RU2533705C1

RU2533705C1 - Method and device for tightening and loosening of high-load threaded joint

Info

Publication number: RU2533705C1
Application number: RU2013122790/12A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Малыгин; Николай Владимирович Лобанов; Олег Викторович Рохин; Антон Викторович Басакин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Центр судоремонта "Звездочка"
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-11-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: method and device for tightening and loosening of a high-load threaded joint consisting of two parts being coupled, a threaded rod with a flange head and a set of washers made from shape memory material which are divided by thermoinsulating spacers between each other and between other pairs, one of the washers is predeformed in axial direction and at individual heating provides for tightening force and the second washer is predeformed in its section in the radial direction and (if disassembly is required) at individual heating loosens the tightening.

EFFECT: improved productivity and reduced labour intensity of assembly-disassembly operations at making high-load threaded joints.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области общего и специального машиностроения и может быть использовано во всех областях промышленного производства для соединения высоконагруженных элементов механических конструкций.The invention relates to the field of general and special mechanical engineering and can be used in all areas of industrial production for connecting highly loaded elements of mechanical structures.

Известны способ и устройство механического резьбового соединения деталей машин с помощью пары «шпилька - гайка» [ГОСТ 22043-76 Шпильки для деталей с гладкими отверстиями. Класс точности А.] - аналог.A known method and device for the mechanical threaded connection of machine parts using a pair of "stud-nut" [GOST 22043-76 Studs for parts with smooth holes. Accuracy class A.] - analogue.

Недостатками таких способа и устройства являются увеличенные осевые (по сравнению с болтами) и неудобство разъема конструкции в связи с необходимостью снятия одной из соединяемых деталей со шпилек, что в условиях стесненного ограниченного пространства является проблематичным.The disadvantages of this method and device are the increased axial (compared to bolts) and the inconvenience of the design connector due to the need to remove one of the parts to be connected from the studs, which is problematic in the conditions of tight space.

Известны способ и устройство механического разъема соединения с помощью болта [ГОСТ 7805-70 Болты с шестигранной головкой] - аналог.A known method and device for the mechanical connector of the connection with a bolt [GOST 7805-70 Hexagon bolts] - analogue.

Недостатками такого решения являются большие размеры диаметра болта для создания гарантированной затяжки в высоконагруженном соединении, исходя из условия прочности, по причине больших касательных напряжений, возникающих в болте от момента затяжки, а также трудность сборки и конструкции при эксплуатации, особенно в стесненных условиях ограниченного пространства.The disadvantages of this solution are the large size of the diameter of the bolt to create a guaranteed tightening in a highly loaded connection, based on the strength conditions, due to the large shear stresses arising in the bolt from the moment of tightening, as well as the difficulty of assembly and design during operation, especially in cramped conditions of limited space.

Известна конструкция сложного дифференциального резьбового соединения, обеспечивающего закрепление деталей за счет промежуточной резьбовой втулки, имеющей внутреннюю и наружную резьбу с различным шагом, что позволяет обеспечить усилие затяжки за счет разности шага резьбы [Патент DE №102009023 518 (А1) от 02.12.2010] - аналог.A known design of a complex differential threaded connection, providing fastening of parts due to the intermediate threaded sleeve having internal and external threads with different pitch, which allows to provide the tightening force due to the difference in thread pitch [DE Patent No. 102009023 518 (A1) from 02.12.2010] - analogue.

Недостатком такого устройства является сложность и трудоемкость соединения элементов конструкции в процессе эксплуатации.The disadvantage of this device is the complexity and complexity of connecting structural elements during operation.

Известна конструкция резьбового соединения, в котором дополнительное усилие затяжки создается с помощью нескольких домкратных болтов, ввинчиваемых через резьбовые отверстия по периферийной части головки основного болта [Патент US №6.537.031 В1 от 25.03.2003] - аналог.A known design of a threaded connection, in which an additional tightening force is created using several jack bolts screwed through the threaded holes on the peripheral part of the head of the main bolt [US Patent No. 6.537.031 B1 of 03.25.2003] - analogue.

Недостатками такого способа и устройства являются неравномерность затяжки и трудоемкость при последовательном закручивании дополнительных домкратных болтов, что сказывается на надежности затяжки из-за внецентренного неравномерного нагружения.The disadvantages of this method and device are the unevenness of the tightening and the complexity when sequentially tightening additional jack bolts, which affects the reliability of the tightening due to eccentric uneven loading.

