UA66876C2 - Різьбове з'єднання двох металевих труб з пазом, виконаним в різьбі - Google Patents

Abstract

У різьбовому з'єднанні двох металевих труб, що включає один зовнішній елемент на торці першої труби і внутрішній елемент на торці другої труби, зовнішній елемент має зовнішню охоплювану різьбу, внутрішній елемент має внутрішню охоплюючу різьбу, зовнішня і внутрішня різьби нагвинчуються одна на одну, щонайменше одна зовнішня або одна внутрішня різьба має паз, який виконаний у виступі і виходить або на поверхню зчеплення, або на вершину виступу, або на стик між поверхнею зчеплення і вершиною виступу. Паз виконаний у виступі таким чином, що він підвищує пружність частини виступу, що входить в контакт під тиском із зв'язаним виступом, або зменшує площу контактних поверхонь, або впливає на обидві дані характеристики одночасно.

Description

загвинчування досягається після слабого загвинчування одного елемента відносно іншого: так відбувається, наприклад, в різьбових з'єднаннях з високою протидією або після виникнення контакту між бічними поверхнями в різьбових з'єднаннях з трапецеїдальними виступами без осьового зазору або з шириною виступу, що змінюється.

Оскільки допустимі відхилення при виготовленні приводять до зміни кривої моменту при загвинчуванні зовнішнього різьблення у внутрішнє, неможливо в даних умовах передбачити відносне кінцеве положення елементів з'єднання для максимально допустимого значення моменту загвинчування.

Ці недоліки посилюються, коли кожний зовнішній і внутрішній елемент має, крім того, герметизуючу поверхню метал-метал і загальний упор, як описано в Європейському патенті Ме0454147, оскільки в цьому випадку необхідно синхронізувати рушення різьблення, що герметизує поверхні і упора при закінченні загвинчування у всіх випадках загвинчування зовнішнього елемента у внутрішній.

Мета даного винаходу полягає в тому, щоб здійснити з'єднання двох металевих труб за допомогою конічної, циліндричної і циліндро-конічної різьб, різноманітних виступів і зазорів в з'єднаннях, з усуненням описаних вище недоліків.

Далі в цьому документі термін "різьблення" буде означати сукупність різьбових частин одного елемента.

Так, різьблення може складатися з однієї різьбової частини або з декількох різьбових частин, наприклад з циліндричних частин на двох гвинтових лініях або з однієї конічної і другої циліндричної частини типу описаних в патенті США Ме5437429, причому в останньому випадку різьблення називається циліндро-конічним.

Згідно з винаходом, різьбове з'єднання двох металевих труб, що складається із зовнішнього елемента на торці першої труби і внутрішнього елемента на торці другої труби, причому зовнішній елемент має зовнішнє різьблення, що охоплюється, а внутрішній елемент має внутрішнє охоплююче різьблення, кожна з бічних поверхонь виступу якої паралельна відповідній поверхні зовнішнього елемента, і зовнішнє різьблення угвинчується у внутрішнє різьблення так, що щонайменше одне зовнішнє або внутрішнє різьблення має паз у виступі різьблення, що виходить або на поверхню зчеплення, або на вершину виступу, або на стик між поверхнею зчеплення і вершиною виступу.

Той факт, що кожна з бічних поверхонь виступу внутрішнього різьблення паралельна відповідній бічній поверхні зовнішнього різьблення, забезпечує з'єднання елементів з усуненням нерівномірності контакту при приляганні зв'язаних поверхонь.

Під пазом мають на увазі виїмку, що складається з двох стінок паза і дна паза, довжина якого по розгортці різьблення більше його ширини і глибини, розміри яких вимірюються в площині розрізу, що проходить по осі труб.

Профіль паза відповідає перетину паза даною площиною розрізу, і ширина паза вимірюється по цьому профілю на заданій глибині.

До цього часу виступи різьблення розглядали як суцільний елемент і прагнули їх укріпити. Тому несподіваним виявилося те, що їх можна розглядати як структуру, жорсткість якої можна змінити шляхом виконання в ній паза.

У даному винаході паз служить для зменшення сил, виникаючих при контакті між зовнішньою і внутрішньою різьбами, і, отже, зменшення моменту загвинчування, який пропорційний даним контактним силам.

З цією метою паз може бути розташований в різьбленні так, щоб або збільшити податливість частини виступу, яка сприймає тиск при контакті з прилеглою до неї частиною, або зменшити контактні поверхні або впливати на обидві дані характеристики одночасно.

Приклади розташування паза, що виконує вказані функції в різьбових з'єднаннях, згідно з винаходом, будуть приведені нижче для різних типів різьблення і для різних форм виступів.

Відомі описані в патенті США Ме3882917 і патенті Франції Ме2408061 різьбові з'єднання, в одному з виступів яких є паз, що виходить на вершину виступу, але такі пази тісно пов'язані зі структурою поверхонь виступів, створюючи самоблоковане з'єднання, тобто перешкоджаюче самовідгвинчуванню.

У патенті США Мо3882917 одна з поверхонь виступу різьблення має нервюру у вигляді потовщення з трьома сторонами, одна з яких спирається на відповідну поверхню зв'язаного виступу, а дві інші сторони утворять паз, який служить для придания нервюрі міцності при вигині.

