RU1807755C

RU1807755C - Threaded joint

Info

Publication number: RU1807755C
Authority: RU
Inventors: И.Л. Сосульников; И.Я. Катырев; В.И. Абрамов
Original assignee: Сосульников Игорь Леонидович; Катырев Игорь Яковлевич; Абрамов Валерий Иванович
Priority date: 1990-01-15
Filing date: 1990-01-15
Publication date: 1995-01-09

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: threaded joint has bolt with a groove between cylindric and threaded parts from the side of head and nut. The thread on the bolt is conical. The cone points in the direction of bearing face of the nut. The length of the threaded part is (0.6-0.65)d; the height of the nut is (1.2-1.3)d; and average diameter of the thread is constant over the whole length. Strength of the nut is 1.1-1.2 times larger than strength of the bolt. In addition radius of hollows of the bolt thread is equal to (0.14-0.18)S. Radial groove of the bolt has radius of (1.5-1.8)S, width of (2.2-2)S, and diameter of (d-2.2S). The side surface of the nut is made with cylindrical parts from the side of faces. The parts is conjugated with a surface for wrench by a radius. The radius is equal to (0.14-0.16)d. Outer diameter of the cylindrical parts is equal to (1.3-1.4)d. The height of the cylindrical part at the bearing face of the nut is equal to (0.25-0.3)d, where d is outer diameter of the bolt thread, and S is the thread pitch. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к резьбовым соединениям, предназначенным преимущественно для использования в авиационной и космической технике, где они работают на растяжение при повторных нагружениях. The invention relates to threaded joints intended primarily for use in aeronautical and space technology, where they operate in tension under repeated loading.

Цель изобретения - повышение усталостной долговечности путем создания переменной площади контактной поверхности между витками резьбы болта и гайки. The purpose of the invention is to increase fatigue life by creating a variable contact surface area between the threads of the bolt and nut.

Для достижения этого в резьбовом соединении, содержащем резьбовые детали (болт и гайку), на одной из которых витки резьбы выполнены со срезом на конус на участке резьбы у опорного витка, а средний диаметр резьбы другой резьбовой детали выполнен постоянным по всей длине нарезки, согласно изобретению, упомянутый участок резьбы у опорного витка со срезом витков на конус выполнен на болте, а длина указанного участка равна (0,6-0,65) d, при этом гайка выполнена высотой (1,2-1,3)d, где d-наружный диаметр резьбы болта, причем прочность материала гайки в 1,1-1,2 раза больше прочности материала болта. Для обеспечения стабильности повышения долговечности радиус впадин резьбы болта R = (0,144-0,180) S, ширина (2,-2,2)S, где S - шаг резьбы и диаметр по ГОСТ 10549-69. Для обеспечения равнопрочности соединения посадочное место под ключ размещено на наружной боковой поверхности гайки на расстоянии (0,25-0,3)d от опорной поверхности последней и протяженностью (0,6-0,65)d, а наружный диаметр цилиндрической гайки равен (1,3-1,4)d, при этом переходный участок боковой поверхности гайки от шестигранника к цилиндру выполнен радиусом, равным (0,14-0,16)d. Кроме того, для оптимальной фиксации гайки по длине свинчивания резьбовое соединение снабжено шайбой, выполненной толщиной (2-2,5)S, а материал шайбы должен обеспечивать смятие по опорной поверхности с запасом прочности

