RU2115035C1

RU2115035C1 - Bolt

Info

Publication number: RU2115035C1
Application number: RU96101627A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Стрелков; З.И. Димитров; А.М. Ширин; М.Г. Болдырев; В.Ф. Нагайцев; П.В. Нагайцев; М.Ф. Кунаков
Original assignee: Малая научная фирма "Потенциал"; Муниципальное предприятие "РЕМСТРОЙБЛАГОУСТРОЙСТВО"
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1998-07-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: bolt has auxiliary members with whose help self-locking of threaded joint may be ensured, for example, riffles with negative cutting of chips, coat which is dry film lubricant between friction surfaces and surfaces to be hardened, blind slot (slots) at end of threaded axle for auxiliary bending of drill in micrometric range and distribution of contact working surface of turns of thread to avoid transfer of twisting and bending loads on entire length of bolt. Bolts has other advantages in self-locking due to delivery of thermal energy to area of active threaded surface at moment of self-locking. EFFECT: enhanced reliability and extended range of technological capabilities. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для резьбовых элементов, работающих в условиях знакопеременных нагружений и значительных вибраций. The invention relates to the field of engineering and is intended for threaded elements operating in alternating loads and significant vibrations.

Аналог, БИ N 40 от 30.10.92 - [1], предусматривает наличие вспомогательной шайбы между торцем головки болта и сопрягаемой с ним поверхностью заготовки. The analogue, BI N 40 from 10.30.92 - [1], provides for the presence of an auxiliary washer between the end of the bolt head and the workpiece surface mating with it.

Прототип [2] предопределяет фрикционное торможение от отвинчивания головки болта относительно сопрягаемой с ним поверхности заготовки. The prototype [2] determines frictional braking from unscrewing the head of the bolt relative to the mating surface of the workpiece.

К недостаткам прототипа [2] следует отнести: однородность металлов заготовки и болта, а также их равную исходную прочность; сложность изготовления криволинейных поверхностей замковой части выступов под головкой болта; опережающее упрочнение контактной поверхности под головкой болта, которое предопределяет затупление и неэффективность врезания неупрочненных без надлежащей геометрии режущих клиньев; упругость криволинейного выступа, создающая возможность упрочнения кольцевой дорожки при завинчивании болта в резьбовом отверстии изделия; спектр фрикционного контакта упругого клина, не имеющий постоянных значений, отчего его роль значительно уменьшается и не превалирует; при раскручивании головки болта осуществляется повторное упрочнение контактной кольцевой дорожки под опорными поверхностями упругих выступов головки болта с перечисленными выше факторами, указывающими на отсутствие эффективного механического врезания выступов головки болта в контактную поверхность изделия. The disadvantages of the prototype [2] include: the uniformity of the metal of the workpiece and bolt, as well as their equal initial strength; the complexity of manufacturing the curved surfaces of the locking part of the protrusions under the head of the bolt; anticipatory hardening of the contact surface under the head of the bolt, which determines the blunting and inefficiency of cutting in unstrengthened cutting wedges without proper geometry; the elasticity of the curved protrusion, creating the possibility of hardening the annular track when tightening the bolt in the threaded hole of the product; a frictional contact spectrum of an elastic wedge that does not have constant values, which is why its role is significantly reduced and does not prevail; when the bolt head is untwisted, the contact annular track is reinforced under the supporting surfaces of the elastic protrusions of the bolt head with the above factors indicating the absence of effective mechanical cutting of the protrusions of the bolt head into the contact surface of the product.

Цель изобретения - повышение надежности резьбового соединения за счет расширения функциональных возможностей выступов, фиксирующих болт от раскручивания в осевом и радиальном направлениях. The purpose of the invention is to increase the reliability of the threaded connection by expanding the functionality of the protrusions that fix the bolt from unscrewing in the axial and radial directions.