Патент Франції Ме2408061 описує трапецеїдальні виступи, причому кут нахилу бічних поверхонь, що мають паз, відрізняється від кута нахилу поверхонь без паза, і цей кут такий, що ширина паза на виході меншає при загвинчуванні під дією згинаючого навантаження внаслідок відхилень в напрямі бічних поверхонь зв'язаних виступів.

Ні в одному з вказаних документів не розкривається функція паза в різьбовому з'єднанні, згідно з винаходом, і жоден з них не торкається внутрішніх виступів, кожна бічна поверхня яких паралельна відповідній бічній поверхні зовнішніх виступів.

Згідно з винаходом, паз може бути виконаний в конічній, циліндричній або циліндро-конічній різьбах, одно- або багатозахідних, з протидіючими виступами або з виступами без осьового зазору, з постійною шириною або з шириною, що змінюється по розгортці різьблення.

Паз може бути виконаний в трикутних, круглих або трапецеїдальних виступах, причому під "трапецеїдальними виступами" далі в цьому документі маються на увазі виступи з негативним значенням кута несучої поверхні, типу описаних в Європейському патенті Ме0454147, або з позитивним значенням кута несучої поверхні, а також виступи у вигляді хвоста ластівки, типу описаних в патенті США ВЕ 30647 або у вигляді половини хвоста ластівки, як описано в публікації У/О 94/29627.

Паз може бути виконаний у всій або в частині зовнішнього або внутрішнього різьблення і в обох одночасно.

Він також може бути виконаний навперемінно в частині зовнішнього різьблення і в частині внутрішнього різьблення.

Він також може бути виконаний безперервним або переривистим у зовнішньому різьбленні або у внутрішньому різьбленні.

У випадку, якщо різьблення має зменшуваний виступ, паз може бути виконаний тільки у виступах, званих повними, тобто висота яких є повною, або також в неповних виступах.

Профіль паза може бути різним, наприклад напівкругллим, МО-образним з паралельними або непаралельними сторонами, М-образним з симетричними або несиметричними сторонами, або у вигляді комбінації цих форм, зокрема О-образним або М-образним з дном, що має заданий радіус закруглення, або ще більш складну і несиметричну форму.

Переважно, паз має постійний профіль по всій своїй довжині.

Якщо паз виходить на вершину виступу, вісь профілю, в залежності від обставин, може бути перпендикулярною осі різьбового з'єднання або під нахилом по відношенню до даного перпендикуляра.

Якщо паз виходить на поверхню зчеплення, вісь профілю може, в залежності від обставин, бути паралельною осі різьбового з'єднання або під кутом по відношенню до неї.

У деяких випадках глибина паза або його ширина або обидві дані характеристики можуть змінюватися-по його довжині.

Переважно дно паза має радіус, величина якого не менш ніж 0,2 мм, щоб обмежити концентрацію навантажень на цьому рівні.

Переважно ширина паза, що вимірюється на його виході, не більш ніж 2/3 ширини виступу, якщо паз виходить на вершині виступу.

Далі в даному описі під шириною виступу мають на увазі ширину останнього, що вимірюється в осьовому напрямі на половині висоти різьблення, і під висотою виступу мають на увазі відстань, що вимірюється в площині, перпендикулярній осі з'єднання між лініями впадини і вершині виступу.

Переважно ширина паза на його виході не більш ніж 2/3 висоти виступу, якщо паз виходить на поверхню зчеплення.

Переважно глибина паза не більш ніж 2/3 ширини виступу, якщо паз знаходиться на поверхні зчеплення.

Переважно також глибина паза не більш ніж висота виступу, таким чином, що дно паза не виходить за лінію, що з'єднує впадини різьблення, якщо паз знаходиться на вершині виступу.

Переважно також, якщо паз розташований на стику між вершиною і поверхнею зчеплення, щоб його ширина на виході і його глибина підкорялися одночасно критеріям, що застосовуються до паза, що виходить на вершину виступу, і до паза, що виходить на поверхню зчеплення. Його глибина в зв'язку з цим не більш ніж менша з величин: висота виступу і 2/3 ширини виступу, а його ширина на виході не більш ніж 2/3 меншої з величин: висоти або ширини виступу.

Переважно зовнішні і внутрішні елементи різьбового з'єднання, згідно з винаходом, мають кожний щонайменше одну герметизуючу поверхню метал-метал, причому кожна зовнішня герметизуюча поверхня знаходиться на зовнішньому елементі, по закінченні загвинчування протидіючи в радіальному напрямі внутрішній герметизуючої поверхні, що знаходиться на внутрішньому елементі, так що утвориться щонайменше один герметичний контакт метал-метал між зовнішнім і внутрішнім елементами.

Переважно також зовнішній і внутрішній елементи різьбового з'єднання, згідно з винаходом, включають кожний щонайменше один упор, причому зовнішній упор знаходиться на зовнішньому елементі і спирається на внутрішній упор, що знаходиться на внутрішньому елементі, точно визначаючи положення, відповідне закінченню загвинчування, і здійснюючи тиск на зовнішні і внутрішні опорні поверхні, що знаходяться в контакті.

Далі приведений опис різних варіантів виконання різьбових з'єднань, згідно з винаходом, що не мають обмежувального характеру.

