RU2743635C1 - Fastener for a locking threaded connection and a locking threaded connection with the fastener - Google Patents
Fastener for a locking threaded connection and a locking threaded connection with the fastener Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743635C1 RU2743635C1 RU2020124250A RU2020124250A RU2743635C1 RU 2743635 C1 RU2743635 C1 RU 2743635C1 RU 2020124250 A RU2020124250 A RU 2020124250A RU 2020124250 A RU2020124250 A RU 2020124250A RU 2743635 C1 RU2743635 C1 RU 2743635C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tapered
- threaded connection
- bushing
- bolt
- tapered bushing
- Prior art date
Links
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 3
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 13
- 238000013461 design Methods 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003631 expected effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 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
- F16B39/00—Locking of screws, bolts or nuts
- F16B39/22—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening
- F16B39/28—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening by special members on, or shape of, the nut or bolt
- F16B39/36—Locking of screws, bolts or nuts in which the locking takes place during screwing down or tightening by special members on, or shape of, the nut or bolt with conical locking parts, which may be split, including use of separate rings co-operating therewith
Abstract
Description
Изобретение относится к стопорным соединениям типа «болт-гайка», и направлено на устранение ослабления резьбового соединения в результате разнонаправленной вибрации.The invention relates to locking connections of the "bolt-nut" type, and is aimed at eliminating the weakening of the threaded connection as a result of multidirectional vibration.
Известно болтовое соединение с самостопорящейся гайкой, которая выполнена с внутренней конусной проточкой на опорном торце, в котором установлен стопорный элемент. В проточке между гайкой и стопорным элементом размещено кольцо из мягкого материала, а стопорный элемент выполнен с продольными прорезями на наружной поверхности (SU 1820056, опубл. 07.06.1993г.).Known bolted connection with a self-locking nut, which is made with an internal tapered groove on the support end, in which the locking element is installed. A ring made of soft material is placed in the groove between the nut and the locking element, and the locking element is made with longitudinal slots on the outer surface (SU 1820056, publ. 07.06.1993).
Известно стопорное устройство содержавшее болт, который может быть использован для крепления между конструкциями, имеющий внутреннее кольцо конической формы с зажимными губками, на котором сформирован фланец, внутренне кольцо конической частью установлено в прижимную шайбу. На болт навинчена контргайка, которая посредством пружины воздействует на фланец внутреннего кольца (CN 1219654). It is known a locking device containing a bolt that can be used for fastening between structures, having a conical inner ring with clamping jaws, on which a flange is formed, the inner ring with a conical part is installed in a clamping washer. A lock nut is screwed onto the bolt, which by means of a spring acts on the flange of the inner ring (CN 1219654).
В результате патентно-информационных исследований также выявлены следующие технические решения в этой области техники, которые были учтены заявителем при анализе: WO 0201613700, WO 2016168589, CN 109026969, US 6244806, US 20200272503, US 5988965, KR 1020100091855, US 08621742, US4092080, EP0372496, FR2494790, DE 102007023981, JP 2018151053, AU 2004203070.As a result of patent information research, the following technical solutions in this area of technology were also identified, which were taken into account by the applicant in the analysis: WO 0201613700, WO 2016168589, CN 109026969, US 6244806, US 20200272503, US 5988965, KR 1020100091855, US 08621742, US402492096, EP037 , FR2494790, DE 102007023981, JP 2018151053, AU 2004203070.
