RU223727U1

RU223727U1 - Nut with twist locking mechanism

Info

Publication number: RU223727U1
Application number: RU2023135478U
Authority: RU
Inventors: Евгений Николаевич Волоси; Даниил Сергеевич Грузенко
Original assignee: Евгений Николаевич Волоси
Filing date: 2023-12-27
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Полезная модель относится к крепежным изделиям и может быть использована при соединении конструктивных элементов в различных механизмах или сооружениях для исключения самопроизвольного отвинчивания гайки с резьбы болта. Технический результат заключается в упрощении монтажа элементов конструкции при помощи заявляемой гайки без возможности ее обратного скручивания или демонтажа. Технический результат достигается тем, что гайка с механизмом блокировки скручивания содержит полый корпус с резьбой на внутренней поверхности, при этом в корпусе гайки со стороны резьбовой поверхности выполнено углубление, в котором установлен фиксатор, представляющий собой закрепленную одним концом в углублении пружину с закрепленным на другом ее конце стопорным элементом, таким образом, что в точке его закрепления продольная ось фиксатора образует с радиусом поперечного сечения гайки угол от 30° до 80°, а геометрические размеры фиксатора обеспечивают его расположение внутри углубления в корпусе гайки при нахождении пружины в состоянии сжатия и расположение, по меньшей мере, части стопорного элемента над резьбовой поверхностью внутри гайки при нахождении пружины в свободном состоянии. Заявляемое техническое решение обеспечивает надежное соединение элементов конструкции в широком диапазоне условий эксплуатации, невозможность несанкционированного демонтажа и простоту применения. The utility model relates to fasteners and can be used when connecting structural elements in various mechanisms or structures to prevent spontaneous unscrewing of the nut from the bolt thread. The technical result consists in simplifying the installation of structural elements using the inventive nut without the possibility of twisting it back or dismantling it. The technical result is achieved by the fact that the nut with a torsion locking mechanism contains a hollow body with a thread on the inner surface, while in the nut body on the side of the threaded surface there is a recess in which a latch is installed, which is a spring fixed at one end in the recess with a spring fixed at the other end. end with a locking element, in such a way that at the point of its fastening the longitudinal axis of the latch forms an angle from 30° to 80° with the cross-sectional radius of the nut, and the geometric dimensions of the latch ensure its location inside the recess in the nut body when the spring is in a state of compression and location, at least part of the locking element above the threaded surface inside the nut when the spring is in a free state. The claimed technical solution ensures reliable connection of structural elements in a wide range of operating conditions, the impossibility of unauthorized dismantling and ease of use.

Description

Полезная модель относится к крепежным изделиям и может быть использована при соединении конструктивных элементов в различных механизмах или сооружениях для исключения самопроизвольного отвинчивания гайки с резьбы болта.The utility model relates to fasteners and can be used when connecting structural elements in various mechanisms or structures to prevent spontaneous unscrewing of the nut from the bolt thread.

Традиционно при создании резьбового крепежного соединения, подвергаемого действию знакопеременных или вибрационных нагрузок, либо эксплуатирующихся в условиях с большими перепадами атмосферных параметров (температура, влажность и т.п.), используются самоконтрящиеся гайки, в которых предусмотрен стопорный элемент, усиливающий надежность резьбового соединения. Кроме того, аналогичные решения используются в антивандальных целях.Traditionally, when creating a threaded fastening connection subjected to alternating or vibration loads, or operating in conditions with large differences in atmospheric parameters (temperature, humidity, etc.), self-locking nuts are used, which are equipped with a locking element that enhances the reliability of the threaded connection. In addition, similar solutions are used for anti-vandal purposes.

Известна самоконтрящаяся гайка (см. патент RU № 2347119, МПК F16B39/34, F16B39/06, опубликован 20.02.2009 г.) с отверстиями и вставленными в них пластмассовыми штифтами, при этом отверстия выполнены таким образом, чтобы штифты проникали внутрь резьбы гайки на 50-75% высоты профиля резьбы.A self-locking nut is known (see patent RU No. 2347119, IPC F16B39/34, F16B39/06, published on February 20, 2009) with holes and plastic pins inserted into them, and the holes are made in such a way that the pins penetrate into the threads of the nut on 50-75% of the thread profile height.