Фіг.1 схематично зображає муфтове з'єднання двох труб за допомогою конічного різьблення відповідно до відомого рівня техніки.

Фіг.2 схематично зображає варіант того ж типу з'єднання відповідно до відомого рівня техніки.

Фіг.3 схематично зображає суцільне з'єднання двох труб за допомогою циліндричного двозаходного різьблення відповідно до відомого рівня техніки.

Фіг.4 схематично зображає частину різьблення з круглими виступами і пазом згідно з винаходом.

Фіг.5-7 також схематично зображають деталь різьблення з трапецеїдальними протидіючими виступами і пазом, згідно з винаходом, причому на кожній фігурі показане різне положення паза.

Фіг.8-10 також схематично зображають деталь різьблення з трапецеїдальними виступами без осьового зазору з пазом, згідно з винаходом, причому на кожній фігурі показане різне положення паза.

Кожна з фігур з 4 по 10 складається з трьох креслень, на яких буквою А позначене внутрішнє різьблення, буквою В - зовнішнє різьблення і буквою С позначено їх з'єднання.

Фіг.11 більш детально зображає положення паза в різьбленні, поданому на фіг. 8, причому фіг. ПА відноситься до внутрішнього різьблення, а фіг. 118 - до зовнішнього різьблення.

Фіг.12 схематично зображає деталь циліндричного різьблення з клиноподібними виступами, що мають ширину, що змінюється і паз, згідно з винаходом, причому букви А, В, С, О відповідно означають внутрішнє різьблення, зовнішнє різьблення, їх з'єднання в процесі загвинчування і з'єднання в зібраному вигляді.

Фіг.13 зображає криву момент загвинчування Т - число оборотів М, що відноситься до з'єднання труб на різьбленні за фіг. 12.

Фіг.14 схематично зображає частину конічного різьблення з клиноподібними виступами, що мають ширину, що змінюється і паз згідно з винаходом, причому букви А, В, С, О відповідно означають внутрішнє різьблення, зовнішнє різьблення, їх з'єднання в процесі загвинчування і з'єднання в зібраному вигляді.

Всі зображення є схематичними, конічна форма і зазори, зокрема, зображені не в масштабі, а із збільшенням для полегшення розуміння роботи з'єднань.

На фіг.1 зображене різьбове з'єднання 100, згідно з специфікацією АРІ 5СТ, двох металевих труб 101 і 101" за допомогою муфти 102.

Кожний торець труби 101, 101" має зовнішній елемент з конічним зовнішнім різьбленням 103, 103", що має круглі виступи.

Муфта 102 має два внутрішніх елементи, розташованих симетрично по відношенню до середньої площини, причому кожний внутрішній елемент має конічне внутрішнє різьблення 104, 104", виступи якого відповідають виступам зовнішнього різьблення.

Зовнішні різьблення 103, 103" угвинчуються у відповідні внутрішні різьблення 104, 104".

Специфікація АРІ 5В визначає форму і розмір виступів, конічну форму різьблення, крок різьблення і т.д. для з'єднань такого типу.

Застосовуються також, згідно з специфікацією АРІ 5СТ і 58, різьбові з'єднання, які називаються "Вийгевв" (опірне різьблення), не зображені на фігурі, аналогічні з'єднанням на фіг. 1, але які мають трапецеїдальні виступи.

На фіг.2 зображене відоме різьбове муфтове з'єднання 200 з використанням конічного різьблення 203, 204 з трапецеїдальними виступами, причому муфта 202 має в центральній частині реборду 206, що забезпечує витікання нетурбулентної рідини в труби 201, 201", і внутрішні упори 210, що спираються на зовнішні упори 209, утворені кільцеподібними поверхнями торців труб.

Конічні герметизуючі зовнішні поверхні 207 і внутрішні поверхні 208, що знаходяться на частинах без різьблення і протидіючі в радіальному напрямі, створюють пружне навантаження при контакті між ними і забезпечують, що також відомо, герметичність з'єднання, показаного на фіг.2.

Конічна форма зовнішніх і внутрішніх упорів 209, 210 сприяє, що також відомо, посиленню контактного тиску на рівні опорних поверхонь 207, 208 і, отже, герметичності з'єднання.

На фіг.3 зображене суцільне різьбове з'єднання двох труб 301, 302 з використанням циліндричного двозаходного різьблення.

На торці труби 301 є зовнішній елемент із зовнішнім циліндричним різьбленням по двох гвинтових лініях 303, 303", конічна зовнішня поверхня виступу 307 в формі половини хвоста ластівки між двома гвинтовими лініями зовнішнього різьблення і упори 309, 309' на кожному торці зовнішнього елемента.

На торці труби 302 є внутрішній елемент, зв'язаний із зовнішнім, з внутрішнім циліндричним різьбленням по двох гвинтових лініях 304, 304", конічною внутрішньою поверхнею виступу 308 в формі половини хвоста ластівки між двома гвинтовими лініями внутрішнього різьблення і упори 310, 310 на кожному торці внутрішнього елемента.

Зовнішня і внутрішня різьблення з'єднання 300 мають трапецеїдальні виступи і звичайно не викликають радіальної протидії по закінченні загвинчування.

У закінченому з'єднанні виступи 307, 308 утворять основний упор, а упори 309, 309, 310, 310 є допоміжними у випадку втиснення основного упора.

