RU2168077C1

RU2168077C1 - Flanged bolt with shaped head

Info

Publication number: RU2168077C1
Application number: RU2000111853A
Authority: RU
Inventors: Д.М. Закиров; Ю.А. Лавриненко; Ф.С. Гильманов; А.А. Хайруллин; А.П. Паламарчук; Р.А. Мусин; А.В. Напалков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Автонормаль"; Открытое акционерное общество "АВТОВАЗ"
Priority date: 2000-05-16
Filing date: 2000-05-16
Publication date: 2001-05-27

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly automatic assembling of threaded joints. SUBSTANCE: flange bolt includes threaded rod, flange with supporting surface and shaped head with outer engaging members for mounting tool. Said members are in the form of alternating longitudinal dents and recesses joined along radiuses. Supporting surface of bolt flange has undercut groove and it is in the form of disc. Height h of flange is determined according to given relation

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при автоматической сборке резьбовых соединений. The invention relates to mechanical engineering and can be used in the automatic assembly of threaded joints.

Известен болт с шестигранной головкой с уменьшенным размером под ключ и одновременно уменьшенной высотой головки (Петриков В.Г., Власов А.П. Прогрессивные крепежные изделия. - М.: Машиностроение, 1991. - С. 11). Known bolt with a hexagonal head with a reduced turnkey size and at the same time reduced head height (Petrikov V.G., Vlasov A.P. Progressive fasteners. - M.: Mechanical Engineering, 1991. - S. 11).

Использование уменьшенного размера под ключ характерно для соединений с низким крутящим моментом предварительной затяжки болта, уменьшенной высотой головки болта - для соединений, работающих на поперечный срез. The use of a reduced turnkey size is typical for connections with a low torque of pre-tightening the bolt, a reduced height of the head of the bolt - for joints working on a transverse cut.

Подобные болты непригодны для использования в соединениях, воспринимающих при эксплуатации высокие осевые нагрузки по следующим причинам: во- первых, шестигранные головки с уменьшенным размером под ключ не обеспечивают передачу высоких крутящих моментов, необходимых для создания требуемых усилий предварительной затяжки; во-вторых, на основании практического опыта и экспериментальных данных установлено, что при малой высоте головки происходит ее срез по цилиндрической поверхности диаметром, равным диаметру стержня болта. Поэтому болты с шестигранной головкой высотой менее 0,6 диаметра стержня для этих целей не применяют (Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.: Машиностроение, 1990. - С. 162). Such bolts are unsuitable for use in joints that accept high axial loads during operation for the following reasons: firstly, hexagonal heads with a reduced key size do not provide the transmission of high torques necessary to create the required pre-tightening forces; secondly, on the basis of practical experience and experimental data, it is established that at a low head height, it is cut along a cylindrical surface with a diameter equal to the diameter of the bolt rod. Therefore, bolts with a hexagonal head with a height of less than 0.6 of the diameter of the rod are not used for these purposes (Birger I.A., Iosilevich GB, Threaded and flange connections. - M.: Mechanical Engineering, 1990. - P. 162).

Для соединений, воспринимающих при эксплуатации высокие осевые нагрузки, применяют высокопрочные болты с шестигранными головками, имеющие размеры под ключ нормального ряда с подкладной плоской шайбой или с фланцем. Эти болты имеют достаточную прочность, но не позволяют решить задачу по уменьшению их веса. For connections that accept high axial loads during operation, high-strength bolts with hexagonal heads are used, which have normal turn-key dimensions with a flat washer or with a flange. These bolts have sufficient strength, but do not allow to solve the problem of reducing their weight.

Известен болт, содержащий фасонную головку с наружными элементами зацепления, выполненными в виде чередующихся продольных выступов и впадин, сопряженных по радиусам (патент РФ 2091617, кл. F 16 B 23/00, 1997). A known bolt containing a shaped head with external engagement elements made in the form of alternating longitudinal protrusions and depressions, mated along the radii (RF patent 2091617, CL F 16 B 23/00, 1997).