В известной гайке при ее накручивании происходит нарезка резьбы в пластмассовых штифтах, материал которых заполняет зазоры между резьбами гайки и болта, что позволяет предотвратить самоотвинчивание при вибрации и сильных ударах. Однако ввиду того, что материал штифтов имеет физико-химические свойства, отличающиеся от свойств материала гайки и болта, с течением времени надежность фиксации может существенно снизится. Кроме того, подобная конструкция не обеспечивает защиты от несанкционированного скручивания гайки.In a known nut, when screwing it on, threads are cut in plastic pins, the material of which fills the gaps between the threads of the nut and bolt, which prevents self-unscrewing during vibration and strong impacts. However, due to the fact that the material of the pins has physical and chemical properties that differ from the properties of the material of the nut and bolt, over time the reliability of fixation may significantly decrease. In addition, such a design does not provide protection against unauthorized twisting of the nut.

Известно стопорящееся резьбовое соединение (см. патент RU №2595589, МПК F16B 39/01, F16B 39/282, опубликован 27.08.2016 г.), включающее болт с резьбовым стержнем, гайку, при этом гайка имеет на торцевой поверхности слой из композита, включающего полимерное связующее, устойчивое к длительному воздействию температуры до 600°С, и наполнитель из высокотвердых дисперсных частиц с эквивалентным диаметром 0,08-0,10 мм и содержанием в композите 50-60 мас.%.A locking threaded connection is known (see patent RU No. 2595589, IPC F16B 39/01, F16B 39/282, published on August 27, 2016), including a bolt with a threaded rod, a nut, and the nut has a layer of composite on the end surface, comprising a polymer binder resistant to prolonged exposure to temperatures up to 600°C, and a filler of high-hard dispersed particles with an equivalent diameter of 0.08-0.10 mm and a content in the composite of 50-60 wt.%.

Известное резьбовое соединение также позволяет предотвратить самоотвинчивание при воздействии нагрузок вибрационного и ударного характера, в том числе в условиях термического воздействия, однако, как и в предыдущем случае с течением времени под действием внешних условий теряет свои свойства, и не обеспечивает защиты от несанкционированного скручивания с него гайки.The known threaded connection also makes it possible to prevent self-unscrewing when exposed to vibration and shock loads, including under thermal conditions, however, as in the previous case, over time under the influence of external conditions it loses its properties and does not provide protection against unauthorized twisting from it nuts

Известно принятое в качестве ближайшего аналога антивандальное резьбовое соединение (см. патент RU №142408, МПК F16B 39/04, опубликован 27.06.2014 г.), содержащая соединяемые элементы, болт, гайку и стопорное средство, препятствующее разборке соединения, при этом стопорное средство выполнено в виде, по меньшей мере, одного штифтового болта со срываемой головкой, под который в боковой грани гайки выполнено поперечное резьбовое отверстие. Дополнительно штифтовый болт может быть выполнен с острым коническим концом, а гайка может включать прижимную часть с гладкой, например конусной, боковой поверхностью и скручиваемую часть с многогранной боковой поверхностью, в которой выполнено указанное отверстие.A vandal-proof threaded connection, adopted as the closest analogue, is known (see patent RU No. 142408, IPC F16B 39/04, published on June 27, 2014), containing the elements to be connected, a bolt, a nut and a locking means that prevents disassembly of the connection, wherein the locking means made in the form of at least one pin bolt with a breakable head, for which a transverse threaded hole is made in the side face of the nut. Additionally, the pin bolt can be made with a sharp conical end, and the nut can include a clamping part with a smooth, for example conical, side surface and a twist part with a multifaceted side surface, in which the specified hole is made.

Известное техническое решение обеспечивает надежное стопорение гайки и препятствует ее несанкционированному демонтажу, однако имеет низкую технологичность монтажа, ввиду необходимости проведения операции ввинчивания штифтового болта, являющегося мелкой деталью, особенно при проведении работ в сложных условиях, например, на высоте, при работах на открытом пространстве в суровом климате и т.п.The known technical solution ensures reliable locking of the nut and prevents its unauthorized dismantling, however, it has low installation manufacturability due to the need to screw in the pin bolt, which is a small part, especially when carrying out work in difficult conditions, for example, at height, when working in open space in harsh climate, etc.

Задачей заявляемого технического решения является обеспечение надежного соединения элементов конструкции в различных условиях эксплуатации.The objective of the proposed technical solution is to ensure reliable connection of structural elements under various operating conditions.