Это достигается тем, что болт, содержащий многогранную головку, снабженную выступами со стороны торцовой контактной поверхности изделия, буртик, соединяющий ее с соосно расположенным резьбоцилиндрическим стержнем, а также рабочие фаски и маркировку на головке болта, отличающийся тем, что головка болта имеет галтельный переход к фланцу, имеющему скругления по внешней части периферии, цилиндрическое глухое отверстие с торца, а со стороны рабочего торца фланцевой поверхности - рифления, рассматриваемые в развертке в виде клина резцового элемента с отрицательным передним углом и обратной схемой резания, при этом сечение канавки между рифлениями превышает текущее сечение объема срезаемого материала в пределах изменения и перехода упругого состояния стружки в твердое, непосредственно при фиксации головки болта с поверхностью изделия, а форма замкнутой поверхности резьбового профиля по периферии представляет из себя конус, увеличивающийся по диаметральному сечению от головки болта, при этом на нижней части головки болта имеются выступы в виде режущих клиновых рифлений, служащих для запирания слоя стружки относительно микрометрических неровностей на поверхности изделия, служащей для взаимодействия с болтом, при этом главная отрицательная поверхность выступов рифлений выполнена со слоем из оксида алюминия толщиной не менее

.This is achieved by the fact that a bolt containing a multifaceted head, provided with protrusions on the side of the end contact surface of the product, a flange connecting it with a coaxially located thread-cylinder rod, as well as working chamfers and markings on the bolt head, characterized in that the bolt head has a fillet transition to a flange having roundings on the outer periphery, a cylindrical blind hole from the end, and from the side of the working end of the flange surface - corrugations, considered in the development in the form of a wedge of the cutting edge a negative rake angle and a reverse cutting pattern, while the groove section between the corrugations exceeds the current cross-section of the volume of the material being cut within the limits of the change and transition of the elastic state of the chip to solid, directly when the bolt head is fixed to the surface of the product, and the shape of the closed surface of the threaded profile is at the periphery is a cone, increasing in diametrical section from the bolt head, while on the lower part of the bolt head there are protrusions in the form of cutting wedge corrugations, with uzhaschih for locking the chip layer relative micrometric roughness on the product surface serving to interact with the bolt, the main negative surface corrugations protrusions formed with a layer of aluminum oxide of thickness not less than

.

Болт по п. 1, отличающийся тем, что на конце резьбового профиля, как минимум на длине трех шагов резьбового профиля, выполнены надрезы, образующие зубчики с отрицательным передним углом и криволинейной задней поверхностью, при этом число зубчиков в радиальном направлении относительно поворотной оси выбрано не менее трех, расположенных к оси вращения под неравными углами между собой, а вершины режущих зубьев имеют зону заострения в направлении оси симметрии резьбового профиля, образуемого винтовой спиралью и рассматриваемого к индивидуальной вершине каждого зубчика в направлении вектора, касательного к упомянутой спирали, при этом глубина надрезов зубчиков, расположенных по нормали к упомянутому вектору, не превышает глубины основного резьбового профиля. The bolt according to claim 1, characterized in that at the end of the threaded profile, at least at the length of the three steps of the threaded profile, cuts are made forming teeth with a negative rake angle and a curved rear surface, while the number of teeth in the radial direction relative to the rotary axis is not selected less than three, located to the axis of rotation at unequal angles between each other, and the tops of the cutting teeth have a sharpening zone in the direction of the axis of symmetry of the threaded profile formed by a helical spiral and viewed towards the individual at the top of each tooth in the direction of the vector tangent to the spiral, and the depth of the notches of the teeth located normal to the said vector does not exceed the depth of the main threaded profile.

Болт по п. 1 имеет углубление на торце многогранника для взаимодействия с токоподводящим устройством, используемым непосредственно при стопорении болта, причем маркировка в углублении головки болта выполняется электрографическим или механическим путем, обеспечивающим сохранение токоподводящего контактного слоя макрометрической поверхности, образуемого дном углубления в головке болта. The bolt according to claim 1 has a recess at the end of the polyhedron for interacting with a current-carrying device used directly when locking the bolt, and the marking in the recess of the bolt head is carried out by electrographic or mechanical means, ensuring the preservation of the current-carrying contact layer of the macrometer surface formed by the bottom of the recess in the bolt head.