Конічні поверхні 311", 312" відповідно зовнішнього і внутрішнього елементів утворять поблизу торця зовнішнього елемента внутрішню пару герметизуючих поверхонь метал-метал. Конічні поверхні 311, 312 утворять поблизу торця внутрішнього елемента зовнішню пару опорних герметизуючих поверхонь метал- метал. Зовнішня пара ЗЛІ, 312 герметизуючих опорних поверхонь може також знаходитися між виступами 307, 308 і гвинтовою лінією 303, 304 різьблення великого діаметра.

На фіг.4-10 ї 12, 14 схематично зображене виконання паза, згідно з винаходом, в різьбових з'єднаннях, поданих на фіг. 1-3. Для полегшення розуміння на фіг. 4-10 і 12, 14 показані тільки декілька видів внутрішніх і зовнішніх виступів.

На фіг.4 зображені, згідно з винаходом, частини конічного різьблення з круглими виступами, в яких є паз для різьбового з'єднання, показаного на фіг.1.

Зовнішні виступи 11 (фіг.483 мають несучу поверхню 13 і поверхню 15 зчеплення, кожна під кутом 30" по обидві сторони площини, перпендикулярної осі з'єднання, і закруглену впадину 17.

Паз 21 виконаний в радіальному напрямі на вершині зовнішнього виступу і має М-образну форму із закругленим дном.

Ширина паза 21 на його виході складає близько 2595 ширини виступу 11, а його глибина рівна 5095 висоти виступу.

Радіус дна паза рівний О0,4мм

Внутрішні виступи 12 (фіг.4А) мають несучу поверхню 14 і поверхню 16 зчеплення, зв'язані з поверхнями зовнішніх виступів, а западина має закруглену форму.

Несучі поверхні 14 і поверхні 16 зчеплення розташовані кожна під кутом 30" з кожної сторони від площини, перпендикулярної осі з'єднання, і відповідно паралельні зовнішнім поверхням 13, 15.

Паз 22, зображений пунктиром і ідентичний за формою і розташуванням пазу 21, може бути виконаний в радіальному напрямі на вершині внутрішнього виступу замість або в доповнення до паза 21 зовнішнього профілю.

Пази 21 і/або 22 на вершині виступу збільшують пружність виступів різьблення і, отже, зменшують контактний тиск на бічні поверхні останніх і момент загвинчування в порівнянні з суцільними виступами.

На фіг.5 зображені, згідно з винаходом, дільниці конічного різьблення з протидіючими трапецеїдальними виступами і пазом 41, що виходить на поверхню зчеплення, причому різьблення відноситься до різьбового з'єднання, поданого на фіг.2.

Зовнішні виступи 31 (фіг.58) мають несучу поверхню 33, практично перпендикулярну до осі з'єднання, поверхня 35 зчеплення, з кутом нахилу близько 107" до площини, нормальної до даної осі, впадину 37 і вершину 39.

Впадини 37 і вершини 39 виступів паралельні конусу різьблення.

Паз 41 частково розділяє зовнішній виступ 31 на дві частини; профіль паза має М-образну закруглену внизу форму і практично паралельний осі з'єднання.

Ширина паза 41 на його виході на поверхню зчеплення рівна 1/3 висоти виступу, а його глибина становить 5095 від ширини виступу.

Кут у вершини М-образного паза 41 рівний: 30" приблизно, і сторона 42 М-образного паза, найближча до впадини різьблення в основному паралельна осі з'єднання.

Дно паза має форму дуги з радіусом 0,4мм.

Внутрішні виступи 32 (фіг.5А) мають форму, зв'язану з формою відповідних зовнішніх виступів 31, тобто їх контур паралельний контуру відповідних зовнішніх виступів, зокрема, несучі поверхні 33, 34 паралельні один одному, також як і поверхні 35, 36 зчеплення; висота внутрішнього виступу, однак, трохи нижче, ніж зовнішнього виступу, і ширина внутрішньої впадини 40 декілька більше, ніж вершин зовнішніх зв'язаних виступів 39.

Внутрішні виступи 32 не мають паза.

На фіг.5С. схематично зображена робота з'єднання по закінченні загвинчування.

По закінченні загвинчування несучі зв'язані поверхні 33 і 34 знаходяться в контакті під тиском, завдяки наприклад, реакції упорів або розтягуючому зусиллю по осі з'єднання. Такий контактний тиск розподіляється по всій ширині несучих поверхонь в зв'язку з тим, що зовнішні несучі поверхні паралельні внутрішнім.

Точно також вершини зовнішніх виступів 39 знаходяться в контакті, протидіючому в радіальному напрямі, із впадинами внутрішнього різьблення 40. І, навпаки, завдяки описаній вище геометричній формі, утвориться зазор, з одного боку, між зв'язаними несучими поверхнями 35, 36 і, з іншого боку, між зовнішніми впадинами 37 і вершинами 38 внутрішніх виступів.

Верхня частина 43 зовнішнього виступу 31, що сприймає радіально направлену протидію поверхонь 39, 40, зазнає пружно-пластичної деформації і зменшує контактний тиск і, отже, момент загвинчування.

Можна регулювати пружність верхньої частини 43 зовнішніх виступи 31, змінюючи положення паза 41 на поверхні 35 зчеплення і глибину паза.

