RU2782732C1 - Bolted connection for fastening a cylindrical body in a semi-cylindrical seat of the supporting part - Google Patents

Bolted connection for fastening a cylindrical body in a semi-cylindrical seat of the supporting part Download PDF

Info

Publication number
RU2782732C1
RU2782732C1 RU2022102810A RU2022102810A RU2782732C1 RU 2782732 C1 RU2782732 C1 RU 2782732C1 RU 2022102810 A RU2022102810 A RU 2022102810A RU 2022102810 A RU2022102810 A RU 2022102810A RU 2782732 C1 RU2782732 C1 RU 2782732C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylindrical
cylindrical body
bolt
bolted connection
washer
Prior art date
Application number
RU2022102810A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Васильевич Лозин
Сергей Викторович Павлов
Александр Георгиевич Семенов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ПетроРемСтрой" (ООО "ПРС")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ПетроРемСтрой" (ООО "ПРС") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ПетроРемСтрой" (ООО "ПРС")
Application granted granted Critical
Publication of RU2782732C1 publication Critical patent/RU2782732C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: bolted connections.
SUBSTANCE: invention relates to bolted connections. The bolted connection contains a bolt built into a through transverse smooth hole in a fixed cylindrical body with a radius R, a nut with a threaded hole, a metal shaped washer with the function of a thrust piece. The shaped washer is made with a central hole for the bolt and with a concave semi-cylindrical recess with a radius R on its back end, and on the front end - a stiffening element in the form of a cylindrical skirt with a height commensurate with the height of the bolt head. The metal shaped washer is positioned at a distance between the bolt head and the cylindrical body, with the possibility of fixing the cylindrical body on the support part.
EFFECT: bolted connections improvement.
4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, к крепежным деталям, конкретно - болтовым соединениям «болт+гайка+шайба». Преимущественная область использования - железнодорожные вагоны, конкретно - в составе стабилизаторов поперечной устойчивости (бокового наклона) железнодорожных, главным образом двухэтажных пассажирских вагонов.The invention relates to the field of mechanical engineering, to fasteners, specifically - bolted connections "bolt + nut + washer". The predominant area of use is railway cars, specifically as part of anti-roll bars (lateral tilt) of railway, mainly double-deck passenger cars.

В подавляющем большинстве сферических подшипников устройства (элементы) крепления выполнены в виде фланцев или лап с отверстиями под болты [1. RU 2107846 С1, F16C 11/06, 17.03.1998 «Шаровой шарнир»; 2. RU 2151926 С1, F16C 11/06, 27.06.2000 «Сферический шарнир и способ его сборки»; 3. RU 2127835 С1, F16C 11/06, 20.03.1999 «Сферический шарнир и способ его изготовления»; 4. RU 2272187 С2, F16C 11/06, 20.03.2006 «Шаровой шарнир и способ его сборки»; 5. RU 2267665 С2, F16C 11/06, 10.01.2006 «Шаровой шарнир, корпус, вкладыш и защитный чехол этого шарнира»; 6. RU 180267 U1, B60G 3/18, 07.06.2018 «Подвеска упругого колеса транспортного средства»].In the vast majority of spherical bearings, the fastening devices (elements) are made in the form of flanges or paws with bolt holes [1. RU 2107846 C1, F16C 11/06, 03/17/1998 "Ball joint"; 2. RU 2151926 C1, F16C 11/06, 06/27/2000 "Spherical hinge and method of its assembly"; 3. RU 2127835 C1, F16C 11/06, 03/20/1999 "Spherical hinge and method for its manufacture"; 4. RU 2272187 C2, F16C 11/06, 03/20/2006 "Ball joint and method of its assembly"; 5. RU 2267665 C2, F16C 11/06, 01/10/2006 "Ball joint, body, insert and protective cover of this joint"; 6. RU 180267 U1, B60G 3/18, 06/07/2018 "Vehicle elastic wheel suspension"].

Однако эти элементы крепления предполагают плоские поверхности сопряжения, что сужает технико-эксплуатационные возможности подшипника, поскольку рассчитаны на продольную нагрузку крепежа (болтов) и не всегда позволяют получить высококомпактное сборочное устройство.However, these fasteners require flat mating surfaces, which narrows the technical and operational capabilities of the bearing, since they are designed for the longitudinal load of the fasteners (bolts) and do not always make it possible to obtain a highly compact assembly device.

Известны также проблемные группы сборочных узлов, в частности в подвижном составе на железнодорожном транспорте, где от конструкции шарового шарнира многое зависит.Problem groups of assemblies are also known, in particular in rolling stock in railway transport, where much depends on the design of the ball joint.

Так, известны торсионные стабилизаторы с шаровыми шарнирами (сферическими подшипниками), в которых, по крайней мере, один из них связывает друг с другом рычаг торсионного вала и тягу [7. RU 2738872 С1, B61F 5/24, B60G 21/04, F16C 11/06, 17.12.2020 «Наконечник тяги торсионного стабилизатора поперечной устойчивости кузова транспортного средства»; 8. RU 200948 U1, B61F 5/24, B60G 21/05, 20.11.2020 «Торсионный узел стабилизатора поперечной устойчивости транспортного средства»; 9. RU 200957 U1, B61F 5/24, F16F 15/06, 20.11.2020 «Тяга торсионного стабилизатора поперечной устойчивости кузова транспортного средства»; 10. RU 202677 U1, B61F 5/24, F16C 11/06, B60G 21/04, 02.03.2021].Thus, torsion stabilizers with ball joints (spherical bearings) are known, in which at least one of them connects the lever of the torsion shaft and the rod [7. RU 2738872 C1, B61F 5/24, B60G 21/04, F16C 11/06, 12/17/2020 "Tie rod of the torsion bar of the vehicle body"; 8. RU 200948 U1, B61F 5/24, B60G 21/05, 11/20/2020 "Torsion assembly of the anti-roll bar of the vehicle"; 9. RU 200957 U1, B61F 5/24, F16F 15/06, 11/20/2020 "Traction bar of the torsion bar of the vehicle body"; 10. RU 202677 U1, B61F 5/24, F16C 11/06, B60G 21/04, 03/02/2021].

