RU2605373C2 - Болтовое соединение деталей - Google Patents
Болтовое соединение деталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605373C2 RU2605373C2 RU2015108362/12A RU2015108362A RU2605373C2 RU 2605373 C2 RU2605373 C2 RU 2605373C2 RU 2015108362/12 A RU2015108362/12 A RU 2015108362/12A RU 2015108362 A RU2015108362 A RU 2015108362A RU 2605373 C2 RU2605373 C2 RU 2605373C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- head
- conical
- bolt
- section
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B35/00—Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws
- F16B35/04—Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws with specially-shaped head or shaft in order to fix the bolt on or in an object
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B35/00—Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws
- F16B35/04—Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws with specially-shaped head or shaft in order to fix the bolt on or in an object
- F16B35/041—Specially-shaped shafts
Abstract
Предложено болтовое соединение деталей. Оно включает изготовление болта, установку болта в отверстие деталей и затягивание гайкой, при этом болт изготавливают из головки и стержня отдельно, стержень выполняют с конусным участком на одном конце стержня и с цилиндрическим с нанесенной резьбой участком на противоположном конце стержня. Конусный и цилиндрический участки стержня сопряжены радиусной поверхностью, а угол конуса, расширяющегося к концу стержня участка, противоположного участку с резьбой, выполняют равным 6-15°; головку высотой h=(0,65-1)dс (диаметра стержня) выполняют с конусным сквозным отверстием, угол конуса отверстия в головке выполняют соответствующим углу конуса расширяющегося участка стержня. После этого стержень вставляют в конусное отверстие головки до соприкосновения конусных поверхностей стержня и головки и вводят собранный болт в отверстие соединяемых деталей и производят соединение деталей путем установки и затягивания гайки. При этом по образующей конусной поверхности головки выполняют канавку (паз) поперечного сечения размером, например, 1,5×1,3 мм (фиг. 2), в которую помещают пруток ⌀1,5 мм из материала более твердого, чем материал стержня, таким образом, чтобы он выступал из конусной поверхности на величину 0,2-0,3 мм на длине не более 0,7 длины образующей головки от торца головки с большим диаметром. 3 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к технической физике, более конкретно к крепежным элементам деталей и узлов, и может быть использовано при производстве болтовых соединений с помощью болтов, преимущественно из титановых сплавов, работающих при циклических нагрузках в авиастроении, судостроении и других отраслях промышленности, для повышения надежности и долговечности соединений.
Уровень техники
Метод изготовления титанового крепежа механической обработкой характеризуется большой трудоемкостью, невысоким коэффициентом использования металла и низкой производительностью, а следовательно, и высокой стоимостью деталей крепления. Кроме того, метод точения не обеспечивает достаточно высоких механических свойств болтов, особенно усталостной прочности из-за концентрации напряжений в зоне резкого перехода поверхности опорного бурта головки болта к цилиндрической поверхности стержня болта (в шейке болта) из-за невыгодного распределения линий течения металла в зоне головки. В таких болтах в зоне перехода от головки к стержню легко зарождаются усталостные трещины, которые распространяются вдоль волокон, вызывая разрушение деталей. В связи с этим метод точения был заменен на технологию изготовления деталей крепления с горячей высадкой головки. При этом методе температура заготовки, необходимая для осуществления горячей высадки, составляет не менее 600-700°С.
Наибольшую производительность обеспечивает технология изготовления деталей крепления с холодной высадкой головок, особенно при изготовлении деталей крепления небольшого диаметра. Однако и этому методу присущи недостатки: а) необходимость обеспечения высокого качества поверхности заготовок и точности их геометрии; б) высокие удельные давления высадки, что приводит к довольно быстрому износу инструмента; в) требование высокого уровня пластических и технологических свойств исходного материала; г) неизбежность применения смазки, ограничение номенклатуры болтами малого диаметра - до 8-10 мм.
Обычно способ болтового соединения деталей включает: изготовление болта, установку болта в отверстие деталей и затягивание его гайкой.
При изготовлении разнообразных конструкций широко используются различные виды разъемного соединения и крепления деталей. Наиболее распространен способ резьбового соединения посредством элементов деталей крепежа типа болт, винт и т.п. При этом болт, винт и др. традиционно содержат выполненные монолитно стержень и головку болта (патент RU №2216658 и Технология изготовления титановых деталей крепления. М.: Металлургия, 1996 г., 143 с.), винта (ОСТ 1.76508-86).