У зв'язку з відсутністю радіально направленої протидії між зовнішньою впадиною 37 і внутрішнім виступом 38, наявність паза, що виходить на поверхню 36 зачеплення внутрішнього виступу, функціонально недоцільна.

Таке положення паза на протидіючих виступах може, зокрема, представляти інтерес для зменшення контактного тиску між вершинами і впадинами на рівні сусідніх виступів при контакті герметизуючих поверхонь метал-метал, оскільки підвищений контактний тиск на цьому рівні спричиняє ослаблення контактного тиску між герметизуючими поверхнями: для цього паз виконується на частині різьблення поруч з герметизуючою поверхнею.

Можна також виконати симетричне з'єднання з радіально направленою протидією (не зображене на фігурі) між зовнішньою впадиною 37 і внутрішнім виступом 38 і пазом, виконаному у внутрішньому виступі і що виходить на поверхню 36 зчеплення.

На фіг.6 зображені, згідно з винаходом, дільниці конічного різьблення з трапецеїдальними протидіючими виступами, аналогічні зображеним на фіг.5, але паз 51 М-образної форми із закругленим дном виконаний у зовнішніх виступах з виходом на вершину 39.

Функція паза 51 полягає, з одного боку, в тому, щоб зменшити поверхні 39, 40, протидіючі в радіальному напрямі, і, отже, зменшити силу тертя, пропорційну даним поверхням, і, з іншого боку, підвищити пружність несучої частини 53 виступу, коли несучі поверхні 33, 34 сприймають контактний тиск, що зменшує силу тертя, і, отже, момент загвинчування з'єднання.

Паз 51 має форму, аналогічну формі паза 41, але він розташований в радіальному напрямі і виходить на вершину 39 ближче до поверхні 35 зачеплення. Його ширина на виході складає, наприклад, 6095 від ширини зовнішнього виступу і його глибина становить 5095 від висоти виступу.

Як ї у варіанті, зображеному на фіг.5, наявність паза на вершині 38 внутрішнього виступу недоцільна, оскільки на цьому рівні не виникає тертя із зовнішньою впадиною 37.

На фіг.7 зображені, згідно з винаходом, дільниці конічного різьблення з трапецеїдальними протидіючими виступами, подібними зображеним на фіг.5, але паз 56 з М-образним профілем і закругленим дном розташований у зовнішніх виступах з виходом на стику між вершиною 39 зовнішнього виступу і зовнішньою поверхнею 35 зчеплення.

Положення паза 56 і його напрям всередині виступу похиле, і вісь профілю паза утворить кут 45", наприклад по відношенню до вершини 39 виступу.

Положення паза 56 одночасно посилює пружність виступу, сторони 33, 39 якого сприймають контактний тиск, і зменшує контактні поверхні 39, 40.

На фіг.8 зображені, згідно з винаходом, дільниці конічного різьблення з трапецеїдальними виступами без осьового зазору, що мають паз 61, виконаний на вершині 39 зовнішнього виступу 31, і інший паз 62, виконаний на вершині 38 внутрішнього виступу 32.

Форма виступів 31, 32 подібна формі, показаній на фіг.5, зокрема контур внутрішніх виступів 32 паралельний контуру відповідних зовнішніх виступів 31, за винятком того, що вершини 39 зовнішнього виступу 31 і впадини 40 внутрішнього різьблення 32, впадини 37 зовнішнього різьблення і виступи 38 внутрішнього різьблення розташовані так, що вони не вступають в протидію в радіальному напрямі під час загвинчування, тоді як бічні поверхні 33, 34, 35, 36 розташовані так, що вони приходять в контакт по закінченні загвинчування, як показано на фіг.8.

Пази 61 зовнішньої і пази 62 внутрішнього різьблення, як і на попередніх фігурах, мають М-образний профіль із закругленим дном.

Як на попередніх фігурах, кут на вершині М-образних пазів 61, 62 складає близько 30" і радіус дна рівний 0О,4мм.

Глибина пазів 61, 62 становить, наприклад, 7095 від висоти виступу, а їх ширина при виході на вершину виступу становить 35905 від ширини виступу.

Пази 61, 62 утворять в кожному виступі зовнішнього різьблення 31 напіввиступи 63, 65 і в кожному виступі внутрішнього різьблення 32 напіввиступи 64, 66.

Такі напіввиступи значно більш пружні, ніж суцільні виступи, коли бічні зв'язані поверхні 33, 34, 35, 36 приходять в контакт по закінченні загвинчування. Завдяки такій підвищеній пружності, можна синхронізувати рушення таких упорів, як 209, 210, зображених на фіг.2, зі стиковкою зв'язаних бічних поверхонь: передчасна стиковка таких поверхонь, пов'язана з поганою відповідністю зовнішніх і внутрішніх елементів один до одного, брак при виготовленні, в цьому випадку виражається просто невеликою пружною деформацією виступів по закінченні загвинчування, але упори 209, 210 приходять в правильне положення, необхідне для досягнення достатньої герметичності на рівні герметизуючих поверхонь 207, 208.