≥ 1,2
Переменная площадь контактной поверхности между витками резьбы болта и гайки в зоне наибольших удельных давлений вследствие повышенной упругой податливости витков резьбы гайки не в состоянии передать большую нагрузку, поэтому вступают в работу более жесткие витки резьбы, расположенные дальше от опорной поверхности гайки, и имеющие большую площадь контактной поверхности. Таким образом, нагрузка перераспределяется на большее число витков резьбы, понижаются высокие удельные давления, имеющие место в стандартном резьбовом соединении. Более равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы благоприятно сказывается на стабильности затяжки резьбового соединения. Затяжка практически не изменяется в зависимости от увеличения количества циклов нагружения. В стандартном резьбовом соединении с увеличением количества циклов нагружения затяжка значительно снижается.To achieve this, in a threaded connection containing threaded parts (bolt and nut), on one of which the thread turns are cut with a cone in the thread at the support turn, and the average thread diameter of the other thread part is made constant along the entire length of the thread, according to the invention , the aforementioned thread section at the support turn with a cut of turns on a cone is made on a bolt, and the length of the specified section is equal to (0.6-0.65) d, while the nut is made of a height of (1.2-1.3) d, where d the detectable diameter of the thread of the bolt, and the strength of the nut material is 1.1-1.2 aza greater strength of the bolt material. To ensure stability of increasing durability, the radius of the grooves of the thread of the bolt is R = (0.144-0.180) S, the width is (2, -2.2) S, where S is the thread pitch and diameter according to GOST 10549-69. To ensure equal strength of the connection, a turnkey seat is placed on the outer side surface of the nut at a distance of (0.25-0.3) d from the supporting surface of the nut and a length of (0.6-0.65) d, and the outer diameter of the cylindrical nut is ( 1.3-1.4) d, while the transitional section of the side surface of the nut from the hexagon to the cylinder is made with a radius equal to (0.14-0.16) d. In addition, for optimal fixation of the nut along the screwing length, the threaded connection is equipped with a washer made with a thickness of (2-2.5) S, and the washer material should provide crushing along the supporting surface with a margin of safety

≥ 1.2
The variable contact surface area between the threads of the bolt and nut in the zone of the highest specific pressures due to the increased elastic compliance of the threads of the nut is not able to transfer a large load, therefore, stiffer threads of the threads located further from the supporting surface of the nut and having a large contact area surface. Thus, the load is redistributed to a larger number of threads, and the high specific pressures occurring in a standard threaded joint are reduced. A more uniform distribution of the load along the threads turns favorably on the stability of the tightening of the threaded connection. The tightening practically does not change depending on the increase in the number of loading cycles. In a standard threaded connection, with an increase in the number of loading cycles, the tightening is significantly reduced.

Более равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы и стабильность затяжки в несколько раз повышают усталостную долговечность резьбового соединения относительно стандартного. A more uniform load distribution over the threads and a tightening stability several times increase the fatigue life of the threaded joint relative to the standard.

На фиг.1 изображено предлагаемое резьбовое соединение: на фиг.2 - сравнительное распределение нагрузки по виткам резьбы; на фиг.3 - сравнительное изменение затяжки от числа циклов нагружения. In Fig.1 shows the proposed threaded connection: in Fig.2 - a comparative distribution of the load along the threads; figure 3 is a comparative change in tightening on the number of loading cycles.

Резьбовое соединение установлено в пакете 1 и содержит болт 2, гайку 3 и шайбу 4. Для повышения усталостной долговечности путем создания переменной площади контактной поверхности между витками резьбы болта и гайки болт 2 выполнен с гладкой цилиндрической поверхностью 5, входящей в пакет 1, с примыкающей к ней радиусной проточкой 6, а также с конической поверхностью 7, т.е. имеющей участок резьбы со срезом витков на конус на резьбовом участке 8. Причем коническая поверхность 7 обращена меньшим диаметром к проточке 6, а длина ее равна (0,6-0,65)d, где d - наружный диаметр резьбы болта. Резьба выполнена по стандарту ОСТ 1.00105-81 с закругленной впадиной. Коническая поверхность 7 имеет меньший диаметр, равный внутреннему диаметру резьбы, а наружный диаметр равен наружному диаметру резьбы болта. The threaded connection is installed in the package 1 and contains a bolt 2, a nut 3 and a washer 4. To increase the fatigue life by creating a variable contact surface area between the threads of the thread of the bolt and nut, the bolt 2 is made with a smooth cylindrical surface 5 included in the package 1, adjacent to radial groove 6, as well as with a conical surface 7, i.e. having a thread section with a cut of coils on a cone on the threaded section 8. Moreover, the conical surface 7 faces a smaller diameter to the groove 6, and its length is (0.6-0.65) d, where d is the outer diameter of the thread of the bolt. The thread is made according to the standard OST 1.00105-81 with a rounded cavity. The conical surface 7 has a smaller diameter equal to the inner diameter of the thread, and the outer diameter is equal to the outer diameter of the thread of the bolt.