Известен болт по патенту РФ №2057255, МПК F16B 35/04, 1996 г.
По данному патенту изготовление болта производится следующим образом: из заготовки цилиндрической формы вытачивают болт, далее сверлят осевое отверстие с коническим дном в головке болта и устанавливают в него сплошную заглушку. Болт обеспечивает снижение коэффициента концентрации напряжений и увеличивает долговечность.
Недостатком такой конструкции в случае изготовления болтов из титана является низкий коэффициент использования материала, что приводит к удорожанию болтовых соединений.
Недостатком этих аналогов можно считать также высокую трудоемкость изготовления традиционного монолитного болта, особенно из труднообрабатываемого материала, например титанового сплава, и относительно низкий коэффициент использования материала (КИМ). Известен способ изготовления сваркой трением деталей, преимущественно типа болт, состоящих из стержня и головки (патент Германии №19917071, B23K 20/12, 1999 г.). По данному способу на стержне и головке выполняют конусные участки с наружной и внутренней конусными поверхностями соответственно, по которым детали сопрягаются и сжимаются друг с другом. При этом стержень выполняют сужающимся к концу. При вращении одной из деталей происходит фрикционный нагрев до пластифицирования материала в зоне трения, и при их сжатии образуется сварное соединение.
Основными недостатками всех указанных выше патентов являются недостаточно плавное сопряжение поверхностей (галтели) стержня и головки, что отрицательно влияет на ресурс соединения, а также ослабление стержня в месте сопряжения, изготовленного из материала, чувствительного к термическому циклу сварки, что также снижает прочность соединения.
Известно болтовое соединение деталей патент №2384762 (прототип), в котором головку и стержень болта изготовляют отдельно. Стержень выполняют с конусным расширением на конце, противоположном концу с нанесенной резьбой. Головку выполняют с конусным сквозным отверстием, угол конуса отверстия в головке выполняют соответствующим углу конуса расширенного участка стержня. После чего стержень вставляют в конусное отверстие головки и производят соединение деталей путем установки и затягивания гайки. При этом стержень выполняют с конусным и цилиндрическим участками стержня, сопряженными радиусной поверхностью, а угол конуса расширяющегося участка стержня выполняют равным 6-15°.
Недостаток: существует возможность проворота головки относительно стержня, выработка, снижение ресурса.
Сущность изобретения
Задачей предложенного изобретения является разработка такой схемы соединения деталей болтами, которая позволила бы повысить усталостную прочность соединения, выполняемого преимущественно болтами из титановых сплавов. При этом изобретение должно исключить возможность проворота головки относительно стержня болта при знакопеременных вибронагружениях и повысить ресурс соединения.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в изобретении болтового соединения деталей, включающем изготовление болта, установку болта в отверстие деталей и затягивание гайкой, болт изготавливают из головки и стержня отдельно, при этом стержень выполняют с конусным расширением на конце, противоположном концу с нанесенной стандартной резьбой, головку выполняют с конусным сквозным отверстием, угол конуса отверстия в головке выполняют соответствующим углу конусности расширенного участка стержня. При этом вдоль образующей поверхности головки выполняют канавку (паз) размером, например, 1,5×1,3 мм, в которую помещают пруток ⌀1,5 мм из материала более твердого, чем материал стержня, таким образом, чтобы он выступал из конусной поверхности на величину 0,2-0,3 мм на длине не более 0,7 длины образующей конусной поверхности головки, начиная от торца головки с большим диаметром, после чего стержень вставляют в конусное отверстие головки и производят соединение деталей. Если выступание прутка меньше 0,2 мм - возможны сдвиги головки относительно стержня, что увеличивает износ, выработку материала и снижение ресурса. Если более 0,3 мм - эффективность снижается, поскольку в зоне выступающего прутка между поверхностями головки и стержня увеличивается зазор, головка приближается к шейке стержня, при этом увеличивается износ и снижается ресурс соединения.
Кроме того, в изобретении болтового соединения деталей угол конуса расширяющегося участка стержня выполняют равным 6-15°. Такое выполнение болтового соединения позволяет увеличить ресурс соединений деталей с использованием болтов из титановых сплавов, увеличить КИМ.
Перечень чертежей
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
Фиг. 1 - показывает элемент болта - стержень;
Фиг. 2 - показывает элемент болта - головку с пазом с установленным в него прутком;
Фиг. 3 - соединение деталей в разрезе.