Болт по п. 1 - 3, отличающийся тем, что глубина рифлений изменяется в пределах допускаемого торцового биения, а вершины торцевых рифлений расположены по ступенчатой схеме резания. The bolt according to claim 1 - 3, characterized in that the depth of the corrugations varies within the limits of the allowable face beating, and the tops of the end corrugations are arranged according to a stepwise cutting pattern.

На фиг. 1 изображена боковая поверхность болта с частичным вырывом цилиндрической резьбовой части рабочего стержня с одновременным обозначением зоны покрытия рифлений оксидом алюминия. In FIG. 1 shows the side surface of a bolt with a partial tear out of the cylindrical threaded part of the working rod with simultaneous designation of the area of the corrugation coating with aluminum oxide.

На фиг. 2 - безмасштабное и увеличенное изображение формы развертки режущего профиля рифлений с показом профиля стружечной канавки между ними, с указанием рабочих и фрикционных движений подач рифлений, с показом покрытия из оксида алюминия и параметрами режущего клина. In FIG. 2 - a scaleless and enlarged image of the scan shape of the cutting profile of the corrugations showing the profile of the chip groove between them, indicating the working and frictional movements of the feed corrugations, showing the coating of aluminum oxide and the parameters of the cutting wedge.

На фиг. 3 предлагаемая зона взаимодействия задней режущей кромки и спакетированной стружки с поверхностным слоем изделия. In FIG. 3, the proposed area of interaction of the trailing cutting edge and packaged chips with the surface layer of the product.

На фиг. 4 схема силового взаимодействия между рифлениями фланца головки болта резьбового участка с соответствующими зонами поверхностного слоя изделия и резьбовыми отверстиями. In FIG. 4 diagram of the force interaction between the corrugations of the flange of the bolt head of the threaded section with the corresponding zones of the surface layer of the product and the threaded holes.

На фиг. 5 - резьбовой участок с сечением глухого паза в резьбовом профиле. In FIG. 5 - threaded section with a cross section of the blind groove in the threaded profile.

На фиг. 6 показан вид

на прорезь глухого паза с торца.In FIG. 6 shows a view

on a slot of a blind groove from the end.

Болт 1 содержит многогранную головку 2 с рабочей фаской 3 и дном 4 глухого цилиндрического отверстия на торце головки болта 2 с нанесением на его поверхности маркировки (номера заявки или патента). The bolt 1 contains a multi-faceted head 2 with a working chamfer 3 and a bottom 4 of a blind cylindrical hole at the end of the head of the bolt 2 with marking (application or patent number) on its surface.

Цилиндрическое дно отверстия в головке болта имеет радиусный переход 5, а цилиндрический фланец 6, выполненный монолитно с головкой болта, имеет со стороны рифлений 9 и цилиндрической поверхности 8 покрытие 7, выполненное из оксида алюминия. The cylindrical bottom of the hole in the bolt head has a radius transition 5, and the cylindrical flange 6, made integral with the bolt head, has a coating 7 made of alumina on the side of the corrugations 9 and the cylindrical surface 8.

Резьбовой профиль 10 имеет особенности, относящиеся к рабочей нагрузочной способности болтового соединений при кручении и растяжении в процессе самофиксации, с помощью запирающего слоя стружки и подогрева технологическим током болта 1 со стороны глухой площадки 11, являющейся одновременно площадкой для клеймения. The threaded profile 10 has features related to the working load capacity of bolted joints during torsion and tension during self-fixing, using a locking chip layer and heating with a technological current of the bolt 1 from the side of the blank platform 11, which is also the platform for stamping.

На фиг. 3 изображен фрагмент запирающего слоя стружки 13 относительно поверхностного слоя изделия 12, представляющего сеть рифлений на поверхностном контактном слое изделия, получаемых от режущих кромок ребер рифлений 9. In FIG. 3 shows a fragment of the locking layer of the chips 13 relative to the surface layer of the product 12, representing a network of corrugations on the surface contact layer of the product obtained from the cutting edges of the ribs of the corrugations 9.