Технический результат заключается в упрощении монтажа элементов конструкции при помощи заявляемой гайки без возможности ее обратного скручивания или демонтажа.The technical result consists in simplifying the installation of structural elements using the inventive nut without the possibility of twisting it back or dismantling it.

Технический результат достигается тем, что гайка с механизмом блокировки скручивания содержит полый корпус с резьбой на внутренней поверхности, при этом в корпусе гайки со стороны резьбовой поверхности выполнено углубление, в котором установлен фиксатор, представляющий собой закрепленную одним концом в углублении пружину с закрепленным на другом ее конце стопорным элементом, таким образом, что в точке его закрепления продольная ось фиксатора образует с радиусом поперечного сечения гайки угол от 20° до 80°, а геометрические размеры фиксатора обеспечивают его расположение внутри углубления в корпусе гайки при нахождении пружины в состоянии сжатия и расположение, по меньшей мере, части стопорного элемента над резьбовой поверхностью внутри гайки при нахождении пружины в свободном состоянии.The technical result is achieved by the fact that the nut with a torsion locking mechanism contains a hollow body with a thread on the inner surface, while in the nut body on the side of the threaded surface there is a recess in which a latch is installed, which is a spring fixed at one end in the recess with a spring fixed at the other end. end with a locking element, such that at the point of its fastening the longitudinal axis of the latch forms an angle from 20° to 80° with the cross-sectional radius of the nut, and the geometric dimensions of the latch ensure its location inside the recess in the nut body when the spring is in a state of compression and location, at least part of the locking element above the threaded surface inside the nut when the spring is in a free state.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 схематически представлено вертикальное осевое сечение гайки, на фиг. 2 - сечение 1-1 фиг. 1, на фиг. 3 - схема суперпозиции сил, действующих на стопорный элемент фиксатора при закручивании (А), откручивании (В), на фиг. 4 - изображение частного варианта исполнения заявляемой гайки.The claimed technical solution is illustrated by drawings, in which in Fig. 1 schematically shows a vertical axial section of a nut; FIG. 2 - section 1-1 Fig. 1, in fig. 3 - diagram of the superposition of forces acting on the locking element of the latch when twisting (A), unscrewing (B), in FIG. 4 - image of a particular version of the proposed nut.

Представленные чертежи предназначены для общего понимания принципиальной конструкции заявляемого технического решения и описывают частные возможные варианты его реализации, не ограничиваясь ими. Так стопорный элемент фиксатора может представлять собой тело с другими геометрическими формами, отличное от шара (например, конус, призму, пирамиду, параллелепипед и т.п.), а углубление может быть выполнено локальным, в виде кольцевой проточки или ее части и т.д. При этом сам термин «углубление» использован в значении места на поверхности, находящегося ниже, глубже относительно уровня окружающей поверхности, в связи с чем «выемка», «отверстие», «щель», «паз» и прочие являются частными вариантами его реализации. Кроме того, количество углублений с установленными в них фиксаторами может быть более одного, также, как и количество фиксаторов, установленных в одном углублении.The presented drawings are intended for a general understanding of the fundamental design of the proposed technical solution and describe particular possible options for its implementation, without being limited to them. Thus, the locking element of the latch can be a body with other geometric shapes, different from a ball (for example, a cone, prism, pyramid, parallelepiped, etc.), and the recess can be made local, in the form of an annular groove or part thereof, etc. d. At the same time, the term “recess” itself is used to mean a place on the surface located lower, deeper relative to the level of the surrounding surface, and therefore “notch”, “hole”, “slot”, “groove” and others are particular variants of its implementation. In addition, the number of recesses with latches installed in them can be more than one, as well as the number of latches installed in one recess.

Термин «пружина» означает деталь механизма, служащую для временного накопления потенциальной энергии за счет упругой деформации под влиянием нагрузки (приложенной извне силы) и отдачи накопленной энергии после прекращения действия нагрузки с восстановлением своей формы. Поэтому конструкция пружины, применяемой в заявляемом устройстве может быть различной, отличающейся от представленной на чертежах.The term “spring” means a part of a mechanism that serves for the temporary accumulation of potential energy due to elastic deformation under the influence of a load (externally applied force) and the release of the accumulated energy after the load ceases to restore its shape. Therefore, the design of the spring used in the inventive device may be different, different from that shown in the drawings.