Наиболее близким техническим решением по общей совокупности признаков, выбранным заявителем в качестве прототипа, является застопоривающееся крепежное средство, содержащее болт, шайбу, в основании которой имеется сквозное отверстие для болта, несколько превышающее номинальный диаметр болта, причем вокруг сквозного отверстия для болта сформирована коническая втулка, которая продолжается на некоторое расстояние от этого отверстия и диаметр которой уменьшается в направлении вверх по оси болта, а в основании шайбы и конической втулке выполнен непрерывный сквозной паз, и гайку, в которой имеется часть с внутренней резьбой, которая свинчивается с резьбовой поверхностью болта, и часть с коническим отверстием, сформированная над частью с внутренней резьбой и выполненная таким образом, что внутренний диаметр той ее половины, которая не обращена в сторону шайбы, меньше диаметра внешнего края переднего участка указанной конической втулки, диаметр отверстия той ее половины, которая обращена в сторону шайбы, меньше диаметра внешнего края корневого участка указанной конической втулки шайбы, а высота несколько больше высоты этой втулки, при этом сформирована конусообразная поверхность, которая имеет такой же угол наклона, как и угол наклона поверхности конической втулки шайбы, причем часть конической втулки шайбы выполнена в виде утолщения, несколько смещенного от центра окружности сквозного отверстия для болта, на всей внутренней поверхности конической втулки шайбы в вертикальном направлении сформированы выступы, обращенные внутрь. По второму варианту создается сцепление болта и гайки по спирали, когда коническая втулка шайбы, диаметр которой уменьшен, устанавливается в части гайки с коническим отверстием. (Патент на изобретение RU№ 2272186, опубл. 27.01.2005, конвенционный приоритет 01.05.2002 (пп.1-19) JP PCT/JP02/04374). The closest technical solution according to the general set of features, selected by the applicant as a prototype, is a locking fastener containing a bolt, a washer, at the base of which there is a through hole for the bolt slightly exceeding the nominal diameter of the bolt, and a tapered sleeve is formed around the through hole for the bolt, which extends at a certain distance from this hole and whose diameter decreases in the direction upward along the axis of the bolt, and a continuous through groove is made in the base of the washer and the tapered sleeve, and a nut in which there is a part with an internal thread that is screwed to the threaded surface of the bolt, and a part with a tapered hole, formed above the part with an internal thread and made in such a way that the inner diameter of that half of it that is not facing the washer is less than the diameter of the outer edge of the front section of the said tapered bushing, the diameter of the hole of that half that of the washer is less than the diameter of the outer edge of the root section of the specified conical bushing of the washer, and the height is slightly greater than the height of this bushing, while a conical surface is formed, which has the same angle of inclination as the angle of inclination of the surface of the conical bushing of the washer, and part of the conical bushing of the washer is in the form of a thickening, somewhat offset from the center of the circle of the through hole for the bolt, on the entire inner surface of the tapered bushing of the washer in the vertical direction, projections facing inward are formed. According to the second option, a spiral engagement of the bolt and nut is created when the tapered bushing of the washer, the diameter of which is reduced, is installed in the part of the nut with a tapered hole. (Patent for invention RU No. 2272186, publ. 27.01.2005, convention priority 01.05.2002 (paragraphs 1-19) JP PCT / JP02 / 04374).
Недостатком известного стопорного соединения является невысокая надежность соединения при воздействии вибраций.The disadvantage of the known locking connection is the low reliability of the connection when exposed to vibrations.
Технической задачей изобретения является повышение надежности резьбового стопорного соединения при воздействии разнонаправленных вибрационных нагрузок.The technical objective of the invention is to improve the reliability of the threaded locking connection when exposed to multidirectional vibration loads.
Техническая задача достигается тем, что заявляется крепежный элемент стопорного резьбового соединения в виде конической втулки, конусообразная внешняя поверхность которой обеспечивает возможность сопряжения с внутренней поверхностью ответного элемента, снабженного внутренней резьбой, на боковой стенке конической втулки выполнена прорезь, а на внутренней поверхности конической втулки, выполненной цилиндрической формы, в вертикальном направлении сформированы выступы, отличающийся тем, что коническая втулка имеет форму усеченного конуса, основание которого представлено плоским кольцом, а угол вершины составляет менее 90°, в основании и боковой стенке конической втулки выполнены симметричные пазы, а выступы, размещенные на внутренней поверхности конической втулки, выполнены в виде зубчатого венца, причем коническая втулка выполнена с высотой, обеспечивающей возможность перекрытия не менее двух витков резьбы резьбового профиля ответного элемента с наружной резьбой.The technical problem is achieved by the fact that a fastening element of a locking threaded connection is declared in the form of a tapered sleeve, the tapered outer surface of which provides the possibility of mating with the inner surface of the counterpart equipped with an internal thread, a slot is made on the side wall of the tapered sleeve, and on the inner surface of the tapered sleeve made cylindrical, in the vertical direction, projections are formed, characterized in that the conical sleeve has the shape of a truncated cone, the base of which is represented by a flat ring, and the apex angle is less than 90 °, symmetric grooves are made in the base and side wall of the conical sleeve, and the projections located on the inner surface of the tapered bushing is made in the form of a toothed ring, and the tapered bushing is made with a height that makes it possible to overlap at least two threads of the threaded profile of the counterpart with an external thread.