Наиболее подходящим известным примером применения такого шарнира в стабилизаторе железнодорожного вагона может служить германская конструкция, представленная в источнике [11. Auto-shimming und auto-levelling. - URL: https://wvvw.hemscheidt.de/produkte-services/federn/]. В ней корпус шарового шарнира закреплен в тяге, а крепление шарового пальца организовано на раздвоенном конце вилочного рычага, так что корпус подшипника с «яблоком» расположен частично в пространстве между этими «рогами» рычага, а оси болтов крепления шарового пальца шарнира перпендикулярны продольной плоскости рычага, совпадающей с осью его рабочего поворота (то есть продольной осью торсионного вала стабилизатора). Что способствует повышению компактности стабилизатора, но не в полной мере.The most suitable well-known example of the use of such a hinge in the stabilizer of a railway car can be the German design presented in the source [11. Auto-shimming and auto-leveling. - URL: https://wvvw.hemscheidt.de/produkte-services/federn/]. In it, the body of the ball joint is fixed in the rod, and the fastening of the ball pin is organized at the bifurcated end of the fork lever, so that the bearing housing with the “apple” is located partially in the space between these “horns” of the lever, and the axes of the bolts for fastening the ball pin of the hinge are perpendicular to the longitudinal plane of the lever , coinciding with the axis of its working rotation (that is, the longitudinal axis of the stabilizer torsion shaft). Which helps to increase the compactness of the stabilizer, but not to the full extent.

В условиях возрастания роли стабилизаторов поперечной устойчивости («поперечной качки») в приложении к вагонам высокоскоростных подвижных составов, становится особенно актуальной задача повышения технико-эксплуатационных возможностей и характеристик конструкции, а именно - повышения компактности и увеличения долговечности (работоспособности, срока службы до капитального ремонта) этих узлов.In the context of the increasing role of anti-roll bars (“rolling”) in the application to cars of high-speed rolling stock, the task of improving the technical and operational capabilities and design characteristics, namely, increasing compactness and increasing durability (operability, service life before overhaul) becomes especially urgent. ) of these nodes.

Одна из проблем - уменьшение габаритов устройства - напрямую связана и с возможностями сборки стабилизаторов не на вагонах (рельсовых путях), что не достаточно обеспечено технически и в принципе не может обеспечить должной точности сборки. В свою очередь, неточная сборка может стать причиной аварии с материальными и человеческими жертвами (последнее относится прежде всего к высокоскоростным пассажирским составам с двухэтажными вагонами).One of the problems - reducing the dimensions of the device - is directly related to the possibility of assembling stabilizers not on cars (rail tracks), which is not sufficiently provided technically and, in principle, cannot ensure the proper assembly accuracy. In turn, inaccurate assembly can cause an accident with material and human casualties (the latter applies primarily to high-speed passenger trains with double-deck cars).

Наиболее удачной конструкцией, решающей упомянутую проблему компактности, представляется болтовое соединение для крепления цилиндрических пальца или оси шарового шарнира в полуцилиндрическом гнезде в торце свободного конца рычага торсионного стабилизатора поперечной устойчивости железнодорожного вагона, где используется шаровой шарнир с одиночными лысками на пальцах [12. RU 2763301, F16C 11/06, B61F 5/24, 28.12.2021 «Шаровой шарнир», фиг. 2-5].The most successful design that solves the mentioned problem of compactness is a bolted connection for fastening a cylindrical pin or a ball joint shaft in a semi-cylindrical socket at the end of the free end of the railroad car torsion stabilizer bar lever, where a ball joint with single flats on the fingers is used [12. RU 2763301, F16C 11/06, B61F 5/24, 12/28/2021 "Ball joint", fig. 2-5].

В то же время в общем машиностроении известно множество шайб, которые ГОСТированы и среди многообразия которых известны плоские цилиндрические, конические и сферические [13. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т.Т. 1. - 5-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1980. - 728 с. - С. 565, 574; 14. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн. 1. - М.: Машиностроение, 1977. - 623 с. - С. 503, рис. 353 поз. 1 и 2]. Здесь наибольший интерес представляют сферические подкладные шайбы [15. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн. 3. - М.: Машиностроение, 1977. - 360 с. - С. 54, рис. 118].At the same time, in general engineering, there are many washers that are GOST-compliant and among the variety of which are known flat cylindrical, conical and spherical [13. Anuryev V.I. Handbook of the designer-machine builder: In 3 volumes. 1. - 5th ed., revised. And extra. - M.: Mashinostroenie, 1980. - 728 p. - S. 565, 574; 14. Orlov P.I. Design basics. Reference manual in 3 books. Book. 1. - M.: Mashinostroenie, 1977. - 623 p. - S. 503, fig. 353 pos. 1 and 2]. Here, spherical washers are of the greatest interest [15. Orlov P.I. Design basics. Reference manual in 3 books. Book. 3. - M.: Mashinostroenie, 1977. - 360 p. - S. 54, fig. 118].

В них сферическая поверхность тыльной (от головки болта) стороны - выпуклая, что в принципе не годится для силового поджатия шайбы к выпуклой детали, в том числе цилиндрического пальца или цилиндрической оси шарового шарнира.In them, the spherical surface of the back (from the bolt head) side is convex, which, in principle, is not suitable for force pressing the washer to a convex part, including a cylindrical pin or a cylindrical axis of a ball joint.

Известны также разнообразные шайбообразные промежуточные прокладки (по сути, упорные детали), но и они имеют выпуклую тыльную поверхность [16. RU 2151078 С1, B61L 23/16; Е01 В 11/54, 20.06.2000 «Электроизолирующий стык для рельсовых цепей», поз. 1, 2, 10, 6, 9; 17. RU 2292411 С1, Е01В 11/54, В60М 5/00, 27.01.2007 «Электроизолирующий стык для рельсовых цепей», поз 2, 7, 3, 8], что также делает их неприемлемыми для указанных актуальных нужд, к тому же они не исключают необходимости в металлических шайбах с последовательной схемой установки.A variety of washer-shaped intermediate spacers are also known (in fact, thrust parts), but they also have a convex rear surface [16. RU 2151078 C1, B61L 23/16; E01 B 11/54, 06/20/2000 "Electrically insulating joint for track circuits", pos. 1, 2, 10, 6, 9; 17. RU 2292411 C1, E01V 11/54, V60M 5/00, 01/27/2007 "Electrical insulating joint for rail circuits", pos 2, 7, 3, 8], which also makes them unacceptable for these urgent needs, moreover they do not eliminate the need for metal washers in series.