На фиг. 4 болт 1 и изделие 12 показаны в сборе, а силовые характеристики напряжений сжатия и растяжения показаны в статическом состоянии соединенных поверхностей сопрягаемых тел болта и изделия. In FIG. 4, the bolt 1 and the product 12 are shown assembled, and the power characteristics of the compressive and tensile stresses are shown in the static state of the connected surfaces of the mating bodies of the bolt and the product.

На фиг. 5 изображен штриховой рисунок резьбовой поверхности 10, пересекаемый в направлении стрелки

глухим многофильным пазом 14, создающим режущеупрочняющие кромки на длине, как минимум, трех витков резьбового профиля, что позволяет более корректное расположить зону нагружения на резьбовой профиль торцовой зоны, имеющей в силу технологического приема обрабатываемой поверхности в направлении износа режущего инструмента увеличенный диаметр.In FIG. 5 shows a line drawing of a threaded surface 10 intersected in the direction of the arrow.

a hollow multi-groove groove 14, which creates cutting-strengthening edges along the length of at least three turns of the threaded profile, which allows a more correct positioning of the loading zone on the threaded profile of the end zone, which has an increased diameter due to the technological reception of the machined surface in the direction of wear of the cutting tool.

На фиг. 6 показан вид "B" со стороны торца резьбового профиля болта 1, где величина ξ отражает недорез канавки(ок) 14 по глубине относительно диаметра впадин основного резьбового профиля 10, что не сказывается на возможности фиксации последними тремя витками болта взаимодействующей с ним поверхности резьбового профиля отверстия изделия 12. In FIG. 6 shows a view “B” from the side of the end of the threaded profile of the bolt 1, where the value ξ reflects the undercut of the groove (s) 14 in depth relative to the diameter of the troughs of the main threaded profile 10, which does not affect the possibility of fixing the interacting surface of the threaded profile with the last three turns of the bolt product openings 12.

Отрицательный угол γ показан с целью возможности упрочнения поверхности слоя сопрягаемой резьбовой контактной зоны в момент самофиксации соединения. The negative angle γ is shown with the aim of hardening the surface of the layer of the mating threaded contact zone at the time of self-fixation of the connection.

Прочие обозначения: D - диаметр фланца 6; D₁ - диаметр внутреннего цилиндрического глухого отверстия на головке болта 2; К - вылет вершин режущих кромок, радиально расположенных ребер на рабочей стороне фланца 6; Б - размер площадки задней грани режущего клина, выполненной на рифлении; В - главный задний угол режущего клина, задаваемый в пределах от 3 - 6^oC с целью получения наибольшего эффекта стопорения сопрягаемых поверхностей; Г - главный передний угол режущего клина рифлений; А_г - главная передняя поверхность режущего клина рифления; Р_р - сила растяжения болта; М_изг - момент изгиба стержневой части болта; Д_в - движение рабочей подачи при закручивании болта; Д_ф - фрикционное взаимодействие болта 1 и изделия 12; Х - угол (хи) обеспечивает самоторможение фрикционных площадок рифления и спакетированного слоя стружки на макрометрическом уровне взаимодействия различных зон трения; А_а - главная задняя поверхность режущего клина; Т - шаг между рифлениями; Al₂O₃ (оксид алюминия), образуемый при вакуумном нанесении покрытий, например на установке УЗЛ-175 с магнетронным удержанием распыляемых электронов зоне осаждения на рифления 9 с использованием инертного газа при давлении 10^-8 МПа и температуре осаждения 500 - 600^oC на подложку или поверхность 9 болта 1; Б/М - безмасштабное изображение.Other designations: D - flange diameter 6; D ₁ - the diameter of the inner cylindrical blind hole on the head of the bolt 2; To - the departure of the vertices of the cutting edges, radially spaced ribs on the working side of the flange 6; B - the size of the site of the rear edge of the cutting wedge, made on the corrugation; In - the main rear corner of the cutting wedge, set in the range from 3 to 6 ^o C in order to obtain the greatest effect of locking the mating surfaces; G - the main rake angle of the cutting wedge of corrugations; And _g - the main front surface of the cutting corrugation wedge; R _p - tensile strength of the bolt; M _izg - the moment of bending of the rod part of the bolt; D _in - the movement of the working feed when tightening the bolt; D _f - frictional interaction of the bolt 1 and the product 12; X - angle (chi) provides self-braking of the friction pads of the corrugation and the packed layer of chips at the macrometer level of interaction of various friction zones; And _a is the main rear surface of the cutting wedge; T is the step between the corrugations; Al ₂ O ₃ (aluminum oxide), formed by vacuum coating, for example, on a UZL-175 installation with magnetron confinement of atomized electrons to the deposition zone on corrugations 9 using an inert gas at a pressure of 10 ^-8 MPa and a deposition temperature of 500 - 600 ^o C at the substrate or surface 9 of the bolt 1; B / M - a scaleless image.