Техническая задача достигается тем, что заявляемое стопорное резьбовое соединение, которое содержит стержень, снабженный наружной резьбой, гайку и надеваемую на стержень коническую втулку, наружный диаметр которой уменьшается в направлении вверх по оси стержня, в боковой стенке конической втулки выполнена прорезь, внутренняя поверхность гайки имеет цилиндрическую часть с внутренней резьбой, которая свинчивается с резьбовым профилем стержня, и часть с коническим отверстием, конусообразная поверхность которого имеет угол наклона, обеспечивающий сопряжение с внешней поверхностью конической втулки, на внутренней поверхности конической втулки, имеющей цилиндрическую форму, в вертикальном направлении сформированы выступы, отличающееся тем, что коническая втулка имеет форму усеченного конуса, основание которого представлено плоским кольцом, а угол вершины составляет менее 90°, в основании и боковой стенке конической втулки выполнены симметричные пазы, выступы, размещенные на внутренней поверхности конической втулки, выполнены в виде зубчатого венца, при этом коническая втулка выполнена из материала, имеющего твердость больше чем твердость материала, из которого изготовлен стержень, и имеет высоту, обеспечивающую возможность перекрытия не менее двух витков резьбы резьбового профиля стержня.The technical problem is achieved by the fact that the claimed locking threaded connection, which contains a rod equipped with an external thread, a nut and a tapered bushing put on the rod, the outer diameter of which decreases upward along the axis of the rod, a slot is made in the side wall of the tapered bushing, the inner surface of the nut has a cylindrical part with an internal thread, which is screwed to the threaded profile of the rod, and a part with a tapered hole, the tapered surface of which has an angle of inclination that ensures mating with the outer surface of the tapered sleeve, on the inner surface of the tapered sleeve having a cylindrical shape, projections are formed in the vertical direction, characterized in that the tapered sleeve has the shape of a truncated cone, the base of which is represented by a flat ring, and the apex angle is less than 90 °, symmetric grooves are made in the base and side wall of the tapered sleeve, protrusions located on the inner surface The dimensions of the tapered bushing are made in the form of a toothed ring, while the tapered bushing is made of a material having a hardness greater than the hardness of the material from which the rod is made, and has a height that allows at least two threads of the threaded profile of the rod to overlap.
Заявляемая конструкция, содержащая стержень с наружной резьбой-коническая втулка-гайка с коническим отверстием может эффективно использоваться в стопорном соединении в качестве контргайки.The inventive design containing a rod with an external thread-tapered sleeve-nut with a tapered hole can be effectively used in a lock connection as a locknut.
Гайка с внутренней резьбой предпочтительно имеет не менее двух витков резьбы, обеспечивающие возможность зацепления с ответным элементом стопорного соединения.An internally threaded nut preferably has at least two threads to allow engagement with a counterpart of the locking connection.
Под стержнем с наружной резьбой понимается болт или шпилька или иной аналогичный элемент предпочтительно с резьбой М12.An externally threaded rod is understood to mean a bolt or stud or other similar element, preferably with an M12 thread.
Для изготовления конической втулки в качестве материала изготовления могут использоваться металлы или их сплавы, в том числе стали, предпочтительно твердостью 35-50 HRС.For the manufacture of the tapered bushing, metals or their alloys, including steel, preferably with a hardness of 35-50 HRC, can be used as the material of manufacture.
Прорезь на боковой стенке заявляемой конической втулки представляет собой вертикальный разрез, который обеспечивает конической втулке подпружиненные свойства.The slot on the side wall of the claimed tapered bushing is a vertical section that provides the tapered bushing with spring-loaded properties.
Симметричные пазы, размещенные в основании и боковой стенке заявляемой конической втулки, выполнены фигурными. Предпочтительно пазы имеют в сечении форму правильного треугольника. Указанные пазы позволяют уменьшить толщину боковой стенки в месте сопряжения с основанием конической втулки, что обеспечивает необходимые упругие свойства конической втулки.Symmetrical grooves located in the base and side wall of the inventive tapered sleeve are shaped. Preferably, the grooves are in the shape of a right triangle in cross section. These grooves make it possible to reduce the thickness of the side wall at the point of mating with the base of the tapered sleeve, which ensures the required elastic properties of the tapered sleeve.
Зубчатый венец на внутренней поверхности конической втулки выполнен с зубьями в количестве предпочтительно 60 штук с высотой профиля зубьев 0,2 – 0,4 мм. Количество зубьев задается высотой и внутренним диаметром конической втулки.The toothed ring on the inner surface of the tapered sleeve is made with teeth in an amount of preferably 60 pieces with a tooth profile height of 0.2-0.4 mm. The number of teeth is determined by the height and inner diameter of the tapered sleeve.
При этом длина (L) зубьев зубчатого венца рассчитывается по формуле:In this case, the length (L) of the teeth of the ring gear is calculated by the formula:
L= p×nL = p × n
гдеWhere
p – шаг резьбы, p - thread pitch,
n – это количество витков резьбы стержня, которые перекрывает один зуб зубчатого венца.n is the number of threads on the bar that one tooth of the ring gear overlaps.