Известный болт обладает уменьшенным весом за счет фасонной конструкции головки, но не предназначен для соединений, воспринимающих высокие осевые нагрузки. The known bolt has a reduced weight due to the shaped design of the head, but is not intended for joints that accept high axial loads.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фланцевый болт с фасонной головкой, содержащий резьбовой стержень, фланец с опорной поверхностью и фасонную головку с наружными элементами зацепления под монтажный инструмент, выполненными в виде чередующихся продольных выступов и впадин, сопряженных по радиусам (патент США 5137407, кл. МКИ F 16 B 23/00, НКИ 411/404, 1992). The closest technical solution to the proposed one is a flange bolt with a shaped head containing a threaded rod, a flange with a supporting surface and a shaped head with external gearing elements for the mounting tool, made in the form of alternating longitudinal protrusions and depressions conjugated along the radii (US patent 5137407, cl MKI F 16 B 23/00, NKI 411/404, 1992).

Такой болт может применяться в соединениях, воспринимающих высокие осевые нагрузки. Он имеет фасонную головку с уменьшенным весом и фланец с опорной поверхностью, но обладает некоторыми недостатками. Such a bolt can be used in joints that accept high axial loads. It has a shaped head with reduced weight and a flange with a supporting surface, but has some disadvantages.

1. Исполнение сопряжения между стержнем и опорной поверхностью по радиусу не позволяет использовать болт в соединениях, где недопустимо уменьшение площади опорной поверхности за счет увеличения диаметрального размера фаски сопрягаемого отверстия. 1. The execution of the pairing between the rod and the bearing surface in radius does not allow the use of a bolt in joints where it is unacceptable to reduce the area of the bearing surface by increasing the diametrical size of the chamfer of the mating hole.

2. Исполнение опорной поверхности фланца плоской приводит к неравномерному распределению контактного давления и увеличивает концентрацию напряжений под головкой, вследствие чего для обеспечения требуемой прочности не представляется возможным уменьшить высоту фланца, а следовательно, и вес болта. 2. The execution of the supporting surface of the flange flat leads to an uneven distribution of contact pressure and increases the stress concentration under the head, as a result of which it is not possible to reduce the height of the flange and, consequently, the weight of the bolt, to ensure the required strength.

3. В процессе эксплуатации при знакопеременных нагружениях возможна потеря усилия предварительной затяжки. 3. During operation at alternating loads, a loss of pre-tightening force is possible.

4. Поскольку осевая прочность данной фасонной головки с фланцем зависит от высоты фланца, а известное техническое решение не определяет высоту фланца, то практическое применение данного болта является затруднительным, так как возникает необходимость в проведении большого количества экспериментальных работ по определению наименьшей высоты фланца, сохраняющей при этом высокую осевую прочность фасонной головки с фланцем для каждого конкретного типоразмера болта. 4. Since the axial strength of a given shaped head with a flange depends on the height of the flange, and the known technical solution does not determine the height of the flange, the practical application of this bolt is difficult, since there is a need for a large number of experimental works to determine the smallest flange height, which this high axial strength of the shaped head with a flange for each specific size of the bolt.

5. Болт не имеет стопорящих свойств. 5. The bolt has no locking properties.

Предлагаемым изобретением решается задача создания фланцевого болта с фасонной головкой, обладающего низким весом и высокой прочностью в осевом направлении, обеспечивающего длительную эксплуатацию при знакопеременных нагружениях без потери усилия предварительной затяжки, а также обеспечивающего высокую стабильность затяжки и имеющего стопорящие свойства. The present invention solves the problem of creating a flange bolt with a shaped head having low weight and high strength in the axial direction, ensuring long-term operation under alternating loads without loss of pre-tightening force, as well as providing high tightening stability and having locking properties.

Для достижения указанного технического результата у фланцевого болта с фасонной головкой, содержащего резьбовой стержень, фланец с опорной поверхностью и фасонную головку с наружными элементами зацепления под монтажный инструмент, выполненными в виде чередующихся продольных выступов и впадин, сопряженных по радиусам, согласно изобретению, опорная поверхность фланца имеет поднутренную галтель и выполнена тарельчатой, при этом высота фланца h определяется соотношением

где d_с - диаметр стержня болта на нагруженном участке с наименьшем сечением;
D_г - наружный диаметр головки по выступам;
D_ф - диаметр фланца;
γ - угол наклона опорной поверхности;
d_п - диаметр подголовка;
b - глубина поднутренной галтели.To achieve the specified technical result, a flange bolt with a shaped head containing a threaded rod, a flange with a supporting surface and a shaped head with external gearing elements for mounting tools made in the form of alternating longitudinal protrusions and depressions mated along the radii according to the invention, the supporting surface of the flange has an undercut fillet and is made dish-shaped, while the height of the flange h is determined by the ratio

where d _with - the diameter of the bolt rod in the loaded area with the smallest section;
D _g - the outer diameter of the head along the protrusions;
D _f - the diameter of the flange;
γ is the angle of inclination of the supporting surface;
d _p - diameter of the head;
b is the depth of the undercut fillet.

