RU2197652C1

RU2197652C1 - Self-locking nut

Info

Publication number: RU2197652C1
Application number: RU2001113849A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Кирин; М.Н. Краснов
Original assignee: Пензенский государственный университет
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention relates to threaded joints and methods of their locking. According to invention, nut has two threaded sections, initial section with full profile and final section, with incomplete profile of thread whose outer diameter from section border converges over cone with inner diameter of thread on nut rear end face. Length of incomplete profile thread section is maintained within 2-3 pitches of thread. Invention provides locking of threaded joint owing to increased friction between thread turns at final section and interference. EFFECT: provision of high reliability of locking. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, точнее - к резьбовым разъемным соединениям, применяемым в машинах, механизмах и приспособлениях, точнее к способам стопорения крепежных деталей от самоотвинчивания, конструкциям различных стопорящих приспособлений и конструктивным элементам крепежных деталей, противодействующих самоотвинчиванию. The invention relates to the field of mechanical engineering, more specifically to threaded detachable joints used in machines, mechanisms and devices, more specifically to methods for locking fasteners from self-unscrewing, designs of various locking devices and structural elements of fasteners that counteract self-unscrewing.

Все резьбовые крепежные детали машин и механизмов должны быть надежно застопорены от самоотвинчивания во избежание аварий и поломки деталей машин и агрегатов. Особенно актуальна эта задача для узлов, работающих в условиях вибрации и циклических нагрузок. All threaded fasteners of machines and mechanisms must be reliably locked against self-unscrewing in order to avoid accidents and breakdown of machine parts and assemblies. This task is especially relevant for nodes operating in conditions of vibration and cyclic loads.

В настоящее время разработано большое количество крепежных деталей, обеспечивающих стопорение, принцип действия которых основан на способах жесткого, упругого, фрикционного, натягового и другого стопорения. At present, a large number of fasteners have been developed that provide locking, the principle of operation of which is based on methods of rigid, elastic, frictional, tension and other locking.

Известны, например, самостопорящиеся гайки [1] с вставкой из пластмассы. При завертывании гайки нарезной стержень болта или шпильки нарезает резьбу во вставке. При этом упругость вставки обеспечивает дополнительно фрикционное стопорение. Недостатками гаек со вставками являются сложность конструкции, нетехнологичность, большая трудоемкость изготовления, возможность срезания витков вставки, недостаточно высокий коэффициент трения в паре металл-пластмасса. Self-locking nuts [1] with a plastic insert are known, for example. When screwing the nut, the threaded rod of a bolt or stud cuts the thread in the insert. Moreover, the elasticity of the insert provides additional frictional locking. The disadvantages of nuts with inserts are the complexity of the design, low technology, the high complexity of manufacturing, the ability to cut the turns of the insert, not enough high coefficient of friction in a pair of metal-plastic.

Известны гайки с упругим нарезным венчиком [1], который после нарезания резьбы в гайке слегка осаживают. При завертывании гайки нарезной конец болта или шпильки приподнимает венчик, благодаря чему в резьбе создается осевой натяг. Конструкция имеет недостатки, заключающиеся в технологической сложности изготовления и возможности обламывания венчика при завертывании гайки. Known nuts with an elastic threaded rim [1], which after threading in the nut is slightly upset. When screwing the nut, the threaded end of the bolt or stud lifts the whisk, thereby creating an axial interference in the thread. The design has drawbacks consisting in the technological complexity of manufacturing and the possibility of breaking off the whisk when wrapping the nut.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленному изобретению является конструкция гайки с двумя участками резьбы, на которых с целью повышения натяга шаг резьбы одного участка не равен шагу резьбы другого участка [2] . Недостатками этой конструкции являются сложность нарезания двух участков резьбы с различными шагами, трудность совмещения заходов резьбы в одну нитку на границе участков, нетехнологичность, высокая стоимость изделия и невозможность многократного использования гайки из-за значительной деформации витков резьбы при закручивании гайки. Closest to the technical nature of the claimed invention is the design of a nut with two sections of thread, on which, in order to increase the interference fit, the thread pitch of one section is not equal to the thread pitch of another section [2]. The disadvantages of this design are the difficulty of cutting two sections of the thread with different steps, the difficulty of combining thread runs into one thread at the boundary of the sections, low technology, high cost of the product and the inability to reuse the nut due to the significant deformation of the thread turns when tightening the nut.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности стопорения гайки за счет обеспечения повышенного трения между витками резьбы и натяга в сопрягаемых поверхностях резьбы при одновременном обеспечении простоты изготовления гайки, высокой технологичности, низкой стоимости и возможности ее многократного использования. The aim of the invention is to increase the reliability of locking the nut by providing increased friction between the threads and the interference in the mating surfaces of the threads while ensuring ease of manufacture of the nut, high technology, low cost and the possibility of its multiple use.