Высота конической втулки обеспечивает возможность перекрытия не менее двух витков наружной резьбы резьбового профиля стержня. Зубья зубчатого венца ориентированы вертикально, при этом количество точек контакта внутренней поверхности конической втулки с вершинами наружного резьбового профиля стержня рассчитывается как произведение числа зубьев – b на количество перекрываемых витков резьбы: b*n. Так, при количестве зубьев зубчатого венца равное 60 и для резьбы М12 с перекрытием 2х (двух) витков резьбы, заявляемая коническая втулка в заявляемом стопорном соединении обеспечивает не менее 120 точек подпружиненного контакта, которые за счет повышенной твердости материала изготовления конической втулки по сравнению с материалом изготовления стержня, обеспечивает надежное зацепление с наружным резьбовым профилем стержня.The height of the tapered sleeve provides the ability to overlap at least two turns of the external thread of the threaded profile of the rod. The teeth of the ring gear are oriented vertically, while the number of points of contact of the inner surface of the tapered sleeve with the tops of the outer threaded profile of the rod is calculated as the product of the number of teeth - b by the number of overlapped threads: b * n. So, with the number of teeth of the gear rim equal to 60 and for the M12 thread with overlapping 2x (two) threads, the inventive tapered bushing in the inventive locking connection provides at least 120 points of spring-loaded contact, which due to the increased hardness of the material of manufacture of the tapered bushing in comparison with the material manufacture of the rod, ensures reliable engagement with the external threaded profile of the rod.
Заявляемое стопорное соединение является разборным и обеспечивает возможность многократного использования.The claimed locking connection is collapsible and allows for multiple use.
Сравнение заявляемой конической втулки с прототипом показывает, что она отличается следующими признаками:Comparison of the claimed tapered bushing with the prototype shows that it differs in the following features:
- коническая втулка имеет форму усеченного конуса, основание которого представлено плоским кольцом, а угол вершины составляет менее 90°;- the tapered bushing has the shape of a truncated cone, the base of which is represented by a flat ring, and the apex angle is less than 90 °;
- в основании и боковой стенке конической втулки выполнены симметричные пазы; - symmetrical grooves are made in the base and side wall of the tapered sleeve;
- выступы на внутренней цилиндрической поверхности выполнены в виде зубчатого венца;- the protrusions on the inner cylindrical surface are made in the form of a gear ring;
- коническая втулка имеет высоту, обеспечивающую возможность перекрытия не менее двух витков резьбы резьбового профиля ответного элемента с наружной резьбой.- the tapered sleeve has a height that provides the ability to overlap at least two threads of the threaded profile of the mating element with an external thread.
Поэтому можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».Therefore, we can assume that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty".
Сопоставительный анализ заявляемой конструкции с конструкцией конической втулки по прототипу показывает, что конструкционные особенности заявляемой конической втулки характеризуются новыми признаками, которые обеспечивают новый технический результат. В частности, в конструкции конической втулки с шайбой по прототипу, на внутренней поверхности конической втулки, в вертикальном направлении, сформированы выступы, обращенные внутрь, поэтому, когда диаметр конической втулки шайбы уменьшается и коническая втулка входит в часть гайки с коническим отверстием, выступы конической втулки шайбы входят в плотный контакт с резьбовой поверхностью болта, что приводит к зажатию и закусыванию конической втулки шайбы между болтом и гайкой. При этом необходимо обратить внимание, что коническая втулка выполнена из полимерного материала, а число выступов, как показано на Фиг. 20 описания прототипа, равно трем. Однако при длительных разнонаправленных вибрациях данное соединение не дает ожидаемого эффекта, а именно обеспечивает фиксацию гайки только на непродолжительное время, что является неприемлемым в работе ответственных конструкций.Comparative analysis of the claimed design with the design of the tapered sleeve according to the prototype shows that the design features of the claimed tapered sleeve are characterized by new features that provide a new technical result. In particular, in the design of the tapered bushing with the washer according to the prototype, on the inner surface of the tapered bushing, in the vertical direction, projections facing inward are formed, therefore, when the diameter of the tapered bushing of the washer decreases and the tapered bushing enters the part of the nut with a tapered hole, the projections of the tapered bushing the washers come into tight contact with the threaded surface of the bolt, which causes the tapered bushing of the washer to jam and bite between the bolt and the nut. It should be noted that the tapered sleeve is made of a polymer material, and the number of protrusions, as shown in FIG. 20 prototype descriptions is equal to three. However, with prolonged multidirectional vibrations, this connection does not give the expected effect, namely, it secures the nut only for a short time, which is unacceptable in the operation of critical structures.