Гайка с механизмом блокировки скручивания включает корпус 1 с выполненной на его внутренней поверхности резьбой 2, углубление 3, фиксатор, состоящий из пружины 4 и стопорного элемента 5.A nut with a torsion locking mechanism includes a body 1 with a thread 2 made on its inner surface, a recess 3, a retainer consisting of a spring 4 and a locking element 5.

Гайка с механизмом блокировки скручивания работает следующим образом.A nut with a torsion lock mechanism works as follows.

Гайку устанавливают над ответной деталью определенной стороной, чтобы в процессе закручивания при взаимодействии резьбового выступа ответной детали со стопорным элементом 5 направление движения последнего приводило к сжатию пружины 4, после чего начинают накручивание гайки на ответную деталь. В процессе накручивания происходит процесс сопряжения поверхности резьбы 2 корпуса 1 гайки с резьбовой поверхностью ответной детали. В определенный момент резьба ответной детали доходит до расположения углубления 3 и начинает взаимодействовать с выступающей из него частью стопорного элемента 5 (со стороны резьбового выступа ответной детали на стопорный элемент 5 начинает действовать сила F1, направленная по касательной к точке их сопряжения). Поскольку стопорный элемент 5 закреплен на конце пружины 4 и имеет возможность перемещения, он, под действием составляющей F1* силы F1, направленной по продольной оси фиксатора, давит на пружину 4. Со стороны пружины 4 на стопорный элемент 5 начинает действовать сила сопротивления сжатию пружины F2, противоположная по направлению F1*. При достижении F1* > F2 стопорный элемент 5 начинает сжимать пружину 4 и вместе с ней постепенно полностью утапливается в углубление 3 в корпусе 1, обеспечивая возможность дальнейшего накручивания. При этом составляющая F1**, направленная перпендикулярно продольной оси фиксатора на его смещение внутрь углубления 3 не влияет (возможности перемещения в этом направлении нет).The nut is installed above the mating part with a certain side so that during the tightening process, when the threaded protrusion of the mating part interacts with the locking element 5, the direction of movement of the latter leads to compression of the spring 4, after which they begin to screw the nut onto the mating part. During the screwing process, the process of mating the thread surface 2 of the nut body 1 with the threaded surface of the mating part occurs. At a certain moment, the thread of the mating part reaches the location of the recess 3 and begins to interact with the part of the locking element 5 protruding from it (from the side of the threaded protrusion of the mating part, a force F1 begins to act on the locking element 5, directed tangentially to the point of their mating). Since the locking element 5 is fixed at the end of the spring 4 and has the ability to move, it, under the action of the component F1* of the force F1 directed along the longitudinal axis of the latch, presses on the spring 4. From the side of the spring 4, the compression resistance force of the spring F2 begins to act on the locking element 5 , opposite in direction F1*. When F1* > F2 is reached, the locking element 5 begins to compress the spring 4 and together with it is gradually completely recessed into the recess 3 in the housing 1, providing the possibility of further winding. In this case, the component F1**, directed perpendicular to the longitudinal axis of the latch, does not affect its displacement into recess 3 (there is no possibility of movement in this direction).

После полного закручивания гайки (до заданной глубины, достижения определенного момента силы и т.п.) процесс ее обратного откручивания становится невозможным, поскольку в этом случае составляющая F1* силы F1 направлена в том же направлении, что и сила сопротивления сжатию пружины F2, и при ее увеличении стопорный элемент 5 фиксатора только сильнее прижимается к поверхности резьбового выступа ответной детали, не позволяя произвести смещение гайки и ответной детали относительно друг друга.After completely tightening the nut (to a given depth, reaching a certain moment of force, etc.), the process of unscrewing it back becomes impossible, since in this case the component F1* of the force F1 is directed in the same direction as the force of resistance to compression of the spring F2, and as it increases, the locking element 5 of the latch only presses harder against the surface of the threaded protrusion of the mating part, preventing the nut and the mating part from moving relative to each other.