Встречаются и шайбы «стаканы» - с плоской тыльной поверхностью (здесь - недостаток), но с трубчатой развитой стенкой, охватывающей с боков головку болта, при этом последняя выполнена с внутренним шестигранником под ключ [18. RU 189674 U1, F16B 41/00, 30.05.2019 «Антивандальное болтовое соединение»]. Такая конструкция шайбы не только изолирует головку болта с боков, но и характеризуется большей жесткостью в сравнении с тривиально плоской.There are also "glasses" washers - with a flat back surface (here - a disadvantage), but with a developed tubular wall that surrounds the bolt head from the sides, while the latter is made with a turnkey internal hexagon [18. RU 189674 U1, F16B 41/00, 05/30/2019 "Anti-vandal bolting"]. This washer design not only insulates the bolt head from the sides, but is also more rigid than a trivially flat one.

Все описанные выше шайбы выполнены металлическими, что особенно важно в условиях больших силовых переменных нагрузок в конструкциях железнодорожных вагонов.All the washers described above are made of metal, which is especially important under conditions of high power variable loads in the structures of railway cars.

Известны, однако, неметаллические шайбообразные накладки (по сути, упорные детали), применение которых возможно только в слабонагруженных, менее ответственных соединениях с относительно небольшим ресурсом работы [19. RU 125859 U1, А63В 17/04, 20.03.2013 «Разъемное соединение труб», поз. 3, 4, 7].Known, however, non-metallic washer lining (essentially thrust parts), the use of which is possible only in lightly loaded, less critical connections with a relatively small service life [19. RU 125859 U1, А63В 17/04, 03/20/2013 "Detachable pipe connection", pos. 3, 4, 7].

В качестве наиболее близкого к заявляемому устройства аналога (прототипа) по назначению и (главное) по совокупности существенных конструктивных признаков, принято болтовое соединение для крепления цилиндрического тела (трубы) в полуцилиндрическом гнезде опорной детали (буферного элемента перед торцом другой трубы, установленной перпендикулярно первой), содержащее болт, встроенный в сквозное поперечное гладкое отверстие в закрепляемом цилиндрическом теле радиусом R, гайку с резьбовым отверстием, по крайней мере, в составной части опорной детали в продолжение упомянутого гладкого отверстия за цилиндрическим телом, металлическую шайбу непосредственно под головкой болта и упорную деталь, выполненную с центральным отверстием под болт и с полуцилиндрической выборкой радиусом R на тыльном своем торце, а на лицевом торце - элементом жесткости в виде цилиндрической юбки высотой, соразмерной с высотой головки болта, при этом упорная деталь установлена враспор между головкой болта и цилиндрическим телом, с возможностью фиксации цилиндрического тела на опорной детали [20. RU 53924 U1, А63В 17/04, 10.06.2006 «Разъемное соединение двух труб с перпендикулярно пересекающимися осями»].As the closest analogue (prototype) device to the claimed device in terms of purpose and (main) in terms of the totality of essential design features, a bolted connection was adopted for fastening a cylindrical body (pipe) in a semi-cylindrical socket of the supporting part (buffer element in front of the end of another pipe installed perpendicular to the first) , containing a bolt built into a through transverse smooth hole in a fixed cylindrical body with a radius R, a nut with a threaded hole, at least in an integral part of the support part, in continuation of the said smooth hole behind the cylindrical body, a metal washer directly under the bolt head and a thrust piece, made with a central hole for the bolt and with a semi-cylindrical recess with a radius R on its back end, and on the front end - a stiffening element in the form of a cylindrical skirt with a height commensurate with the height of the bolt head, while the thrust part is installed at a distance between the bolt head and the cylindrical m body, with the possibility of fixing the cylindrical body on the support part [20. RU 53924 U1, А63В 17/04, 06/10/2006 "Detachable connection of two pipes with perpendicularly intersecting axes"].

В нем шайба и упорная деталь выполнены в виде двух разных деталей, при этом шайба - плоской металлической непосредственно под головку болта, а упорная деталь - неметаллической, установленная между металлической шайбой и цилиндрическим телом, выполненным трубчатым; гайка выполнена как отдельная деталь-переходник к торцу опорной детали (тоже цилиндрической трубчатой); предусмотрена вторая деталь, идентичная упорной, установленная оппозитно ей с другой стороны цилиндрического тела.In it, the washer and the thrust piece are made in the form of two different parts, while the washer is flat metal directly under the bolt head, and the thrust piece is non-metallic, installed between the metal washer and the cylindrical body made tubular; the nut is made as a separate part-adapter to the end face of the supporting part (also cylindrical tubular); a second part is provided, identical to the thrust part, installed opposite to it on the other side of the cylindrical body.

При этом головка болта выполнена с классическим внешним шестигранником под ключ; цилиндрическое тело выполнено в виде одной трубы, а опорная деталь - в виде другой трубы, перпендикулярной первой; болтовое соединение входит в качестве узла взаимосвязи двух взаимно перпендикулярных труб в приложении к гимнастическому снаряду).At the same time, the bolt head is made with a classic turnkey external hexagon; the cylindrical body is made in the form of one pipe, and the supporting part is in the form of another pipe perpendicular to the first; a bolted connection is included as an interconnection node of two mutually perpendicular pipes in the application to a gymnastic apparatus).

Однако для актуальных задач транспортного, в частности железнодорожного, машиностроения, совершенствования наземного безрельсового и рельсового наземного транспорта, такое техническое решение неприемлемо по причинам больших силовых нагрузок и потребного срока службы сборочных единиц в тяжелых дорожных и климатических условиях. Поскольку в названных изделиях речь идет о тяжелонагруженных узлах взаимосвязи с использованием шаровых шарниров, в качестве последних предпочтительно использовать шарниры с цилиндрическими пальцами или осями, посаженными в свободный конец рычагов, то есть без лысок. Особенно если шаровые шарниры уже производятся и поставляются таковыми.However, for the actual tasks of transport, in particular railway, engineering, improvement of ground trackless and rail ground transport, such a technical solution is unacceptable due to high power loads and the required service life of assembly units in difficult road and climatic conditions. Since these products are heavily loaded interconnections using ball joints, it is preferable to use hinges with cylindrical pins or axles planted in the free end of the levers, that is, without flats, as the latter. Especially if ball joints are already manufactured and supplied as such.