Наступний приклад демонструє застосування такої конфігурації: зовнішній діаметр труб: 177 мм (7") товщина труб: 10,36мм (29 фунт/фут) матеріал з мінімальною межею пружності 551мПа після обробки конічне різьблення з 5 трапецеїдальними витками на дюйм величини конічності 6,2595 від діаметра (що відповідає куту 1,79" між найпростішими конусами 45, 46 і напрямом 47 осі з'єднання).

На фіг.118 і 11А показана більш детально, ніж на фіг.8, форма зовнішнього виступу 31 і відповідна форма внутрішнього виступу 32, які розраховані так, щоб з'єднання не мало осьового зазору.

На цих фігурах несучі поверхні 33, 34 знаходяться під кутом з негативним значенням -3", тоді як поверхні 35, 36 зчеплення мають обидві кут нахилу 13" по відношенню до нормалі, що проходить через вісь з'єднання.

Виступи 38, 39 і впадини 37, 40 різьблення паралельні утворюючим найпростіших конусів 45, 46, які нахилені до осі з'єднання під кутом 1,79".

Ширина виступу складає близько 2,54 мм, висота - 1,6мм.

Пази 61, 62, розташовані відповідно на зовнішньому виступі 31 і на внутрішньому виступі 32, мають вісь, перпендикулярну до осі з'єднання, і виходять на вершини виступів 39,38.

Пази 61, 62 мають дві стінки 71, 7 Г, 72, 72, що йдуть під нахилом і сполучені дном 73, 74, утворюючи М- образну несиметричну форму із закругленим дном.

Відстань між осями пазів 61, 62 і відповідною опорною поверхнею 33, 34 в цьому випадку становить 1,4

ММ.

Кут на вершині М рівний 35", стінка 71, 72, направлена до несучої поверхні 33, 34, має більший нахил по відношенню до осі М-образного профілю, чим інша стінка 71", 72".

Радіус дна паза 73,74 рівний 0,4мм.

Пази 61, 62 на фіг.11 мають глибину 1мм або 62,595 від висоти виступу різьблення. Ширина на їх виході становить 3895 від ширини виступу різьблення.

Згідно з винаходом, можна також виконати різьбове з'єднання (не зображене на кресленнях) з трапецеїдальним конічним різьбленням без осьового зазору, але з протидією в радіальному напрямі по закінченні загвинчування, причому щонайменше одне різьблення має паз, що виходить на виступ.

На фіг.9 зображені, згідно з винаходом, дільниці конічної різьби з трапецеїдальними виступами і осьовим зазором, як і на фіг.8, але паз 67 виконаний у зовнішньому виступі 31 і виходить на несучу поверхню 35, що дозволяє зменшити площі тертя при контакті.

Паз 67 має вісь, значно наближену до осі з'єднання.

Наприклад, його глибина, що вимірюється по осі, становить 5095 від ширини виступу, і його ширина на виході становить 5095 від висоти зовнішнього виступу.

Його профіль, як і на попередніх фігурах, має М-образну форму з кутом близько 30" і закругленим дном, що має радіус 0,4мм.

Виконання паза на внутрішній поверхні зчеплення в доповнення до паза 67 недоцільне.

На фіг.10 зображений варіант, в якому паз 68 виходить на стик вершини зовнішнього виступу 39 і зовнішньої поверхні 35 зчеплення різьбового з'єднання, згідно з винаходом, з використанням конічного трапецеїдального різьблення без осьового зазору типу, поданого на фіг.8.

Як у варіанті на фіг.7, паз розташований під нахилом до виступу різьблення і поверхні зчеплення і служить одночасно для зменшення контактного тиску на зв'язані бічні поверхні і поверхні, між якими виникає тертя при контакті.

Згідно з винаходом, можна також виконати різьбове з'єднання (не зображене на кресленнях) з використанням конічного різьблення з трапецеїдальними виступами і пазом, причому паз або пази розташовані, наприклад, на вершині виступу або на стику між вершиною виступу і поверхнею зчеплення і служать для зменшення контактного тиску на несучі поверхні.

Можна також, згідно з винаходом, виконати паз на вершині виступу циліндричного, конічного або циліндро- конічного різьблення з трапецеїдальними клиноподібними виступами, де ширина зовнішнього і внутрішнього виступу змінюється вздовж різьблення таким чином, що по закінченні загвинчування бічні поверхні різьблення знаходяться під контактним тиском.

На фіг.12 зображений паз, виконаний на клиноподібному виступі, ширина якого змінюється по різьбам 303", 304" з'єднання з використанням циліндричного двозаходного різьблення, показаного на фіг.3.

Зовнішні виступи 331 на фіг.128 трапецеїдальної форми мають несучу поверхню 333, поверхню 335 зчеплення, виступ 339 і впадину 337, причому виступи і впадини різьблення знаходяться на циліндричних поверхнях, співвісних з віссю з'єднання.

Несучі поверхні і поверхні зчеплення утворять з нормаллю до осі з'єднання кут, який умовно вважають негативним з тим, щоб виступ 331 мав форму хвоста ластівки.

Ширина 11 зовнішнього виступу безперервно збільшується по кожній гвинтовій лінії, починаючи з витків, що знаходяться на вільному торці зовнішнього елемента, у напрямі до протилежного торця.

Внутрішні трапецеїдальні виступи 332 на фіг.12А в формі хвоста ластівки, зв'язані за формою із зовнішніми виступами 331, мають несучу поверхню 334, поверхню 336 зчеплення, виступ 338 і впадину 340, причому виступи і впадини розташовані на циліндричних поверхнях, співосних з віссю з'єднання.