Задача решена тем, что в гайке самостопорящейся, выполненной из заготовки круглого, квадратного или шестигранного сечения, с фасками и центральным отверстием с резьбой, разделенной на два участка, резьба на начальном участке выполнена с полным профилем, а на конечном - с неполным профилем резьбы, наружный диаметр которой от границы участков сходится по конусу с внутренним диаметром резьбы на заднем торце гайки. Причем фаска в отверстии выполнена только в начальном участке резьбы, со стороны опорной поверхности гайки. Длина участка резьбы с неполным профилем выдержана при этом в пределах 2...3 шагов резьбы центрального отверстия. The problem is solved in that in a self-locking nut made of a workpiece of round, square or hexagonal cross-section, with chamfers and a central hole with a thread divided into two sections, the thread in the initial section is made with a full profile, and in the final one with an incomplete thread profile, the outer diameter of which from the boundary of the sections converges in a cone with the inner diameter of the thread at the rear end of the nut. Moreover, the chamfer in the hole is made only in the initial portion of the thread, on the side of the supporting surface of the nut. The length of the thread section with an incomplete profile is maintained within 2 ... 3 steps of the thread of the Central hole.

Конструкция предлагаемой гайки показана на фиг.1 и 2. На фиг.1 представлено чертежное изображение внутреннего профиля гайки; на фиг.2 - конструктивное наглядное изображение. The design of the proposed nut is shown in figures 1 and 2. Figure 1 presents a drawing image of the inner profile of the nut; figure 2 - constructive visual image.

Предлагаемая гайка конструктивно не отличается от обычной гайки и не требует для ее изготовления специального резьбонарезного инструмента. Она выполнена из заготовки 1 круглого, квадратного или шестигранного сечения. По оси заготовки выполнено центральное отверстие с диаметром под нарезание соответствующей резьбы. В отверстии со стороны нижней опорной поверхности гайки выполняется фаска 4 для захода резьбонарезающего инструмента. The proposed nut is structurally no different from a conventional nut and does not require a special thread-cutting tool for its manufacture. It is made of a blank 1 of round, square or hexagonal cross-section. A central hole with a diameter for cutting the corresponding thread is made along the axis of the workpiece. In the hole on the side of the lower supporting surface of the nut, a chamfer 4 is made for the thread-cutting tool to enter.

Внутренняя резьба в центральном отверстии гайки разделена на два участка. Начальный участок 2 резьбы выполнен с обычным полным профилем в соответствии с действующими стандартами. Ближе к верхней части гайки резьба выполнена с неполным профилем (конечный участок 3 резьбы). Конечный участок 3 резьбы по сути дела представляет собой сбег резьбы, обычный для многих резьбовых изделий. От границы участков наружный диаметр резьбы сходится по конусу с внутренним диаметром резьбы на верхнем торце гайки. Фаску при этом на верхнем торце центрального отверстия гайки не выполняют. The internal thread in the central hole of the nut is divided into two sections. The initial thread section 2 is made with the usual full profile in accordance with current standards. Closer to the top of the nut, the thread is made with an incomplete profile (end portion of the 3 threads). The end portion 3 of the thread is essentially a thread run that is common to many thread products. From the boundary of the sections, the outer diameter of the thread converges in a cone with the inner diameter of the thread on the upper end of the nut. In this case, a nut does not perform a chamfer at the upper end of the central hole.

Длина участков 2 и 3 резьбы - разная. Наибольшую длину имеет начальный участок 2 резьбы. Конечный участок 3 резьбы имеет длину равную 2...3 шагам резьбы гайки, что для резьбы, например, M12 составляет 2,5...5,25 мм. The lengths of sections 2 and 3 of the thread are different. The initial length of the thread 2 has the longest length. The end portion 3 of the thread has a length equal to 2 ... 3 steps of the thread of the nut, which for threads, for example, M12 is 2.5 ... 5.25 mm.

Начальный участок 2 резьбы предназначен для выполнения обычной крепежной функции гайки, а конечный участок 3 резьбы - для самостопорения гайки за счет создания дополнительного натяга в соединении гайка - болт и повышения трения между поверхностями взаимодействующих витков резьбы. The initial section of the thread 2 is designed to perform the usual fixing function of the nut, and the final section of the thread 3 is for self-locking of the nut by creating an additional interference in the nut-bolt connection and increasing friction between the surfaces of the interacting threads.

При нарезании резьбы гайки, с целью образования участка резьбы неполного профиля резьбонарезной инструмент (метчик) не прогоняют на полную длину. При изготовлении гайки на токарном станке с помощью резца инструмент в верхней части отводят по образующей конуса к оси центрального отверстия так, чтобы на верхнем торце резьба сошла на нет. When threading a nut, in order to form a part of a thread of an incomplete profile, a thread-cutting tool (tap) is not driven to full length. In the manufacture of a nut on a lathe using a cutter, the tool in the upper part is diverted along the generatrix of the cone to the axis of the central hole so that the thread disappears at the upper end.

