zestaw według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że łeb śruby (30,130) i klucz (32,132) zawiera sześć par powierzchni bocznych (35,36,135, 136), a segment pierwszy (38,138, 38c, 138c) i drugi (39,139,39c, 139c) powierzchni oddziaływania (33,133,34,134) tworzą między sobą kąt w zakresie od 155° do 165°.
5. 5. Zestaw według zastrz. 4, znamienny tym, że kąt pomiędzy segmentem pierwszym (38, 138,38c, 138c) i drugim (39,139,39c, 139c) wynosi 160°.
6. 6. Zestaw według zastrz. 4, znamienny tym, że powierzchnie boczne (35, 36,135,136) są oddalone od siebie w parach o kąt od 18° do 22° względem osi obrotu łba śruby (30,130) i klucza (32,132).
7. 7. Zestaw według zastrz. 6, znamienny tym, że kąt oddalenia powierzchni bocznych (35, 36,135,136) w parach wynosi 20°.
8. 8. Zestaw według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy segment (38, 138, 38c, 138c), (39, 13!^, 39c, 139c) danej powierzchni oddziaływania (37, 33,133,34,134) jest ułożony w jednej płaszczyźnie z krawędzią utworzoną przez najbliżej ułożony segment (3J^, 138,38c, 138c), (39,

   139, 39c, 139c) sąsiadującej powierzchni oddziaływania (3-^, 133,34,134) i jednej powierzchni bocznej (35,135), (36,136).
9. 9. Zestaw według zastrz. 2, znamienny tym, że odległość (S) pomiędzy wierzchołkami kąta wklęsłego jest równa nominalnej wielkości standardowych kluczy sześciokątnych.