В заявляемом техническом решении использован нестандартный прием, который ранее не применялся при стопорении резьбовых соединений, а именно стопорение осуществляется за счет деформации вершин витков наружной резьбы стержня (болта, шпильки). При возникновении вибрации, вибрирующая поверхность детали контактирует с креплением по плоской поверхности основания конической втулки. Плоская поверхность имеет наименьший коэффициент трения f. Гайка, удерживающая коническую втулку в зацеплении с наружным резьбовым профилем стержня, фиксируется за счет более высоких сил трения, коэффициент трения метрической резьбы 1,15f, а коэффициент трения с поверхностью конической втулки зависит от угла при вершине конуса в конструкции. В заявляемой конструкции обеспечивается максимальное зацепление сопрягаемых элементов стопорного соединения друг с другом. Кроме того, вибрация не оказывает прямого воздействия на гайку, фиксирующую коническую втулку на наружном резьбовом профиле стержня, за счет отсутствия общих поверхностей с вибрирующими деталями. Коническая втулка, находясь в плотном механическом контакте с резьбовым профилем стержня, принимает основную вибрацию на себя. Тем самым, устраняется основной недостаток других конструкций стопорения резьбовых соединений, основанных на силе трения – снижение коэффициента трения в условиях разнонаправленных вибрационных воздействиях.In the claimed technical solution, a non-standard technique is used, which was not previously used for locking threaded connections, namely locking is carried out due to deformation of the tops of the threads of the external thread of the rod (bolt, stud). When vibration occurs, the vibrating surface of the part contacts the mount on the flat surface of the base of the tapered bushing. A flat surface has the lowest coefficient of friction f. The nut holding the tapered sleeve in engagement with the outer threaded profile of the rod is fixed due to higher friction forces, the coefficient of friction of the metric thread is 1.15f, and the coefficient of friction with the surface of the tapered sleeve depends on the angle at the apex of the cone in the structure. The claimed design provides maximum engagement of the mating elements of the locking connection with each other. In addition, vibration does not directly affect the nut fixing the tapered bushing to the outer threaded profile of the rod, due to the absence of common surfaces with vibrating parts. The tapered bushing, being in close mechanical contact with the threaded profile of the rod, takes over the main vibration. Thus, the main disadvantage of other designs for locking threaded connections based on the friction force is eliminated - a decrease in the coefficient of friction under conditions of multidirectional vibration effects.
Как показали эксперименты, в заявляемой конической втулке, при сжатии зубчатым венцом вершин витков наружной резьбы стержня (болта, шпильки), металл стержня, вытесняемый в процессе деформации, течет к вершинам профиля резьбы стержня (болта, шпильки), где конструктивно предусмотрен зазор в резьбовом соединении с гайкой. В результате не происходит такого замятия рабочих поверхностей резьбы стержня (болта, шпильки), которое препятствует их повторному использованию, т.е. стопорное соединение является разборным и может использоваться многократно. При этом заявляемое стопорное соединение обеспечивает высокую надежность к разнонаправленным вибрационным нагрузкам. As experiments have shown, in the inventive tapered bushing, when the toothed crown compresses the tops of the threads of the external thread of the rod (bolt, stud), the metal of the rod, displaced during the deformation process, flows to the tops of the thread profile of the rod (bolt, stud), where a gap in the threaded connection with a nut. As a result, there is no such jamming of the working surfaces of the thread of the rod (bolt, stud), which prevents their reuse, i.e. the locking connection is collapsible and can be used repeatedly. At the same time, the inventive locking connection provides high reliability against multidirectional vibration loads.
При проведении патентно-информационных исследований не были выявлены заявляемая совокупность признаков и достигаемый технический результат. Это позволяет сделать вывод о соответствии группы заявленных изобретений условию «изобретательский уровень».When conducting patent information research, the claimed set of features and the achieved technical result were not identified. This allows us to conclude that the group of the claimed inventions corresponds to the condition "inventive step".
Заявляемый крепежный элемент стопорного соединения в виде конической втулки связан с заявляемым стопорным резьбовым соединением (узлом) единым изобретательским замыслом, который основан на совпадающих отличительных конструкционных особенностях, обеспечивающих достижение одного технического результата.The inventive fastening element of the locking connection in the form of a tapered sleeve is connected with the claimed locking threaded connection (assembly) by a single inventive concept, which is based on coinciding distinctive design features that ensure the achievement of one technical result.
Изобретение может быть реализовано с использованием известного оборудования и технологических процессов, поэтому оно соответствует критерию «промышленная применимость».The invention can be implemented using known equipment and technological processes, therefore it meets the criterion of "industrial applicability".
Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими рисунками.The claimed invention is illustrated by the following figures.