Выбранная высота гайки 3 и смещение посадочного места 9 под ключ дает возможность совместить середину максимальной жесткости гайки с максимальной нагрузкой на витке, что дает повышение усталостной долговечности резьбового соединения, приблизительное перераспределение нагрузки по виткам резьбы (см. фиг. 2). Для этой же цели материал гайки 3 задается прочнее в 1,1-1,2 материала болта. The selected height of the nut 3 and the offset of the turnkey seat 9 makes it possible to combine the middle of the maximum rigidity of the nut with the maximum load on the turn, which gives an increase in the fatigue life of the threaded joint, an approximate load redistribution along the threads (see Fig. 2). For the same purpose, the nut 3 material is set stronger in 1.1-1.2 bolt material.

Обеспечение оптимального положения гайки 3 по длине свинчивания с болтом 2 производится подбором толщины шайбы 4, толщина которой находится в пределах 2-2,5 шага резьбы, а материал должен обеспечивать смятие по опорной поверхности гайки 3 с запасом прочности не менее 1,2, т.е.

≥ 1,2
Кроме того, усталостная долговечность данного резьбового соединения по сравнению со стандартным увеличивается также за счет сохранения затяжки. Затяжки практически не изменяется при увеличении количества циклов нагружения (см.фиг.3).Ensuring the optimal position of the nut 3 along the length of screwing with the bolt 2 is made by selecting the thickness of the washer 4, the thickness of which is within 2-2.5 of the thread pitch, and the material should provide crushing along the supporting surface of the nut 3 with a safety factor of at least 1.2, t .e.

≥ 1.2
In addition, the fatigue life of this threaded joint compared with the standard increases also due to the preservation of the tightening. Tightening practically does not change with an increase in the number of loading cycles (see Fig. 3).

В работе предлагаемое резьбовое соединение проявляет себя следующим образом. Выполнение высоты профиля резьбы болта на части участка свинчивания переменной с обратной конусностью, переходящей в цилиндрическую при постоянной высоте профиля резьбы в гайке, перераспределяет нагрузку по виткам резьбы всего резьбового соединения. При этом максимальная нагрузка на виток уменьшается почти в два раза. Удалось значительно загрузить ранее незагруженные витки. Контактна поверхность между витками резьбы болта и гайки увеличивается от нуля по опорной поверхности гайки до максимальной на длине свинчивания, равной (0,6-0,65)d, от опорной поверхности гайки. При этом контакт начинается между наиболее жесткой нижней частью витка болта и менее жесткой вершиной витка гайки. Благодаря этому витки гайки деформируются и не могут полностью воспринимать нагрузку. Поэтому вступают в работу следующие витки, расположенные дальше от опорной поверхности гайки, где жесткости витков резьбы болта и гайки выравниваются. In the work of the proposed threaded connection manifests itself as follows. Performing the height of the thread profile of the bolt on a part of the screwed-up variable screwing portion turning into cylindrical at a constant height of the thread profile in the nut redistributes the load along the threads of the entire threaded connection. In this case, the maximum load on the coil is almost halved. It was possible to significantly load previously unloaded turns. The contact surface between the threads of the bolt and nut increases from zero along the bearing surface of the nut to a maximum on the screwing length equal to (0.6-0.65) d from the bearing surface of the nut. In this case, contact begins between the most rigid lower part of the turn of the bolt and the less rigid top of the turn of the nut. Due to this, the turns of the nut are deformed and cannot fully absorb the load. Therefore, the following turns come into operation, located further from the supporting surface of the nut, where the stiffness of the threads of the thread of the bolt and nut are aligned.