Это обусловливает задачу адаптации конструкции (устройства) прототипа к указанным конкретным условиям.This causes the task of adapting the design (device) of the prototype to the specified specific conditions.

Таким образом, проблемой (задачей) заявляемого изобретения является улучшение технико-эксплуатационных и экономических характеристик известного устройства-прототипа [20], с учетом близкого аналога [12].Thus, the problem (task) of the claimed invention is to improve the technical, operational and economic characteristics of the known prototype device [20], taking into account a close analogue [12].

Соответственно, планируемый технический результат использования изобретения - улучшение ТЭХ болтового соединения и сборочных узлов определенного назначения на его основе.Accordingly, the planned technical result of using the invention is the improvement of the TEC of a bolted joint and assemblies of a certain purpose based on it.

Решение обозначенной проблемы (задачи) достигается тем, что болтовое соединение для крепления цилиндрического тела в полуцилиндрическом гнезде опорной детали содержит болт, встроенный в сквозное поперечное гладкое отверстие в закрепляемом цилиндрическом теле радиусом R, гайку с резьбовым отверстием, по крайней мере, в составной части опорной детали в продолжение упомянутого гладкого отверстия за цилиндрическим телом, металлическую фигурную шайбу с функцией упорной детали, выполненную с центральным отверстием под болт и с вогнутой полуцилиндрической выборкой радиусом R на тыльном своем торце, а на лицевом торце - элементом жесткости в виде цилиндрической юбки высотой, соразмерной с высотой головки болта, при этом металлическая фигурная шайба установлена враспор между головкой болта и цилиндрическим телом, с возможностью фиксации цилиндрического тела на опорной детали.The solution to the indicated problem (task) is achieved by the fact that the bolted connection for fastening the cylindrical body in the semi-cylindrical seat of the support part contains a bolt built into a through transverse smooth hole in the fixed cylindrical body with a radius R, a nut with a threaded hole, at least in the component of the support parts in continuation of the said smooth hole behind the cylindrical body, a metal shaped washer with the function of a thrust part, made with a central hole for the bolt and with a concave semi-cylindrical selection of radius R on its back end, and on the front end - a stiffening element in the form of a cylindrical skirt with a height commensurate with the height of the bolt head, while the metal shaped washer is installed at a distance between the bolt head and the cylindrical body, with the possibility of fixing the cylindrical body on the support part.

На решение поставленной комплексной задачи направлен и ряд частных существенных признаков устройства в рамках основной совокупности признаков, сформулированной в предыдущем абзаце и далее в формуле изобретения, а именно:A number of particular essential features of the device are also aimed at solving the set complex task within the framework of the main set of features formulated in the previous paragraph and further in the claims, namely:

- головка болта может быть выполнена с утопленным завертным элементом, например внутренним шестигранником или шлицом типа Torx (это позволяет использовать болты с цилиндрической головкой и минимизировать, за счет этого, диаметр юбки фигурной шайбы, дополнительно повысив, в свою очередь, компактность сборочного узла);- the head of the bolt can be made with a recessed screw element, for example, an internal hexagon or a Torx slot (this allows the use of bolts with a cylindrical head and thereby minimizing the diameter of the figured washer skirt, further increasing, in turn, the compactness of the assembly unit);

- цилиндрическое тело может быть выполнено в виде пальца или оси шарового шарнира, а опорная деталь - в виде рычага торсионного вала (это позволяет применить заявляемое болтовое соединение в условиях поставок в качестве комплектующих готовых шаровых шарниров с цилиндрическими пальцами или осями для сборочных узлов «шарнир-рычаг»);- a cylindrical body can be made in the form of a pin or axis of a ball joint, and the support part can be made in the form of a lever of a torsion shaft lever arm");

- болтовое соединение может входить в качестве узла взаимосвязи шарового шарнира с рычагом торсионного вала в состав торсионного стабилизатора поперечной устойчивости кузова транспортного средства, например железнодорожного вагона (это позволяет применить заявляемое болтовое соединение в конкретной области техники - транспортном машиностроении в решении актуальных задач стабилизации поперечного наклона кузовов автомобильного грузового и пассажирского транспорта и кузовов двухэтажных пассажирских вагонов скоростных и высокоскоростных поездов и рельсовых автобусов).- a bolted connection can be included as an interconnection node of a ball joint with a torsion shaft lever in the torsion stabilizer bar of a vehicle body, for example a railway car (this allows the application of the inventive bolted connection in a specific field of technology - transport engineering in solving urgent problems of stabilizing the transverse inclination of bodies automobile freight and passenger transport and bodies of double-deck passenger cars of high-speed and high-speed trains and rail buses).

Среди массива известных устройств не обнаружены такие, совокупность существенных признаков которых совпадала бы с заявленной совокупностью признаков. В то же время, именно за счет последней достигается новый технический результат, что обусловливает наличие у заявляемого устройства первого квалификационного признака изобретения - «мировой уровень новизны».Among the array of known devices, no such devices were found, the set of essential features of which would coincide with the declared set of features. At the same time, it is due to the latter that a new technical result is achieved, which determines that the claimed device has the first qualifying feature of the invention - "world-class novelty".

Совокупность отличительных существенных признаков заявляемого устройства не является простой суммой известных технических результатов применения порознь известных компонентов системы. Имеет место «сверхэффект» (в патентоведческом значении этого термина), который не был очевидным для специалиста из достигнутого уровня техники (разумеется, до рассмотрения заявляемого технического решения). Это убедительно демонстрирует изобретательский уровень разработки как второй из триады квалификационных признаков изобретения.The set of distinctive essential features of the proposed device is not a simple sum of the known technical results of using separately known system components. There is a "super-effect" (in the patent meaning of this term), which was not obvious to a specialist from the state of the art (of course, before considering the proposed technical solution). This convincingly demonstrates inventive development as the second of the triad of invention qualifications.