На Фиг.1 показаны элементы стопорного резьбового соединения с одной гайкой и его сборка с плоской базовой деталью; Figure 1 shows the elements of a locking threaded connection with one nut and its assembly with a flat base part;
На Фиг.2 показана заявляемая коническая втулка;Figure 2 shows the inventive tapered bushing;
На Фиг.3 показано стопорное резьбовое соединение, выступающее в качестве контргайки, с обычной гайкой;Figure 3 shows a locking screw connection acting as a lock nut with a conventional nut;
На Фиг.4 показана гайка с коническим отверстием для сборки стопорного соединения; Figure 4 shows a nut with a tapered hole for assembling a retaining joint;
На Фиг.5 показана деформация вершин витков наружного резьбового профиля болта после разбора стопорного соединения.Figure 5 shows the deformation of the tops of the turns of the outer threaded profile of the bolt after disassembling the locking connection.
На Фиг.6 показаны результаты вибрационных испытаний соединения М12.6 shows the results of vibration tests of the M12 joint.
На Фиг. 7 показаны результаты вибрационных испытаний соединения М20.FIG. 7 shows the results of vibration tests of the M20 joint.
Заявляемая коническая втулка для соответствующего стопорного резьбового соединения содержит стержень с наружной резьбой в виде болта 1, выполненного из углеродистой, легированной или коррозионно-стойкой стали твердостью 250-435HV, коническую втулку 2, гайку 3 (Фиг.1). Коническая втулка 2 на боковой стенке имеет прорезь 4 в виде удлиненного сквозного отверстия по высоте боковой стенки для придания пружинистых свойств при сборке резьбового соединения. Основание 9 конической втулки 2 выполнено в виде плоского кольца, выполняющего функцию фланца. На основании и внешней поверхности боковой стенки конической втулки 2 имеются симметричные пазы 5 (Фиг.2), которые уменьшают её сечение для обеспечения плотного обжатия наружного резьбового профиля болта 1. На внутренней поверхности конической втулки 2 выполнен зубчатый венец 6, высота профиля зубцов которого составляет 0,2 – 0,4мм. Коническая втулка 2 изготовлена из легированной стали твердостью 35-50 HRС, например сталь 40Х твердостью 48-50HRC. Угол при вершине усеченного конуса конической втулки 2 задается менее 90°. The claimed tapered bushing for the corresponding locking threaded connection contains a rod with an external thread in the form of a
Гайка 3 имеет два участка. Участок 8 с внутренней резьбой под болт 1 и коническое отверстие 7 для сопряжения с внешней конической поверхностью втулки 2 (Фиг.1). На Фиг.3 показана сборка стопорного соединения стандартной гайки 10 с заявляемым крепежным элементом, выступающим в качестве контргайки.
Сборка стопорного резьбового соединения с использованием заявляемой конической втулки производится следующим образом. Предварительно болт 1 вставляется в скрепляемые детали, затем на него устанавливается коническая втулка 2, затем на болт 1 навинчивается гайка 3. При навинчивании гайки 3 происходит сопряжение конусных поверхностей конического гнезда 7 гайки 3 и наружной конусной поверхности конусной втулки 2. Так как конусная втулка 2 имеет прорезь 4, она сжимается, и зубчатый венец 6 охватывает наружную резьбу болта 1, при этом деформирует вершины наружной резьбы болта 1 как это показано на Фиг.5. Вытесняемый в процессе деформации материал течет к вершине профиля резьбы болта 1, где конструктивно предусмотрен зазор в резьбовом соединении с гайкой 3, что не является препятствием для многократной сборки и разборки крепления. При возникновении вибрации, вибрирующая поверхность основной детали контактирует со стопорным креплением по плоской поверхности нижней гайки 3, препятствуя ее повороту в сторону откручивания, при этом сжатие конической втулки 2 вокруг резьбового профиля болта 1 усиливается. На Фиг.5 видно, что на витках наружной резьбы болта 1 видны следы деформации, но вся наружная резьба болта 1 пригодна для дальнейшего использования. При испытаниях глубина деформации вершины резьбового профиля болта 1 в точке контакта с треугольным профилем зубца (угол профиля зубьев венца 90°) зубчатого венца 6 составляет около 0,06мм, при классе прочности болта 8,8. Заявляемое стопорное соединение обеспечивает высокую виброустойчивость за счет надежного механического зацепления зубчатым венцом 6 наружного резьбового профиля болта 1. Задаваемая высота конической втулки 2, позволяет перекрыть не менее двух витков наружной резьбы болта 1, что обеспечивает надежный захват резьбового профиля болта 1. Например, для резьбы М12 и только с перекрытием 2х (двух) витков и количеством зубцов зубчатого венца равное 60, соединение имеет 120 точек контакта. Увеличение длины зубцов зубчатого венца на высоту одного витка резьбового профиля болта 1, обеспечивается 180 точек контакта, что существенно повышает надежность резьбового стопорного соединения. Вследствие того, что коническая втулка 2 имеет на боковой поверхности симметричные пазы 5, которые несколько ослабляют её поперечное сечение, она равномерно охватывает резьбовой профиль болта 1 на высоту перекрытия. Таким образом, происходит стопорение резьбового соединения, при этом надежность стопорного резьбового соединения может быть дополнительно увеличена варьированием профиля пазов 6, длиной зубцов зубчатого венца 6, определяемых высотой конической втулки 2, материалом изготовления конической втулки 2. Разборка стопорного резьбового соединения осуществляется в обратной последовательности.The assembly of the locking threaded connection using the inventive tapered bushing is performed as follows. Preliminarily, the