Известен также способ соединения, в котором сила затяжки резьбового соединения обеспечивается за счет набора шайб, выполненных из материала с эффектом памяти формы [А.С. СССР №1413320, МПК F16D 1/00, F16L 23/03, 1988 г.] - прототип.There is also known a connection method in which the tightening force of a threaded connection is provided by a set of washers made of a material with a shape memory effect [A.S. USSR No. 1413320, IPC F16D 1/00, F16L 23/03, 1988] - prototype.

Недостатком прототипа является сложность эксплуатации, например, данная конструкция не решает проблемы ослабления затяжки (откручивания) высоконагруженных резьбовых соединений, связанной с необходимостью создания большого момента.The disadvantage of the prototype is the complexity of operation, for example, this design does not solve the problem of loosening the tightening (loosening) of high-loaded threaded connections associated with the need to create a large moment.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение производительности и снижения трудоемкости сборочно-разборочных операций при выполнении высоконагруженных резьбовых соединений путем уменьшения момента, необходимого для затяжки и ослабления резьбового соединения, снижающего касательные напряжения в болте или шпильке и его компенсации за счет увеличения или уменьшения дополнительных осевых сил.The task to which the claimed invention is directed is to increase productivity and reduce the complexity of assembly and disassembly operations when performing highly loaded threaded joints by reducing the torque required to tighten and loosen the threaded joint, which reduces shear stresses in the bolt or stud and compensates for it by increasing or reduction of additional axial forces.

Это достигается тем, что между головкой болта или гайкой шпильки и закрепляемой деталью устанавливается пара или несколько пар шайб, изготовленных из материала с эффектом памяти формы (ЭПФ) и разделенных между собой термоизоляционными прокладками. Одна из шайб предварительно при температуре мартенситных превращений сплава с ЭПФ осаживается в осевом направлении и при индивидуальном контактном нагреве выше температуры обратного мартенситного превращения восстанавливает свое недеформированное состояние, чем и создает усилие затяжки. Вторая шайба предварительно при температуре мартенситных превращений сплава с ЭПФ деформируется по сечению в радиальном направлении и (при необходимости разборки) при индивидуальном контактном нагреве выше температуры обратного мартенситного превращения восстанавливает свое недеформированное состояние, чем и ослабляет усилие затяжки.This is achieved by the fact that between the head of the bolt or the nut of the stud and the fixed part a pair or several pairs of washers are installed, made of a material with a shape memory effect (EPF) and separated by heat-insulating gaskets. One of the washers is preliminarily precipitated in the axial direction at the temperature of martensitic transformations of the alloy with an EPF and, upon individual contact heating above the temperature of the reverse martensitic transformation, restores its undeformed state, which creates a tightening force. The second washer is preliminarily at a temperature of martensitic transformations of an alloy with an EPF deformed along the cross section in the radial direction and (if necessary, disassembled), when individually contacted above the temperature of the reverse martensitic transformation, it restores its undeformed state, which weakens the tightening force.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 представлена схема затяжки соединения, на фиг.2 - схема ослабления затяжки соединения.The invention is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a diagram of a tightening connection, Fig. 2 is a diagram of a weakening of a tightening connection.

Конструкция, реализующая способ затяжки и ослабления высоконагруженного резьбового соединения, включает соединяемую деталь 1 с цилиндрическим отверстием 2 и соединяемую деталь 3 с резьбовым отверстием 4, в которое ввинчен резьбовой стержень 5 (болт или шпилька) с фланцевой головкой 6 (головка болта или гайка шпильки), две шайбы 7 и 8, установленные под фланцевой головкой 6 (головкой болта или гайкой шпильки), на боковых поверхностях шайб 7 и 8 закреплены электрические нагреватели (ТЭНы) 9 и 10, а шайбы разделены термоизоляционной прокладкой 11. Шайбы 7 и 8 выполнены из материала с памятью формы и предварительно деформированы при температурах прямого мартенситного превращения - шайба 7 в осевом направлении, а шайба 8 - в радиальном по сечению направлении.A design that implements a method of tightening and loosening a highly loaded threaded connection includes a joined part 1 with a cylindrical hole 2 and a connected part 3 with a threaded hole 4, into which a threaded rod 5 (bolt or stud) is screwed with a flange head 6 (bolt head or stud nut) , two washers 7 and 8, installed under the flange head 6 (bolt head or stud nut), on the side surfaces of the washers 7 and 8, electric heaters 9 and 10 are fixed, and the washers are separated by a heat-insulating gasket 11. Washers S 7 and 8 are made of material with shape memory and are pre-deformed at temperatures of direct martensitic transformation — the washer 7 in the axial direction, and the washer 8 — in the direction radial to the cross section.