Пример использования болта. An example of using a bolt.

При соединении резьбового участка болта 10 приводятся во взаимодействие витки сопрягаемых резьбовых профилей, зависящих от износа режущего инструмента (резца, плашки и пр. инструментов), причем допуск на износ режущего инструмента обычно перекрывает допуск на изготовление резьбового контура болта. When connecting the threaded section of the bolt 10, coils of mating threaded profiles are brought into interaction, depending on the wear of the cutting tool (cutter, die, etc. tools), and the tolerance on wear of the cutting tool usually overlaps the tolerance on the manufacture of the threaded contour of the bolt.

Резьбовое отверстие имеет положительный допуск в начале и уменьшение этого допуска в конце обработки за счет истирания и износа режущих кромок инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки. The threaded hole has a positive tolerance at the beginning and a decrease in this tolerance at the end of processing due to abrasion and wear of the tool cutting edges relative to the workpiece surface being machined.

Для рабочего резьбового торца болта создаются наиболее благоприятные условия завинчивания, так как поля допускаемых отклонений резьбового профиля еще не зависят от износа инструмента, но с каждым витком резьбового профиля погрешности от износа инструмента компенсируются притиркой резьбовых поверхностей болта и отверстия изделия, включая и момент механического контакта рифлений с поверхностью заготовки. The most favorable screwing conditions are created for the working threaded end of the bolt, since the margins of the deviations of the threaded profile are not yet dependent on tool wear, but with each turn of the threaded profile, errors from tool wear are compensated by grinding the threaded surfaces of the bolt and the hole of the product, including the moment of mechanical contact of the corrugations with the surface of the workpiece.

Слой оксида алюминия служит прочной сухой смазкой и предохраняет от быстрого износа режущего кромку рифления. A layer of alumina serves as a solid dry lubricant and protects against rapid wear of the cutting edge of the corrugation.

Стружка в момент фиксации направляется к оси болта из-за введения обратной схемы резания, что предопределяет создание упругой зоны в стружечных канавках между рифлениями 9 и поверхностью 12 в начальный момент врезания в заготовку и предрасполагает к созданию аналогичной ситуации в зоне кольцевого радиального перехода под фланцем 6. Зона стопорения увеличивается за свет участков фиксируемой цилиндрической части болта относительно фаски на выходе из изделия, а затем относительно сопрягаемых цилиндрических поверхностей изделия. The chips at the moment of fixation are directed to the axis of the bolt due to the introduction of a reverse cutting pattern, which determines the creation of an elastic zone in the chip grooves between the corrugations 9 and the surface 12 at the initial moment of cutting into the workpiece and predisposes to the creation of a similar situation in the zone of the annular radial transition under the flange 6 The locking zone increases due to the light of the sections of the fixed cylindrical part of the bolt relative to the chamfer at the exit of the product, and then relative to the mating cylindrical surfaces of the product.