Устойчивость заявляемого стопорного соединения также не зависит от деформации растяжения резьбового стержня (болта, шпильки). Это объясняется тем, что фиксация заявляемого стопорного соединения никак не привязана к поверхности соединяемых деталей. За счет надежного механического соединения заявляемой конической втулки с резьбовым профилем болта (шпильки), уменьшение или полная потеря трения с поверхностью детали не приводит к откручиванию гайки.The stability of the inventive locking connection also does not depend on the tensile deformation of the threaded rod (bolt, stud). This is due to the fact that the fixation of the inventive locking connection is not tied in any way to the surface of the parts to be joined. Due to the reliable mechanical connection of the inventive tapered bushing with the threaded profile of the bolt (stud), a decrease or complete loss of friction with the surface of the part does not lead to unscrewing the nut.
Выводы о высокой виброустойчивости заявляемого крепежного элемента и резьбового стопорного соединения с его использованием подтверждены проведенными тестами на вибростенде. Испытательная установка моделирует поперечные вибрационные нагрузки в плоскости стыка соединяемых деталей. Результаты вибрационных испытаний представлены на Фиг.6 и Фиг.7.The conclusions about the high vibration resistance of the inventive fastener and the threaded locking connection with its use were confirmed by tests carried out on a vibration stand. The test rig simulates transverse vibration loads in the plane of the joint of the parts to be joined. The vibration test results are shown in Fig. 6 and Fig. 7.
На Фиг.6 показаны результаты испытания заявляемого стопорного соединения, использованного в качестве контргайки М12 (кривая 1) в сравнении с контргайкой М12 традиционной конструкции (кривая 2). Заданная амплитуда колебаний вибростенда составила 0,9 мм. В результате, заявляемое стопорное соединение (кривая 1) продемонстрировало стабильное сохранение силы затяжки на протяжении всего времени испытания после незначительного первоначального снижения предварительной силы затяжки, связанного с притиркой микронеровностей контактных поверхностей, в то время, как контргайка (кривая 2), за тоже время испытания потеряла силу затяжки примерно в 2 раза. Figure 6 shows the test results of the inventive lock joint used as the M12 locknut (curve 1) in comparison with the M12 locknut of the traditional design (curve 2). The specified vibration amplitude of the shaker was 0.9 mm. As a result, the inventive locking joint (curve 1) demonstrated stable retention of the tightening force throughout the test period after a slight initial decrease in the preliminary tightening force associated with grinding in the microroughness of the contact surfaces, while the lock nut (curve 2), during the same test time lost the tightening force by about 2 times.
На Фиг.7 показаны результаты испытания заявляемого стопорного соединения использованного в качестве контргайки М20 (кривая 1) в сравнении с контргайкой М20 традиционной конструкции (2). Заданная амплитуда колебаний вибростенда составила 1,1 мм. В результате, заявляемое стопорное соединение продемонстрировало стабильное сохранение силы затяжки на протяжении всего времени испытания, после незначительного первоначального снижения, связанного с притиркой микронеровностей контактных поверхностей, в то время, как контрольное стопорное соединение с контргайкой (кривая 2), за время испытания, потеряло силу затяжки практически до нуля. Figure 7 shows the test results of the inventive locking joint used as the M20 locknut (curve 1) in comparison with the M20 locknut of the traditional design (2). The specified vibration amplitude of the shaker was 1.1 mm. As a result, the inventive retaining joint demonstrated a stable retention of the tightening force throughout the test period, after a slight initial decrease associated with lapping the microroughness of the contact surfaces, while the control retaining joint with a locknut (curve 2), during the test, lost its force tightening to almost zero.
Проведенные испытания показывают сохранение усилия затяжки в заявляемом стопорном соединении на протяжении нескольких циклов вибрационного воздействия. The tests carried out show the retention of the tightening force in the inventive locking joint over several cycles of vibration exposure.