Обозначения на фигурах
1 - стержень;
2 - головка;
3 - шлиц;
4 - конусный участок стержня;
5 и 5′ - соединяемые детали;
6 - пруток;
7 - гайка.
Осуществление изобретения
Соединение по данному изобретению осуществляют следующим образом.
Болт изготавливают из двух отдельных составляющих элементов:
- стержня, выполняемого с цилиндрическим участком, несущим резьбу с одного конца, и с конусным расширением на другом конце, противоположном концу с нанесенной стандартной резьбой;
- головки с конусным сквозным отверстием, угол конуса которого соответствует углу конусности расширяющегося участка стержня и с пазом под установку прутка.
Головку 2 (см. фиг. 2) выполняют с высотой h=(0,65-1)dc (диаметра стержня).
Стержень 1 (см. фиг. 1) выполнен с конусным расширением 4 с углом конуса, равным 6-15°. При угле конуса меньше 6° не обеспечивается достаточно прочного соединения стержня с головкой при габаритных (или геометрических) параметрах головок стандартных болтов. Кроме того, при меньших углах не обеспечивается требуемое качество деталей, поскольку при принятых допусках возможно значительное заглубление конусного участка стержня в конусное отверстие головки. При углах конусности больше 15° резко уменьшается КИМ, а эффект практически не меняется.
Конусный и цилиндрический участки стержня сопряжены радиусной поверхностью. Длина конусного участка Lк стержня составляет (1,4-1,5)h, где h - высота стандартной головки. При меньшей длине Lк коническая поверхность головки не размещается целиком на конической поверхности стержня и выступающая за торец стержня часть головки не несет полезной нагрузки. При большей длине Lк лишняя часть стержня выступает из головки, не несет полезной нагрузки, также снижается КИМ. Предусмотрен запас длины конического участка стержня - 0,5 мм для возможного при затяжке продвижения стержня относительно головки.
С данным болтом используются стандартные гайки с диаметром резьбы, соответствующим диаметру резьбы стержня.
Головку и стержень возможно изготавливать из разных материалов в зависимости от условий работы соединения: рабочей среды, температурных условий и др. специальных технических требований. Так, например, возможны комбинации: титан с титаном; титан со сталью; титан с медью или медными сплавами.
Соединение деталей болтом выполняется следующим образом.
В соединяемых деталях 5 и 5′ (см. фиг. 3) сверлят отверстие (лучше - в сборе).
Предварительно в канавку (паз) на конической поверхности головки укладывают пруток 6 от большего диаметра головки, замеряют величину выступа прутка над конической поверхностью головки. Если выступ в пределах 0,2-0,3 мм, то стержень 1 вводят цилиндрическим концом в конусное отверстие головки со стороны ее большего диаметра до соприкосновения конических поверхностей стержня 1 и головки 2; вводят стержень 1 цилиндрическим участком с резьбой в отверстие в собранных под крепление деталей 5 и 5′ и продвигают его до контакта опорной поверхности головки с поверхностью детали. На выступающую из детали резьбовую цилиндрическую часть стержня 1 навинчивают стандартную гайку 7 и затягивают ее, при этом с использованием, например, отвертки, которую вставляют в шлиц 3 на расширенном торце стержня, удерживают его от вращения относительно головки и гайку затягивают.
Преимущества предлагаемого изобретения крепления пакета из двух и более деталей и элементов крепления для него:
- повышение усталостной прочности соединения за счет устранения причин ослабления опасной зоны стержня вблизи опорной поверхности головки, таких как концентрация напряжений;
- возможность использования для стержня и головки разных конструкционных материалов в зависимости от технических требований в условиях эксплуатации;
- раздельное изготовление стержня и головки улучшает условия механической обработки и получение более высокой чистоты поверхности стержня в опасной зоне сопряжения его цилиндрической поверхности с конусной, что особенно важно для повышения прочности и ресурса.