Кожна з поверхонь 334, 336 внутрішнього різьблення паралельна відповідній поверхні 333, 335 зовнішнього різьблення.

Ширина 12 внутрішніх виступів безперервно збільшується по одній гвинтовій лінії, починаючи з виступів, розташованих на вільному торці внутрішнього елемента, у напрямі до виступів на протилежному торці, і дане збільшення координується із збільшенням ширини зовнішніх виступів зовнішнього різьблення.

Внутрішні виступи мають пази 362, що виходять на вершини виступів 338, форма і положення яких аналогічно формі і положенню паза 62, показаного на фіг.в8А.

На фіг.12С зображені зовнішнє і внутрішнє однозахідне різьблення в процесі здійснення з'єднання: можна констатувати, що відстань х є постійною між несучими поверхнями 333, 334 кожного виступу, що входить в зачеплення із зв'язаним з ним виступом.

Крім того, в циліндричному різьбленні такого типу не виникає радіальної протидії між зв'язаними виступами і впадинами 337-338, 339-340.

По мірі загвинчування зовнішнього елемента у внутрішній відстань між відповідними бічними поверхнями зменшується до повного зникнення, як показано на фіг.120.

Якщо продовжити загвинчування далі, бічні зовнішні поверхні 333, 335 увімкнуться в зв'язані внутрішні поверхні 334, 336, причому контактний тиск між ними буде збільшуватися по мірі продовження загвинчування.

Внаслідок цього різко зростає момент загвинчування, і, враховуючи те, що бічні поверхні мають значну площу, закінчення загвинчування може статися з надто високим моментом.

Паз 362, як на попередніх фігурах, має М-образний профіль із закругленим дном, причому вершина М має кут близько 30" і радіус 0,4мм. Глибина пазів становить, наприклад, 7095 від висоти виступу, а ширина на виході на вершину виступу різьблення становить 3595 ширини виступу.

Паз 362 утворить у внутрішньому виступі 332 напіввиступи 364, 366, які значно більш пружні, ніж суцільні виступи.

Наявність паза на таких виступах 331, 332 з шириною, що змінюється зменшує нахил кривої моменту загвинчування Т в залежності від числа оборотів М елементів, як показує напрям кривої Е на фіг. 13, по відношенню до кривої 0, що відноситься до аналогічних виступів, але без паза, тоді як максимальне значення моменту загвинчування трохи зменшено, завдяки наявності паза.

Наявність, паза на таких виступах з шириною, що змінюється викликає, крім того, ефект самообмеження моменту Т за межею певного порога. Це приводить до можливого збільшення числа оборотів М до досягнення максимально допустимого моменту загвинчування і дозволяє встановити в правильне положення одну або декілька пар окремих герметизуючих поверхонь 307, 308 з допомогою однією або декількох пар упорів 309, 309, 310, 310 у всіх випадках з'єднання зовнішнього і внутрішнього елементів.

На фіг.14 зображений паз, розташований на клиноподібному виступі з шириною різьблення, що змінюється 203, 204 різьбового з'єднання з використанням конічного різьблення, типу представленого на фіг.2.

Зовнішні трапецеїдальні виступи 231 на фіг.148 мають несучу поверхню 233, поверхню 235 зчеплення, виступ 239 різьблення і впадину 237 різьблення, причому виступи і впадини розташовані на конічних поверхнях, співосних з віссю з'єднання і маючих ту саму ж конусність.

У варіанті, не зображеному на кресленні, вершини виступів і/або впадини можуть бути паралельні осі з'єднання, причому найпростіша поверхня залишається проте конічною.

Несучі поверхні 233 утворять з нормаллю до осі з'єднання кут, величина якого умовно вважається негативною, а поверхні 235 зчеплення утворять з нормаллю до осі з'єднання кут, величина якого умовно вважається позитивною.

Кут між несучою поверхнею і поверхнею зчеплення одного і того ж виступу такий, що поверхні 233, 235 розходяться у напрямі до вершини виступу 239 так, що виступ 231 має форму, звану половиною хвоста ластівки.

Ширина зовнішнього виступу збільшується безперервно, починаючи з виступів, розташованих на вільному торці зовнішнього різьблення в напрямі виступів, розташованих з протилежної сторони.

Внутрішні виступи 232 на фіг. 14А мають трапецеїдальну форму, відповідну формі зовнішніх виступів 231, і мають несучу поверхню 234, поверхню 236 зчеплення, вершину виступу 238 і впадину 240.

Кожна поверхня 234, 236 внутрішнього виступу паралельна відповідній поверхні 233,235.

Ширина внутрішніх виступів безперервно збільшується, починаючи з виступів, розташованих на вільному торці внутрішнього елемента в напрямі виступів, розташованих з протилежної сторони, і дане збільшення відповідає збільшенню ширини зовнішніх виступів зовнішнього різьблення.

На фіг.14С зображене зовнішнє і внутрішнє різьблення в процесі здійснення з'єднання: можна констатувати наявність постійної відстані х між несучими поверхнями 233, 234 кожного виступу, що входить в зачеплення із зв'язаним з ним виступом.