Третий квалификационный признак изобретения, - промышленная применимость, - также неоспорим и вытекает из огромного мирового опыта проектирования, промышленного производства, ремонта и эксплуатации деталей машин и составных устройств, включая крепежные элементы.The third qualifying feature of the invention - industrial applicability - is also indisputable and follows from the vast world experience in design, industrial production, repair and operation of machine parts and composite devices, including fasteners.

Подробнее сущность изобретения (с примером практического применения в составе стабилизатора поперечной устойчивости кузова железнодорожного вагона как приоритетного объекта внедрения) раскрывается в приведенных ниже примерах, иллюстрируемых фиг. 1-3:The essence of the invention (with an example of practical application as part of the anti-roll bar of a railway car body as a priority object of implementation) is disclosed in more detail in the examples below, illustrated in Figs. 1-3:

на фиг. 1 представлено болтовое соединение цилиндрического тела (преимущественно пальца или оси шарового шарнира) с опорной деталью (рычагом), вид сбоку в разрезе, где R - радиус кривизны посадочной поверхности гнезда в опорной детали и наружной поверхности цилиндрического тела; Н - высота цилиндрической юбки фигурной шайбы; Fн, Fп - соответственно нормальная и перпендикулярная (касательная, боковая) составляющие;in fig. 1 shows a bolted connection of a cylindrical body (mainly a pin or a ball joint axis) with a support part (lever), side view in section, where R is the radius of curvature of the seating surface of the socket in the support part and the outer surface of the cylindrical body; H is the height of the cylindrical skirt of the curly washer; Fн, Fп - respectively normal and perpendicular (tangential, lateral) components;

на фиг. 2 - фигурная шайба, вид сбоку в разрезе, где R - радиус кривизны посадочной поверхности гнезда в опорной детали и наружной поверхности цилиндрического тела; Н - высота цилиндрической юбки фигурной шайбы;in fig. 2 - curly washer, side view in section, where R is the radius of curvature of the seating surface of the socket in the support part and the outer surface of the cylindrical body; H is the height of the cylindrical skirt of the curly washer;

на фиг. 3 - фигурная шайба, вид сверху в разрезе, где Н - высота цилиндрической юбки фигурной шайбы;in fig. 3 - figured washer, top view in section, where H is the height of the cylindrical skirt of the figured washer;

на фиг. 4 - фрагмент 3D-изображения компьютерной модели установленного на железнодорожный вагон стабилизатора поперечной устойчивости кузова, с показом шарнирного соединения рычага торсиона с тягой, вид сбоку-спереди-снизу.in fig. 4 is a fragment of a 3D image of a computer model of a body anti-roll bar installed on a railway car, showing the swivel of the torsion bar lever with the rod, side-front-bottom view.

На фиг. 1-4 позициями обозначены:In FIG. 1-4 positions are designated:

1 - цилиндрическое тело (как объект фиксации относительно другого тела); 2 - полуцилиндрическое гнездо опорной детали; 3 - опорная деталь (упомянутое «другое тело»); 4 - болт; 5 - сквозное поперечное гладкое отверстие в цилиндрическом теле под болт; 6 - гайка (конструктивно совмещена с опорной деталью 3); 7 - резьбовое отверстие гайки; 8 - металлическая фигурная шайба; 9 - центральное гладкое отверстие в фигурной шайбе под болт; 10 - вогнутая полуцилиндрическая тыльная поверхность (выборка) радиусом R в шайбе; 11 - цилиндрическая юбка фигурной шайбы; 12 - утопленный завертный элемент болта 4; 13 - кузов (рама) вагона; 14 - колесная тележка вагона; 15 - торсионный вал (торсион); 16 - тяга торсионного стабилизатора; 17 - шарнирное соединение тяги стабилизатора на колесной тележке вагона; 18 - продольная ось (линия) цилиндрического тела (пальца, оси-тела) 1.1 - cylindrical body (as an object of fixation relative to another body); 2 - semi-cylindrical socket of the supporting part; 3 - supporting part (mentioned "another body"); 4 - bolt; 5 - through transverse smooth hole in a cylindrical body for a bolt; 6 - nut (structurally combined with the support part 3); 7 - threaded hole of the nut; 8 - metal curly washer; 9 - central smooth hole in the figured washer for the bolt; 10 - concave semi-cylindrical rear surface (sample) with radius R in the washer; 11 - cylindrical skirt of a figured washer; 12 - recessed screw element of the bolt 4; 13 - car body (frame); 14 - wheeled car bogie; 15 - torsion shaft (torsion bar); 16 - thrust of the torsion stabilizer; 17 - swivel link of the stabilizer on the wheeled bogie of the car; 18 - longitudinal axis (line) of a cylindrical body (finger, axis-body) 1.

Болтовое соединение для крепления цилиндрического тела 1 в полуцилиндрическом гнезде 2 опорной детали 3 содержит (см. фиг. 1-3):Bolted connection for fastening a cylindrical body 1 in a semi-cylindrical socket 2 of the support part 3 contains (see Fig. 1-3):

- болт 4, встроенный в сквозное поперечное гладкое отверстие 5 в закрепляемом цилиндрическом теле 1 радиусом R,- bolt 4 built into a through transverse smooth hole 5 in a fixed cylindrical body 1 with radius R,

- гайку 6 с резьбовым отверстием 7, по крайней мере, в составной части опорной детали 3 в продолжение гладкого отверстия 5 за цилиндрическим телом 1 (т.е. «гайку» в общем случае, в данном примере гайкой 6 служит сама опорная деталь 3);- a nut 6 with a threaded hole 7, at least in an integral part of the support part 3, in continuation of the smooth hole 5 behind the cylindrical body 1 (i.e. the "nut" in the general case, in this example, the support part 3 itself serves as the nut 6) ;

- металлическую фигурную шайбу 8 с центральным отверстием 9 под болт 4, с вогнутой полуцилиндрической тыльной поверхностью (выборкой) 10 радиусом R на тыльном своем торце, а на лицевом своем торце - с элементом жесткости в виде цилиндрической юбки 11 высотой Н, соразмерной с высотой головки болта 4, причем шайба 8 установлена непосредственно под головкой болта 4 с функцией упорной детали - враспор между головкой болта 4 и цилиндрическим телом 1, с возможностью фиксации цилиндрического тела 1 на опорной детали 3.- a metal figured washer 8 with a central hole 9 for a bolt 4, with a concave semi-cylindrical rear surface (sample) 10 with a radius R on its rear end, and on its front end with a stiffening element in the form of a cylindrical skirt 11 with a height H, commensurate with the height of the head bolt 4, and the washer 8 is installed directly under the head of the bolt 4 with the function of a thrust part - at a distance between the head of the bolt 4 and the cylindrical body 1, with the possibility of fixing the cylindrical body 1 on the supporting part 3.