Claims (1)
- Болтовое соединение деталей, включающее изготовление болта, установку болта в отверстие деталей и затягивание гайкой, при этом болт изготавливают из головки и стержня отдельно, стержень выполняют с конусным участком на одном конце стержня и с цилиндрическим с нанесенной резьбой участком на противоположном конце стержня, конусный и цилиндрический участки стержня сопряжены радиусной поверхностью, а угол конуса, расширяющегося к концу стержня участка, противоположного участку с резьбой, выполняют равным 6-15°; головку высотой h=(0,65-1)dс (диаметра стержня) выполняют с конусным сквозным отверстием, угол конуса отверстия в головке выполняют соответствующим углу конуса расширяющегося участка стержня; после чего стержень вставляют в конусное отверстие головки до соприкосновения конусных поверхностей стержня и головки и вводят собранный болт в отверстие соединяемых деталей и производят соединение деталей путем установки и затягивания гайки, отличающееся тем, что по образующей конусной поверхности головки выполняют канавку (паз) поперечного сечения размером, например, 1,5×1,3 мм (фиг. 2), в которую помещают пруток ⌀1,5 мм из материала более твердого, чем материал стержня, таким образом, чтобы он выступал из конусной поверхности на величину 0,2-0,3 мм на длине не более 0,7 длины образующей головки от торца головки с большим диаметром.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015108362/12A RU2605373C2 (ru) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Болтовое соединение деталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015108362/12A RU2605373C2 (ru) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Болтовое соединение деталей |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015108362A RU2015108362A (ru) | 2016-09-27 |
RU2605373C2 true RU2605373C2 (ru) | 2016-12-20 |
Family
ID=57018311
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015108362/12A RU2605373C2 (ru) | 2015-03-11 | 2015-03-11 | Болтовое соединение деталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2605373C2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1747082A (en) * | 1926-10-27 | 1930-02-11 | Ferdinand Maximiliaan Paul De | Nut or screw connection with device to prevent loosening |
US3058386A (en) * | 1957-09-25 | 1962-10-16 | Earle L Morrow | Binding device with contracting segments having radius smaller than rod engaged thereby |
SU1703871A1 (ru) * | 1989-04-25 | 1992-01-07 | Новгородский Политехнический Институт | Соединение деталей с односторонним доступом |
-
2015
- 2015-03-11 RU RU2015108362/12A patent/RU2605373C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1747082A (en) * | 1926-10-27 | 1930-02-11 | Ferdinand Maximiliaan Paul De | Nut or screw connection with device to prevent loosening |
US3058386A (en) * | 1957-09-25 | 1962-10-16 | Earle L Morrow | Binding device with contracting segments having radius smaller than rod engaged thereby |
SU1703871A1 (ru) * | 1989-04-25 | 1992-01-07 | Новгородский Политехнический Институт | Соединение деталей с односторонним доступом |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015108362A (ru) | 2016-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3052821B1 (en) | Asymmetric fastener recess and key | |
US1969796A (en) | Separable fastener and installation thereof | |
CN101583802B (zh) | 具有预设扭矩的螺纹紧固件 | |
KR102095849B1 (ko) | 나사식 패스너를 조이기 위한 장치 | |
US20150176623A1 (en) | Self-Drilling and Tapping Screw for Directly Screwing Together Components Without Pilot Holes and A Component Assembly Made in This Way | |
EP3364049B1 (en) | Radiused lead-in for interference fit fasteners | |
KR20100021529A (ko) | 스레드 형성 스크류 스레드 및 대응하는 스레드 롤 다이 | |
CN108457960A (zh) | 用于过盈配合紧固件的渐缩导入 | |
JP7106606B2 (ja) | 木ねじ構造 | |
US20040007871A1 (en) | Fluid connector | |
US7341414B2 (en) | Fastener and method for reducing stress failure in an engine component | |
CN104963927A (zh) | 一种翻铆自锁螺母及其加工方法 | |
JP2021165587A (ja) | 弛緩防止ナット | |
RU2605373C2 (ru) | Болтовое соединение деталей | |
JP2018527532A (ja) | ブラインドファスナー | |
US10562158B1 (en) | Self-locking fastener system and process | |
RU2384762C2 (ru) | Способ болтового соединения деталей | |
CN206111782U (zh) | 一种连接紧固的螺栓 | |
CN102494001A (zh) | 一种分体紧固装置 | |
US2556174A (en) | Screw-thread swaging tool | |
WO2020237910A1 (zh) | 一种防松螺杆螺母组件 | |
JP2009108958A (ja) | ねじ、連結固定方法、および修理方法 | |
RU2540757C2 (ru) | Способ болтового соединения деталей и узел болтового соединения | |
CN112576597A (zh) | 一种高强度的球头活接螺栓 | |
WO2021106409A1 (ja) | 弛緩防止ナット |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170312 |