Способ осуществляется следующим образом. В цилиндрическое отверстие 2 детали 1 и в резьбовое отверстие 4 детали 3 завинчивают резьбовой стержень 5, под фланцевую головку 6 соосно устанавливают шайбы 7 и 8, с закрепленными на их боковых поверхностях ТЭНами 9 и 10, разделенные термоизоляционной прокладкой 11. Резьбовой стержень 5 (болт или шпилька) завинчивают до полного устранения зазора в стыках между шайбами 7 и 8 и поверхностями соединяемых деталей 1 и 3. Для затяжки резьбового соединения подают питание на ТЭН 9. При этом шайбу 7 из материала с памятью формы, которая предварительно при температуре прямого мартенситного превращения деформируется (осаживается) в осевом направлении на величину, превышающую расчетную вытяжку резьбового стержня 5, нагревают до температуры обратного мартенситного превращения, и шайба 7 стремится вернуться к форме, имевшейся до ее предварительной деформации, тем самым вызывая вытяжку резьбового стержня 5 и соответственно затяжку резьбового соединения.The method is as follows. A threaded rod 5 is screwed into a cylindrical hole 2 of part 1 and a threaded hole 4 of part 3, washers 7 and 8 are coaxially mounted under the flange head 6, with heating elements 9 and 10 fixed to their side surfaces, separated by a heat-insulating gasket 11. Threaded rod 5 (bolt or stud) screw until the gap in the joints between the washers 7 and 8 and the surfaces of the connected parts 1 and 3 is completely eliminated. To tighten the threaded connection, power is supplied to the heater 9. Moreover, the washer 7 is made of material with a shape memory that is previously at The direct martensitic transformation temperature is deformed (deposited) in the axial direction by an amount exceeding the calculated hood of the threaded rod 5, heated to the temperature of the reverse martensitic transformation, and the washer 7 tends to return to the shape that existed before its preliminary deformation, thereby causing the threaded rod 5 to be drawn accordingly tightening the threaded connection.

Для ослабления резьбового соединения подают питание на ТЭН 10. Шайбу 8 из материала с памятью формы, которая предварительно при температуре прямого мартенситного превращения в радиальном направлении деформируется так, чтобы ее удлинение в осевом направлении превышало осадку шайбы 7, нагревают до температуры обратного мартенситного превращения, и шайба 8 стремится вернуться к форме, имевшейся до ее предварительной деформации, тем самым уменьшая вытяжку резьбового стержня 5 до нуля, и соответственно ослабляя затяжку резьбового соединения.To loosen the threaded connection, power is supplied to the heating element 10. A washer 8 made of a material with a shape memory that is previously deformed at a temperature of direct martensitic transformation in the radial direction so that its elongation in the axial direction exceeds the draft of the washer 7, is heated to the temperature of the reverse martensitic transformation, and the washer 8 tends to return to the shape that existed before its preliminary deformation, thereby reducing the exhaust of the threaded rod 5 to zero, and accordingly weakening the tightening of the threaded connection.

Claims

1. A method of tightening and loosening a highly loaded threaded connection, which consists in sequentially heating each of a set of washers made of a material with a shape memory effect until the required tightening value is achieved, characterized in that a pair is installed between the bolt head (or stud nut) and the fixed part or a set of pairs separated by a heat-insulating gasket, washers made of a material with a shape memory effect, one of which is pre-deformed in the axial direction and with an individual contact on roar creates tightening force, and the second pre-deformed in the radial direction of the cross section and (if necessary disassembly) at individual contact heating weakens tightening force.

2. A device for tightening and loosening a highly loaded threaded connection, consisting of two connected parts, containing a threaded rod with a flange head and a set of washers from a material with a shape memory effect, characterized in that the set of washers is made of pairs separated by heat-insulating gaskets between themselves and other pairs moreover, one of the pair of washers is pre-deformed in the axial direction, and the second, in cross section, in the radial direction.