Необходимость закрепления фиксатора в углублении 3 таким образом, чтобы его продольная ось в точке крепления образовывала с радиусом поперечного сечения гайки угол от 20° до 80°, обусловлена тем, что:The need to secure the latch in recess 3 so that its longitudinal axis at the fastening point forms an angle from 20° to 80° with the cross-sectional radius of the nut is due to the fact that:

- при углах менее 20° величина составляющей F1* может стать меньше величины составляющей F1**, в этом случае при увеличении силы F, силы реакции опоры, определяющие величину силы трения между резьбовым выступом ответной детали и стопорным элементом 5, будут расти быстрее, чем суммарная сила ̅F1* + ̅F2, что может приводить к закусыванию гайки непосредственно в процессе накручивания,- at angles less than 20°, the value of the component F1* may become less than the value of the component F1**, in this case, with an increase in force F, the support reaction forces, which determine the magnitude of the friction force between the threaded protrusion of the mating part and the locking element 5, will grow faster than total force ̅F1* + ̅F2, which can lead to the nut biting directly during the screwing process,

- при углах более 80° технологически проблематично обеспечить расположение фиксатора внутри углубления в корпусе 1 гайки при нахождении пружины 4 в состоянии сжатия и, одновременно, расположение, по меньшей мере, части стопорного элемента 5 над резьбовой поверхностью внутри гайки при нахождении пружины 4 в свободном состоянии.- at angles greater than 80°, it is technologically problematic to ensure the location of the latch inside the recess in the nut body 1 when the spring 4 is in a state of compression and, at the same time, the location of at least part of the locking element 5 above the threaded surface inside the nut when the spring 4 is in a free state .

При проведении эксплуатационных испытаний опытных образцов (использовались гайки различных типоразмеров, каждая с наличием одного фиксатора, накручивание производилось на шпильки, ориентированные горизонтально, вертикально и под углом ~ 45° к поверхности земли) технического решения были получены следующие результаты.When conducting operational tests of prototypes (nuts of various sizes were used, each with one lock, screwing was carried out on studs oriented horizontally, vertically and at an angle of ~ 45° to the ground surface) of the technical solution, the following results were obtained.

Гайка М10:Nut M10:

- усилие при затяжке 22 Н*м,- tightening force 22 N*m,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 110 Н*м (далее срывает шлицы).- the maximum force when unwinding is 110 N*m (then it breaks the splines).

Гайка М12:Nut M12:

- усилие при затяжке 36 Н*м,- tightening force 36 N*m,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 205 Н*м (далее срывает шлицы).- maximum force when unwinding is 205 N*m (then it breaks the splines).

Гайка М16:Nut M16:

- усилие при затяжке 55 Н*м,- tightening force 55 N*m,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 260 Н*м (далее срывает шлицы).- maximum force when unwinding is 260 N*m (then it breaks the splines).

Гайка М20:Nut M20:

- усилие при затяжке 100 Н*м,- tightening force 100 N*m,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 320 Н*м (далее срывает шлицы).- maximum force when unwinding is 320 N*m (then it breaks the splines).

Гайка М24:Nut M24:

- усилие при затяжке 150 Н*м,- tightening force 150 N*m,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 400 Н*м (деформация шпильки).- maximum force when unwinding is 400 N*m (pin deformation).

Гайка М27:Nut M27:

- усилие при затяжке 150 Н*м,- tightening force 150 N*m,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 550 Н*м (деформация шпильки).- maximum force when unwinding is 550 N*m (pin deformation).

Гайка М42:Nut M42:

- усилие при затяжке 150 Н*м,- tightening force 150 N*m,

- максимальное усилие при попутке раскручивания 700 Н*м (деформация шпильки).- maximum force when unwinding is 700 N*m (pin deformation).

Заявляемое техническое решение обеспечивает надежное соединение элементов конструкции в широком диапазоне условий эксплуатации, невозможность несанкционированного демонтажа и простоту применения.The claimed technical solution ensures reliable connection of structural elements in a wide range of operating conditions, the impossibility of unauthorized dismantling and ease of use.

Claims

A nut with a torsion locking mechanism, containing a hollow body with a thread on the inner surface, characterized in that a recess is made in the nut body on the side of the threaded surface, in which a latch is installed, which is a spring fixed at one end in the recess with a locking element fixed at its other end , in such a way that at the point of its fastening the longitudinal axis of the latch forms an angle from 20° to 80° with the cross-sectional radius of the nut, and the geometric dimensions of the latch ensure its location inside the recess in the nut body when the spring is in a state of compression and the location of at least , part of the locking element above the threaded surface inside the nut when the spring is in a free state.