Рекомендуется выполнение головки болта с утопленным завертным элементом 12 (см. фиг.1), например внутренним шестигранником или шлицом типа Torx (T, ТХ), что позволяет минимизировать зазор между головкой болта 4 и цилиндрической юбкой 11, уменьшив при этом габарит соединения (узла) в целом.It is recommended to perform the bolt head with a recessed screw element 12 (see figure 1), for example, a hexagon socket or Torx type slot (T, TX), which allows minimizing the gap between the bolt head 4 and the cylindrical skirt 11, while reducing the size of the connection (node ) generally.

Цилиндрическое тело 1, предпочтительно, выполнено (актуальное конкретное применение) в виде пальца или оси (частные случаи) шарового шарнира, а опорная деталь 3 - в виде рычага (см. фиг. 1) торсионного вала (см. фиг. 4).The cylindrical body 1 is preferably made (current specific application) in the form of a pin or axis (particular cases) of a ball joint, and the support part 3 is in the form of a lever (see Fig. 1) of a torsion shaft (see Fig. 4).

При этом заявляемое болтовое соединение входит в качестве узла взаимосвязи упомянутых шарового шарнира и рычага торсионного вала в состав торсионного стабилизатора поперечной устойчивости кузова транспортного средства, например железнодорожного вагона (см. обзор аналогов в характеристике современного уровня техники).At the same time, the inventive bolted connection is included as an interconnection node of the said ball joint and the torsion shaft lever in the torsion stabilizer bar of the vehicle body, for example, a railway car (see the overview of analogues in the characteristics of the state of the art).

При такой конфигурации упорной детали - металлической шайбы 8 достигается, без увеличения габаритов соединения (узла), возможность применения, в частности, шаровых шарниров (как покупных изделий) с цилиндрическими пальцами или осями. Иначе говоря, нет необходимости снятия на них фаски(ок), что целесообразно с технологической и экономической точек зрения.With this configuration of the thrust part - metal washer 8, without increasing the dimensions of the connection (assembly), the possibility of using, in particular, ball joints (as purchased products) with cylindrical pins or axles is achieved. In other words, there is no need to chamfer (s) on them, which is advisable from a technological and economic point of view.

Ослабление шайбы 8 выборкой 10 скомпенсировано юбкой 11 (форма «стакан»), повышающей жесткость шайбы 8.The weakening of washer 8 by recess 10 is compensated by skirt 11 (“glass” shape), which increases the rigidity of washer 8.

Устройство работает следующим образом (см. фиг. 1-4).The device operates as follows (see Fig. 1-4).

В результате сборки болтового соединения, завершающегося силовой затяжкой комплекта «болт 4 - шайба 8 - гайка 6» инструментом (гаечным ключом), цилиндрическое тело 1, в частности палец или ось (полуось) шарового шарнира, плотно поджимается, благодаря выполнению радиусов кривизны R сопрягаемых поверхностей выборки жесткой фигурной шайбы 8, тела 1 и гнезда 2 опорной детали 3, что в итоге обеспечивает надежную фиксацию цилиндрического тела 1 относительно опорной детали 3.As a result of assembling a bolted joint, ending with a power tightening of the set “bolt 4 - washer 8 - nut 6” with a tool (wrench), the cylindrical body 1, in particular the pin or axis (half shaft) of the ball joint, is tightly pressed due to the implementation of the radii of curvature R of the mating surfaces of the selection of a rigid figured washer 8, body 1 and socket 2 of the support part 3, which ultimately ensures reliable fixation of the cylindrical body 1 relative to the support part 3.

В условиях внешних силовых воздействий (характерных в частности, для примера с торсионным стабилизатором (см. фиг. 4) на узел и, соответственно, на болтовое соединение, перпендикулярная (касательная) составляющая Fп рабочего усилия (то есть силы взаимодействия соединяемых деталей) воспринимается соответствующей частью площадей сопрягаемых полуцилиндрических поверхностей в гнезде 2, заполненном половиной тела 1, в отличие от нормальной составляющей Fн (см. фиг. 1), Благодаря чему болтовое соединение 4, 6, 8 разгружено от изгибающих моментов силы.Under conditions of external force influences (characteristic, in particular, for the example with a torsion stabilizer (see Fig. 4) on the assembly and, accordingly, on the bolted connection, the perpendicular (tangential) component Fp of the working force (that is, the interaction force of the parts to be connected) is perceived as corresponding part of the areas of the mating semi-cylindrical surfaces in the socket 2, filled with half of the body 1, in contrast to the normal component Fn (see Fig. 1), due to which the bolted connection 4, 6, 8 is unloaded from bending moments of force.

При этом расширяются возможности сокращения габаритов узла вдоль осей болтового соединения при сохранении положения продольной оси 13 шарового пальца (шаровой оси) 3, то есть повышения компактности сборочного узла (подробнее см. далее по тексту пример узла - стабилизатор в сборе).This expands the possibility of reducing the dimensions of the assembly along the axes of the bolted connection while maintaining the position of the longitudinal axis 13 of the ball pin (ball axle) 3, that is, increasing the compactness of the assembly (for more details, see the example of the assembly - stabilizer assembly below).