Выполнение на опорной поверхности фланца поднутренной галтели позволяет использовать болт в соединениях, где недопустимо уменьшение площади опорной поверхности за счет увеличения диаметрального размера фаски сопрягаемого отверстия. The execution on the supporting surface of the flange of the undercut fillet allows you to use a bolt in the joints, where it is unacceptable to reduce the area of the supporting surface by increasing the diametrical size of the chamfer of the mating hole.

При небольшой высоте фланца наличие угла на опорном торце в сочетании с поднутренной галтелью позволяет обеспечить более равномерное распределение контактного давления на опорной поверхности и уменьшить концентрацию напряжений под головкой, а также исключить потерю усилия предварительной затяжки в процессе эксплуатации при знакопеременных нагружениях. With a small height of the flange, the presence of an angle on the supporting end in combination with an undercut fillet allows for a more uniform distribution of contact pressure on the supporting surface and to reduce the stress concentration under the head, as well as to eliminate the loss of pre-tightening force during operation under alternating loads.

Благодаря оптимальной высоте фланца достигается уменьшение веса болта без снижения его прочности. При этом фланец играет роль упругого элемента, который повышает стабильность затяжки, а также имеет стопорящие против самоотвинчивания. Due to the optimum height of the flange, a reduction in the weight of the bolt without reducing its strength is achieved. In this case, the flange plays the role of an elastic element, which increases the stability of the tightening, and also has a locking against self-unscrewing.

Таким образом, выполнение головки фасонной конструкции, позволяющей снизить вес в сравнении с головками других видов в совокупности с минимально допустимой высотой фланца, опорная поверхность которого имеет еще и поднутренную галтель, позволяет изготовить болт с качественно улучшенными свойствами и широкими эксплуатационными возможностями. Thus, the execution of the head of the shaped design, which allows to reduce weight in comparison with other types of heads in conjunction with the minimum permissible flange height, the supporting surface of which also has an undercut fillet, makes it possible to manufacture a bolt with qualitatively improved properties and wide operational capabilities.

Изобретение поясняется чертежом, где показан предлагаемый болт. The invention is illustrated in the drawing, which shows the proposed bolt.

Болт содержит резьбовой стержень 1, фасонную головку 2 и фланец 3. Фасонная головка имеет впадины 4 и выступы 5, сопряженные по радиусам. Опорная поверхность фланца имеет поднутренную галтель и выполнена тарельчатой. Фланец выполнен высотой h, которая связана соотношением с наружным диаметром D_г головки болта по выступам, диаметром d_с стержня болта на нагруженном участке с наименьшем сечением, диаметром подголовка d_п, диаметром фланца D_ф, углом на торце γ и глубиной поднутренной галтели b.The bolt comprises a threaded rod 1, a shaped head 2, and a flange 3. The shaped head has depressions 4 and protrusions 5 mated along radii. The supporting surface of the flange has an undercut fillet and is made dish-shaped. The flange is configured height h, which is related to the ratio with the outer diameter D _r of the bolt head on the protrusions, the diameter d _with the bolt shaft at the loaded portion with the smallest section diameter podgolovkom d _n, a flange diameter D _f, the angle at the end of γ and the depth of the undercut fillet b.

Использование предлагаемой конструкции болта позволяет уменьшить его вес за счет оптимизации высоты фланца при сохранении высокой прочности, повысить качество автоматической сборки за счет стабильности затяжки резьбовых соединений, предотвратить самоотвинчивание и, кроме того, гарантирует надежную эксплуатацию резьбового соединения. Using the proposed design of the bolt can reduce its weight by optimizing the height of the flange while maintaining high strength, improve the quality of automatic assembly due to the stability of the tightening of the threaded joints, prevent self-loosening and, in addition, ensures reliable operation of the threaded joint.

Claims

A flange bolt with a shaped head containing a threaded rod, a flange with a supporting surface and a shaped head with external gearing elements for mounting tools made in the form of alternating longitudinal protrusions and depressions conjugated along the radii, characterized in that the supporting surface of the flange has an inner fillet and is made dish-shaped, while the height of the flange h is determined by the ratio