Предлагаемая самостопорящаяся гайка работает следующим образом. В процессе накручивания гайки, при подходе захода резьбы стержня болта или шпильки к участку с неполным профилем на нем начинает формироваться резьба полного профиля. Причем резьба формируется не удалением части металла, а выдавливанием. В результате деформирования металла на конечных витках гайки образуется резьба, профиль которой точно соответствует профилю резьбы стержня. При этом будут отсутствовать зазоры между поверхностями резьбы гайки и стержня. По мере закручивания гайки натяг в соединении будет возрастать, трение увеличиваться, и они достигнут своего максимального значения в конце затяжки, когда будут выбраны технологические зазоры между витками резьбы. Это объясняется следующим. В результате взаимодействия витков резьбы стержня с конечным участком резьбы гайки в последней создается напряженное состояние радиального сжатия, что способствует увеличению трения и дополнительного натяга на этом участке резьбы. Повышенное трение между витками резьбы на конечном участке гайки, натяг от процесса формирования резьбы и дополнительный натяг от напряженного состояния гайки в итоге обеспечивают условия, при которых тормозящий момент трения затяжки значительно превосходит момент самоотвинчивания. Коэффициент самоторможения гайки М_торм/М_отв всегда больше единицы и принимает значения от 10 до 50, что обеспечивает высокую надежность самостопорения гайки в конце затяжки именно из-за наличия конечного участка резьбы с неполным профилем.The proposed self-locking nut works as follows. In the process of tightening the nut, with the approach of the thread of the shaft of the bolt or stud approaching the area with an incomplete profile, a full profile thread begins to form on it. Moreover, the thread is formed not by removing part of the metal, but by extrusion. As a result of the deformation of the metal on the final turns of the nut, a thread is formed whose profile exactly matches the profile of the thread of the rod. There will be no gaps between the thread surfaces of the nut and the shaft. As the nut is tightened, the tightness in the joint will increase, the friction will increase, and they will reach their maximum value at the end of the tightening, when the technological clearances between the threads are selected. This is explained by the following. As a result of the interaction of the turns of the thread of the rod with the final section of the thread of the nut, the latter creates a stress state of radial compression, which increases friction and additional interference in this section of the thread. The increased friction between the threads in the final section of the nut, the interference from the thread forming process and the additional interference from the stress state of the nut ultimately provide the conditions under which the braking torque of the tightening torque significantly exceeds the moment of self-unscrewing. The coefficient of self-locking nuts _Brk M / M _holes always greater than one and is from 10 to 50, which ensures high reliability samostoporeniya tightening the nuts at the end because of the presence of the end portion of the thread with incomplete profile.

Приведенная в заявке длина конечного участка гайки, равная 2... 3 шагам резьбы, является оптимальной, так как при выходе из указанных пределов не будет обеспечиваться положительный максимальный эффект. The length of the end section of the nut given in the application, equal to 2 ... 3 thread steps, is optimal, since when you leave these limits, a positive maximum effect will not be ensured.

При длине конечного участка резьбы гайки меньше двух шагов не будет обеспечиваться необходимая прочность сформированных витков на срез и смятие. If the length of the final section of the nut thread is less than two steps, the necessary strength of the formed coils for shear and crushing will not be provided.

При длине конечного участка резьбы гайки более трех шагов силы сопротивления деформации и трения будут превосходить прочностные характеристики материала, и витки резьбы на этом участке будут срезаться или сминаться в процессе закручивания гайки. Эффект самостопорения будет исключен. With the length of the final section of the nut thread more than three steps, the forces of resistance to deformation and friction will exceed the strength characteristics of the material, and the turns of the thread in this section will be cut or crushed in the process of tightening the nut. The effect of self-restraint will be ruled out.

В целом предлагаемое изобретение обеспечивает высокую надежность стопорения соединения. Конструкция самостопорящейся гайки проста, технологична и надежна. In general, the present invention provides high reliability of locking the connection. The design of the self-locking nut is simple, technologically advanced and reliable.

Источники информации
1. Орлов П.И. Основы конструирования. В 2-х книгах. Кн. 2. - М.: Машиностроение, 1988, с. 153.Sources of information
1. Orlov P.I. Design Basics. In 2 books. Prince 2. - M .: Engineering, 1988, p. 153.

2. Костин А.П. Гайка составная. А.С. 346515, М. Кл. F 16 B, 33/02. 2. Kostin A.P. Compound nut. A.S. 346515, M. Cl. F 16 B, 33/02.

Claims

1. Self-locking nut made of a workpiece of round, square or hexagonal cross-section, with chamfers and a central hole with an internal thread, divided into two sections, characterized in that the thread of the washer in the initial section is made with a full profile, and in the end - with an incomplete profile thread, the outer diameter of which from the boundary of the sections converges in a cone with the inner diameter of the thread at the rear end of the nut, and the chamfer in the hole is made only in the initial portion of the thread from the side of the supporting surface of the nut.

2. A self-locking nut according to claim 1, characterized in that the length of the thread section with an incomplete profile is within 2-3 steps of the thread of the central hole.