Рассмотрим упомянутый выше пример конкретного применения шарового шарнира с цилиндрическим пальцем или цилиндрической осью в составе стабилизатора поперечной устойчивости (поперечного наклона) кузова железнодорожного пассажирского вагона (в частности, разрабатываемых при авторском участии двухэтажного пассажирского электрического поезда - «электрички» 2ЭПЭ или подвижного состава на водородном топливе) - см. фиг. 4.Let us consider the above-mentioned example of a specific application of a ball joint with a cylindrical pin or a cylindrical axis as part of the anti-roll bar (transverse slope) of the body of a railway passenger car (in particular, developed with the author's participation of a double-decker passenger electric train - a 2EPE "electric train" or hydrogen-fueled rolling stock ) - see fig. four.

На этом примере становится более понятным как работа устройства, так и технический результат его использования.In this example, both the operation of the device and the technical result of its use become clearer.

Узел с шаровым шарниром (сферическим подшипником), в качестве упомянутого выше цилиндрического тела 1, представляет собой стабилизатор поперечной устойчивости (поперечного наклона) подрессоренного кузова (рамы кузова) 13 железнодорожного вагона относительно его колесной тележки - 14. Стабилизатор содержит в качестве основных составных частей торсионный вал (торсион) 15, каждый конец которого связан с рычагом 3 вилочного типа (здесь и далее - на примере видимого на фиг.4 одного из сборочных узлов), на торцах свободного раздвоенного конца которого («рогов») установлен шаровой шарнир, обеспечивающий подвижное в пространстве соединение свободного от связи с торсионным валом 15 конца рычага 3 с тягой 16, другим своим концом шарнирно закрепленной (соединение 17 на фиг. 3) на колесной тележке 14 вагона.The node with a ball joint (spherical bearing), as the above-mentioned cylindrical body 1, is a stabilizer of transverse stability (transverse tilt) of the sprung body (body frame) 13 of the railway car relative to its wheeled bogie - 14. The stabilizer contains as main components a torsion shaft (torsion bar) 15, each end of which is connected with a fork-type lever 3 (hereinafter - on the example of one of the assembly units visible in figure 4), at the ends of the free bifurcated end of which ("horns") a ball joint is installed, providing a movable in space, the connection of the end of the lever 3, free from communication with the torsion shaft 15, with the rod 16, the other end of which is hinged (connection 17 in Fig. 3) on the wheeled cart 14 of the car.

Посадочные места для шарового пальца (или шаровой оси как тела) 1 - гнезда 2 полуцилиндрической (радиусом R) формы, с продольными осями, совпадающими с продольной осью 18 (как прямой линией) пальца (оси) 1, выполненные на торцах вилочного рычага 3. Шарнир поджат к рычагу 3 с натягом за счет болтового соединения.Seats for a ball pin (or a ball axle as a body) 1 - sockets 2 of a semi-cylindrical (radius R) shape, with longitudinal axes coinciding with the longitudinal axis 18 (as a straight line) of the pin (axle) 1, made at the ends of the fork lever 3. The hinge is pressed against the lever 3 with an interference fit due to the bolted connection.

Сборку узла (во всяком случае, торсионного вала 15 с рычагами 3) осуществляют, предпочтительно, вне вагона (на предприятии-производителе (поставщике) стабилизаторов. Тогда последний (вал 15+рычаг 3) в собранном виде заводят внутрь рамы, возможно через монтажное окно, предусмотренное в раме кузова 13 вагона, и закрепляют на раме и на тележке 14 соответствующими крепежными элементами. Чем компактнее узел «рычаг+торсионный вал», тем больше возможностей его хранения, доставки, и, что особенно важно, - монтажа-демонтажа на вагоне. В частности, меньше потребный размер монтажного окна (при его необходимости) в раме и, в свою очередь, тем прочнее рама при прочих равных ее размерах.The assembly of the assembly (in any case, the torsion shaft 15 with levers 3) is carried out, preferably, outside the car (at the manufacturer (supplier) of the stabilizers. Then the latter (shaft 15 + lever 3) in the assembled form is brought inside the frame, possibly through the mounting window , provided in the car body frame 13, and are fixed on the frame and on the bogie 14 with appropriate fasteners. In particular, the smaller the required size of the mounting window (if necessary) in the frame and, in turn, the stronger the frame, all other things being equal to its dimensions.

Усилие в стабилизаторе действует вдоль тяги 16 и может быть разложено на нормальную (Fн) и перпендикулярную (Fп) составляющие силы (см. фиг. 1). Нормальная составляющая Fн нагружает болты 4 продольными усилиями и воспринимаются их резьбой (как и должны работать болтовые соединения), а усилие перпендикулярное (Fп) принимает на себя рычаг 3 в полуцилиндрических расточках - гнездах 2 его «рогов» (на конце рычага 3 - два одинаковых «рога»).The force in the stabilizer acts along the thrust 16 and can be decomposed into normal (Fn ) and perpendicular (Fp) components of the force (see Fig. 1). The normal component Fn loads the bolts 4 with longitudinal forces and are perceived by their threads (as bolted connections should work), and the perpendicular force (Fp) is assumed by the lever 3 in semi-cylindrical bores - sockets 2 of its "horns" (at the end of the lever 3 - two identical "horns").

При этом важно, что имеет место заметное сокращение габаритной длины узла «рычаг - торсионный вал» в «нормальном» направлении (по линии действия силы Fн на фиг. 1, то есть вдоль рычага 3). Это определяет высокую компактность рассматриваемого сборочного узла, возможностей монтажа / демонтажа стабилизатора в целом.At the same time, it is important that there is a noticeable reduction in the overall length of the "lever - torsion shaft" assembly in the "normal" direction (along the line of action of the force Fn in Fig. 1, that is, along the lever 3). This determines the high compactness of the considered assembly, the possibility of mounting / dismounting the stabilizer as a whole.