Высота гайки Н = (1,2-1,3)d выбрана оптимальной по массе, согласно проведенным испытаниям. Меньшая высота, например H= 0,8d, уменьшает долговечность резьбового соединения почти в два раза, большая высота снижает несколько нагрузки на витки, но несущественно. Толщина шайбы выбрана так, чтобы фиксировалось оптимальное положение гайки по резьбе болта, т.е. витки болта с наибольшей нагрузкой совмещались с серединой наибольшей жесткости гайки. The height of the nut H = (1.2-1.3) d is selected as the optimum weight, according to the tests. A smaller height, for example, H = 0.8d, reduces the durability of the threaded connection by almost half, a large height reduces several load on the turns, but not significantly. The thickness of the washer is selected so that the optimal position of the nut along the thread of the bolt is fixed, i.e. the turns of the bolt with the highest load were combined with the middle of the greatest stiffness of the nut.

Проведены сравнительные испытания стандартного резьбового соединения и предлагаемого на повторные нагрузки по методике ОСТ 1.00152-74. Comparative tests of a standard threaded joint and proposed for repeated loads by the method of OST 1.00152-74 are carried out.

При высокой степени нагружения Р = =0,6 Ррр. Р = 035 Ррр. материале болтов 13х15Н4АМЗ долговечность предложенного резьбового соединения больше чем в четыре раза относительно стандартного. При снижении нагрузки σ_а в 1,5 раза долговечность увеличивается более чем в десять раз. Перераспределение нагрузки между витками благоприятно влияет на момент затяжки. Затяжка резьбового соединения практически не зависит от числа циклов нагружения (см. фиг. 3). Кроме того, обратная конусность резьбы болта снижает осевое усилие при накатке резьбы. Например, для болта ⌀ 16 мм из материала 13х15Н4АМ3-Ш для накатывания резьбы длиной 10 мм необходимо осевое усилие: по отраслевому стандарту 5500-6000 кгс; по предложенному 1500-1600 кгс. При этом стойкость инструмента, изготовленного из стали Х12М, повышается в 3-4 раза.With a high degree of loading, P = 0.6 Rrr. P = 035 RRR. material bolts 13h15N4AMZ durability of the proposed threaded connections more than four times relative to standard. With a decrease in the load σ _{a by} 1.5 times, the durability increases by more than ten times. The redistribution of the load between the turns favorably affects the tightening torque. The tightening of the threaded connection is practically independent of the number of loading cycles (see Fig. 3). In addition, the reverse taper of the thread of the bolt reduces the axial force when rolling the thread. For example, for a bolt ⌀ 16 mm from material 13x15H4AM3-Sh, for rolling a thread 10 mm long, axial force is required: according to the industry standard 5500-6000 kgf; according to the proposed 1500-1600 kgf. At the same time, the durability of a tool made of X12M steel increases 3-4 times.

Повышение надежности резьбового соединения в 4-10 и более раз обеспечивает работу агрегата, в котором оно установлено, без ремонтов и простоев, практически на весь срок его эксплуатации. Increasing the reliability of the threaded connection by 4-10 or more times ensures the operation of the unit in which it is installed, without repairs and downtime, for almost the entire period of its operation.

Claims

1. THREADED CONNECTION containing fasteners, a bolt with a radial groove between the cylindrical and threaded sections on the head side and the nut, on one fastening element, the thread is cut with a cone into the direction of the nut end face, and the average thread diameter of the other fastener is made constant the entire length, characterized in that, in order to increase fatigue life by creating a variable contact area of the threaded turns of the connection, the thread is cut with a cone on the bolt, and the length of the aforementioned o the threaded section is (0.6 - 0.65) D, the height of the nut is (1.2 - 1.3) D, where D is the outer diameter of the thread of the bolt, and the strength of the nut material is 1.1 - 1.2 times more strength bolt material.

2. The compound according to claim 1, characterized in that the radius of the grooves of the thread of the bolt is (0.144 - 0.180) S, and the radial groove of the bolt is made with a radius of (1.5 - 1.8) S, width (2.2 - 2) S and diameter (D -2.2 S), where S is the thread pitch.

3. The connection according to claims 1 and 2, characterized in that, in order to reduce the material consumption of the nut and ensure equal strength of the connection, the lateral surface of the nut from the ends is made with cylindrical sections mating with the turnkey surface in a radius equal to (0.14 - 0.16) d, the outer diameter of the cylindrical sections is (1.3 - 1.4) D, and the height of the cylindrical section at the supporting end of the nut is (0.25 - 0.3) d.