Таким образом, заявляемая конструкция элемента крепления в виде конической втулки и стопорное соединение с его использованием обеспечивают надежную фиксацию путем деформации вершин резьбового профиля стержня с наружной резьбой, сохраняя исходную прочность резьбового профиля стержня при воздействии напряжения на срез, так как глубина деформации незначительная. Это позволяет применять данную конструкцию крепления без ущерба для характеристик прочности в любых высоконагруженных соединениях.Thus, the inventive design of the fastening element in the form of a tapered sleeve and a locking connection with its use provide reliable fixation by deformation of the tops of the threaded profile of a rod with an external thread, while maintaining the original strength of the threaded profile of the rod when exposed to shear stress, since the depth of deformation is insignificant. This allows this fastening design to be applied without compromising the strength characteristics in any highly loaded joints.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124250A RU2743635C1 (en) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Fastener for a locking threaded connection and a locking threaded connection with the fastener |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124250A RU2743635C1 (en) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Fastener for a locking threaded connection and a locking threaded connection with the fastener |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2743635C1 true RU2743635C1 (en) | 2021-02-20 |
Family
ID=74666140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020124250A RU2743635C1 (en) | 2020-07-21 | 2020-07-21 | Fastener for a locking threaded connection and a locking threaded connection with the fastener |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2743635C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2769077C1 (en) * | 2021-06-11 | 2022-03-28 | Компания Домидо Лимитед | Self-centering insert sealing element |
| RU2802165C1 (en) * | 2023-04-24 | 2023-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Locking screw connection |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3917192C2 (en) * | 1988-06-24 | 1993-01-28 | Vsi Corp., Chantilly, Va., Us | |
| JP2004340165A (en) * | 2003-05-13 | 2004-12-02 | Fusao Yamada | Slack preventive fastener |
| RU2272186C2 (en) * | 2002-05-01 | 2006-03-20 | Фусао ЯМАДА | Locking fastening device |
| US20100329780A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-30 | Echostar Technologies L.L.C. | Bushing and coupling system |
-
2020
- 2020-07-21 RU RU2020124250A patent/RU2743635C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3917192C2 (en) * | 1988-06-24 | 1993-01-28 | Vsi Corp., Chantilly, Va., Us | |
| RU2272186C2 (en) * | 2002-05-01 | 2006-03-20 | Фусао ЯМАДА | Locking fastening device |
| JP2004340165A (en) * | 2003-05-13 | 2004-12-02 | Fusao Yamada | Slack preventive fastener |
| US20100329780A1 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-30 | Echostar Technologies L.L.C. | Bushing and coupling system |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2769077C1 (en) * | 2021-06-11 | 2022-03-28 | Компания Домидо Лимитед | Self-centering insert sealing element |
| RU2802165C1 (en) * | 2023-04-24 | 2023-08-22 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") | Locking screw connection |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4432682A (en) | Threaded fastener assembly | |
| JP3733534B2 (en) | Locking fastener | |
| US9366284B2 (en) | Double-acting lockwasher | |
| EP1840022A1 (en) | Bicycle pedal crank assembly and related elements | |
| TW200916667A (en) | Nut contrived for screws not to slacken | |
| HUE030239T2 (en) | Threaded fastener | |
| RU2743635C1 (en) | Fastener for a locking threaded connection and a locking threaded connection with the fastener | |
| US20210364029A1 (en) | Threaded fastener having a thread crest greater than its thread root and v angles on the crest and root | |
| GB2446815A (en) | Blind stud insert | |
| CA1051329A (en) | Locking thread construction | |
| CN210509905U (en) | Locknut assembly | |
| JP4701253B2 (en) | Bolt and fastener using the same | |
| RU2755105C1 (en) | Fastening element of the locking threaded connection and the locking threaded connection with its use | |
| US20110268531A1 (en) | Segmented thread and connecting arrangement | |
| EP3221598B1 (en) | Deformable body, and system comprising a deformable body and an anti-creepage ring | |
| JPWO2006100766A1 (en) | screw | |
| RU2755107C1 (en) | Fastener for locking threaded connection and locking threaded connection using it | |
| RU2743320C1 (en) | Fastening element of locking threaded connection and locking threaded connection with its use | |
| KR101987381B1 (en) | Anti-loosing apparatus for nut | |
| CN211623929U (en) | Elastic thread anti-loosening fastening device | |
| US20210364028A1 (en) | Multi-piece bolts and methods of making the same | |
| CN213575097U (en) | Self-locking nut mechanical anti-loosening structure | |
| JP5735905B2 (en) | Retaining tool, fastening method and fastening structure | |
| JP4618567B2 (en) | Locking nut | |
| US6146074A (en) | Washer having an inclined profile |