Таким образом, предлагаемое техническое новшество позволяет использовать шаровые шарниры с цилиндрическими пальцами или осями, не в ущерб компактности узла, то есть решает поставленную комплексную задачу. Использование таких болтовых соединений не только позволит увеличить надежность и долговечность (срок службы) изделий в целом, но и повысить компактность сборочных узлов, технологичность и точность сборки и ремонта. А значит, улучшить технико-эксплуатационные и экономические характеристики сборочных устройств в целом (в том числе торсионных стабилизаторов поперечной устойчивости кузовов железнодорожных вагонов).Thus, the proposed technical innovation allows the use of ball joints with cylindrical pins or axles, without compromising the compactness of the assembly, that is, it solves the set complex problem. The use of such bolted connections will not only increase the reliability and durability (service life) of products as a whole, but also increase the compactness of assemblies, manufacturability and accuracy of assembly and repair. This means improving the technical, operational and economic characteristics of assembly devices as a whole (including torsion stabilizer bars for railway car bodies).

Claims (4)

1. Болтовое соединение для крепления цилиндрического тела в полуцилиндрическом гнезде опорной детали, содержащее болт, встроенный в сквозное поперечное гладкое отверстие в закрепляемом цилиндрическом теле радиусом R, гайку с резьбовым отверстием, по крайней мере, в составной части опорной детали в продолжение упомянутого гладкого отверстия за цилиндрическим телом, металлическую фигурную шайбу с функцией упорной детали, выполненную с центральным отверстием под болт и с вогнутой полуцилиндрической выборкой радиусом R на тыльном своем торце, а на лицевом торце - элементом жесткости в виде цилиндрической юбки высотой, соразмерной с высотой головки болта, при этом металлическая фигурная шайба установлена враспор между головкой болта и цилиндрическим телом, с возможностью фиксации цилиндрического тела на опорной детали.1. Bolted connection for fastening a cylindrical body in a semi-cylindrical socket of the support part, containing a bolt built into a through transverse smooth hole in the fixed cylindrical body with a radius R, a nut with a threaded hole, at least in an integral part of the support part, in continuation of the mentioned smooth hole beyond a cylindrical body, a metal figured washer with the function of a thrust part, made with a central hole for the bolt and with a concave semi-cylindrical recess of radius R on its back end, and on the front end - a stiffening element in the form of a cylindrical skirt with a height commensurate with the height of the bolt head, while a metal figured washer is installed at a distance between the bolt head and the cylindrical body, with the possibility of fixing the cylindrical body on the support part. 2. Болтовое соединение по п. 1, в котором головка болта выполнена с утопленным завертным элементом, например, внутренним шестигранником или шлицом типа Torx.2. Bolted connection according to claim 1, in which the bolt head is made with a recessed screw element, for example, an internal hexagon or a Torx type slot. 3. Болтовое соединение по п. 1, в котором цилиндрическое тело выполнено в виде пальца или оси шарового шарнира, а опорная деталь - в виде рычага торсионного вала.3. Bolted connection according to claim 1, in which the cylindrical body is made in the form of a pin or a ball joint axis, and the supporting part is in the form of a torsion shaft lever. 4. Болтовое соединение по п. 3, которое входит в качестве узла взаимосвязи шарового шарнира с рычагом торсионного вала в состав торсионного стабилизатора поперечной устойчивости кузова транспортного средства, например, железнодорожного вагона.4. Bolted connection according to claim 3, which is included as an interconnection node of a ball joint with a torsion shaft lever in the torsion stabilizer bar of a vehicle body, for example, a railway car.
RU2022102810A 2022-02-04 Bolted connection for fastening a cylindrical body in a semi-cylindrical seat of the supporting part RU2782732C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2782732C1 true RU2782732C1 (en) 2022-11-01

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002021819A (en) * 2000-07-11 2002-01-23 Yazaki Ind Chem Co Ltd Joint, pipe connecting structure using this joint, drill for drilling pipe of pipe connecting structure, and method of drilling pipe of pipe connecting structure
JP2006250213A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Nitto Sangyo Kk Fastening fittings used for assembling jungle gym
RU2338935C2 (en) * 2005-09-15 2008-11-20 Борисенко Игорь Владимирович Structure installation method from tubular shape and facility for its implementation
RU125859U1 (en) * 2012-04-13 2013-03-20 Олег Николаевич Гладков PIPE JOINT

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002021819A (en) * 2000-07-11 2002-01-23 Yazaki Ind Chem Co Ltd Joint, pipe connecting structure using this joint, drill for drilling pipe of pipe connecting structure, and method of drilling pipe of pipe connecting structure
JP2006250213A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Nitto Sangyo Kk Fastening fittings used for assembling jungle gym
RU2338935C2 (en) * 2005-09-15 2008-11-20 Борисенко Игорь Владимирович Structure installation method from tubular shape and facility for its implementation
RU125859U1 (en) * 2012-04-13 2013-03-20 Олег Николаевич Гладков PIPE JOINT

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110325424B (en) Bogie for railway vehicle
US20050140111A1 (en) Front suspension
JPS6344590B2 (en)
CN103717472B (en) Railway vehicle bogie and railway vehicle provided with same
US3547046A (en) Railway locomotive truck with low traction point
US5118131A (en) Suspension
MX2011006966A (en) Brake shoe support assembly and method.
JPH0930417A (en) Light weight side frame for railroad rolling stock truck andrailroad rolling stock truck
RU2782732C1 (en) Bolted connection for fastening a cylindrical body in a semi-cylindrical seat of the supporting part
TW201836892A (en) Railway vehicle bogie comprising axles rigidly fixed to the body of the bogie
US3895819A (en) Single axle suspension system
US4860666A (en) Multi-axle, steered articulated railway vehicle with compensation for transitional spirals
US3521569A (en) Articulated railway bogey
RU2770029C1 (en) Railroad car body anti-roll bar
JP2002211392A (en) Single axle bogie for rolling stock
RU2763301C1 (en) Ball joint
JP2002220050A (en) Single axle bogie for rolling stock
RU2772848C1 (en) Set from torsion stabilizer transversal tilt of car body and leader of longitudinal interrelation of frame and car wheel trolley
US3099967A (en) Vehicle wheel suspensions
JPH0321380B2 (en)
RU2743601C1 (en) Carriage torsion stabilizer link
RU2632236C2 (en) Rail vehicle running gear
RU217826U1 (en) TORSION ASSEMBLY OF RAILWAY CAR BODY TRANSVERSAL TILT STABILIZER
RU200957U1 (en) Rod of the torsion stabilizer bar of the vehicle body
JPS63162367A (en) Suspension system for railway rolling stock to bogie