Фиксация резьбового соединения непосредственно выступами площадок рифлений после врезания в поверхность и стягивания болтом 1 становится гарантированной и при введении подогрева только резьбового профиля и перед окончательной фиксацией резьбового соединения. The fixation of the threaded connection directly by the protrusions of the corrugation pads after plunging into the surface and tightening with the bolt 1 becomes guaranteed when only the threaded profile is heated and before the threaded joint is finally fixed.

Отрицательная режущая кромка рифления способствует образованию хаотичных рифлений на поверхности срезаемого слоя. Форма стружки зависит от свойств материала, положения рифлений, характера усилий при закручивании головки болта 1. Полезными являются и ультразвуковые колебания с частотой от 0,1 до 24 кГц как с точки зрения исключения резонансных явлений, так и для образования характерного хаотичного рисунка, который представляет интерес с целью получения строго определенного замкового соединения фрикционных поверхностей в каждый отдельный момент использования подобных соединений. The negative cutting edge of the corrugation contributes to the formation of chaotic corrugations on the surface of the cut layer. The shape of the chip depends on the properties of the material, the position of the corrugations, the nature of the efforts when twisting the head of the bolt 1. Ultrasonic vibrations with a frequency of 0.1 to 24 kHz are also useful both from the point of view of eliminating resonance phenomena, and for the formation of a characteristic chaotic pattern, which represents interest in order to obtain a strictly defined locking joints of friction surfaces at each individual moment of use of such joints.

Новизна технического решения, существенные отличия и полезность в таких областях, как авиация, комплексах космических станций, установках, работающих со значительными вибрационными гармоническими нагружениями, создает новые предпосылки для конструкции болта. The novelty of the technical solution, significant differences and usefulness in areas such as aviation, space station complexes, and installations operating with significant vibrational harmonic loads create new prerequisites for the construction of the bolt.

Claims

1. A bolt containing a multifaceted head, provided with protrusions on the side of the end contact surface of the product, a flange connecting it with a coaxially located thread-cylinder rod, as well as working chamfers and markings on the bolt head, characterized in that the bolt head has a fillet transition to a flange having rounding on the outer periphery, a cylindrical blind hole from the end, and from the side of the working end of the flange surface - corrugations, considered in the scan in the form of a wedge of the cutting element with negative the front angle and the reverse cutting pattern, while the cross section of the groove between the corrugations exceeds the current cross-section of the volume of the material being cut within the limits of the change and transition of the elastic state of the chip to solid directly when the bolt head is fixed to the surface of the product, and the shape of the closed surface of the threaded profile at the periphery is a cone, increasing in diametrical section from the bolt head, while on the lower part of the bolt head there are protrusions in the form of cutting wedge corrugations, which serve to lock the layer I have chips with respect to micrometric irregularities on the surface of the product, which serves to interact with the bolt, while the main negative surface of the corrugation protrusions is made with a layer of aluminum oxide with a thickness of at least 1

.

2. The bolt according to claim 1, characterized in that at the end of the threaded profile at least along the length of the three steps of the threaded profile, cuts are made forming teeth with a negative rake angle and a curved rear surface, while the number of teeth in the radial direction relative to the rotary axis is not selected less than three, located to the axis of rotation at unequal angles between each other, and the tops of the cutting teeth have a sharpening zone in the direction of the axis of symmetry of the threaded profile formed by a helical spiral and viewed towards the individual at the top of each tooth in the direction of the vector tangent to the spiral, and the depth of the cuts of the teeth located normal to the said vector does not exceed the depth of the main thread profile.

3. The bolt according to claim 1, characterized in that it has a recess at the end of the polyhedron for interacting with a current-carrying device used directly when locking the bolt, and marking in the recess of the head of the bolt is carried out by electrographic or mechanical means, ensuring the preservation of the current-carrying contact layer of the macroscopic surface formed bottom of the recess in the bolt head.

4. A bolt according to claims 1 to 3, characterized in that the depth of the corrugations varies within the limits of the permissible end runout, and the tops of the end corrugations are arranged according to a stepwise cutting pattern.