По мірі загвинчування зовнішнього елемента у внутрішній, відстань Х між відповідними бічними поверхнями меншає до повного зникнення, як показане на фіг.140. Якщо продовжувати загвинчування, бічні зовнішні 233, 235 поверхні вминаються в зв'язані бічні внутрішні поверхні 234, 236, причому контактний тиск між зв'язаними сторонами підвищується по мірі продовження загвинчування.

Внаслідок цього може статися різке збільшення моменту загвинчування, і, в зв'язку зі значною площею поверхонь, закінчення загвинчування може статися з надто високим моментом.

Крім того, в даному типі конічного різьблення з клиноподібними виступами по закінченні загвинчування можна отримати радіальну протидію між прилеглими вершинами і впадинами 237-238 і/або 239-240 так, що зовнішні виступи 231 повністю заповнюють простір між внутрішніми виступами і/або внутрішні виступи 232 повністю заповнюють простір між зовнішніми виступами. На фіг.140 показаний варіант з повним заповненням простору між зовнішніми і внутрішніми виступами, причому саме різьблення в цьому випадку є герметичним і усуваючим наявність мастильного матеріалу між прилеглими виступами і впадинами різьблення по закінченні загвинчування, який є причиною помилкового вимірювання моменту загвинчування. Переважно, щоб радіальна протидія виникала до того, як відповідні бічні поверхні приходять в контакт.

Паз 261 у зовнішньому виступі має, як і на попередніх фігурах, М-образний профіль із закругленим дном, причому вершина М має кут 30" ї радіус 0,4мм. Його глибина становить, наприклад, 7095 висоти виступу, а його ширина на виході на вершину виступу становить 3595 ширини різьблення.

Паз утворить у зовнішньому виступі 231 напіввиступи 263, 265, які мають більшу пружність, ніж суцільний виступ, і виконує ті ж функції, що і паз 362 на фіг.12, які були описані вище в даному тексті. Він також дає можливість краще синхронізувати осьове розтягнення бічних поверхонь з радіальною протидією виступів і впадин різьблення по закінченні загвинчування.

Різьбове з'єднання, згідно з даним винаходом, може бути виконане у безлічі варіантів, причому приведені приклади не мають обмежувального характеру.

Зокрема, даний винахід може застосовуватися також до різьбового з'єднання, яке називається суцільним, як показано на фіг.3, причому зовнішній елемент розташований на торці першої металевої труби, що має велику довжину, а внутрішній елемент розташований на торці другої труби, також що має велику довжину, і до різьбового муфтового з'єднання, як показано на фіг.1 і 2, в якому дві металеві труби великої довжини, що мають на торці зовнішній елемент, сполучені за допомогою металевої муфти, на кожному кінці якої є внутрішній елемент, таке різьбове муфтове з'єднання здійснює два різьбових з'єднання згідно з винаходом.

І / іч ж ке Я і Я 104109. 104 А / р у 7 / зу у у ву тки иНЯ МЕДИ КЕТІ У Вя

МК ПОН и я пе сини . що ва зу в зх ви сити га й жк й пк Я їх з с жд ак мий

КОКО АВАКН КАКАО

! у ' ЩІ я ак жи Н Я які 101 103 І. 103 101

ФІГ. 1 у : - які ок ї 202 204 207208 А ; й ; ра КИ жк ІРНК СОВКИ и ня ек си пили С

НК я и с і то й К з - мя 1 г і І Ше в / Ї ри | й я 4 зт - ау о и і дО 203 208 210 й 206 201

ФІГ. пн ; пл з гри; А : 301 310 3091904 1 3077; Зм по у м а ШИ; й ЗО

Мей як в і | х є Е і п -е 5 яи ж В УМ суєти й Бе п в жчній

ШО тк х Ох з ях й сао ки - Ж я ИН Ко Я и й Хо , Кк, ж кову х Ех СК м в о Я Тк СОкаеяо пи о кас мя Я

ЕОМ

. и. - Ї т І : т р щі х !

Зоб ау г їі з я ї гри у і пбрт ння ж ван ження т п т. поси нн висно нння ше слини я ше нефрит ню гніння, та где МВ тре Н 312 З12 Во

ФІГ.

4А 7 в

А й М

ОЙ Зав ро до дв

КК АК о ТЕО, АК ії 607 40 хв и ) Їх

Л, о и

ФІГ. а че

БА риинй ка

ПОД І НИК до -К.

Ай 88 ЗА Зб : 37 СЕК 35

З

Сом 3243

І те | чок - пуд

ФІГ. З

БА зе і да і

ПД) (х 40 Я дов ; 34 ЗВ - 51 83

ЖЕ кі ВК

ЩА КА б ва 59 ву ух ї С х я

ФІ. о

За

ТА З тля 40 538 84 36 "У А

ТВ. З дз ; ий а І А ККУ 35 вол 76 "Во 56 ел

Я ки ее

З

Я

ВА пт Сен ше. щи Й Бу й

Ї --- дет вс 32 в

Іони я С бо зе БА ві . и ; "я иа по іч Й и є т Ка М ! 10 щі баз зв ЗВ У Тд-

Е ту І у ГЕ,

ВВ 85 - Пл Тл

ХУ 87 С да ле ех шин ДК р. 7 о 3 вв 31 385.

ФІГ. 8 32

ЗА у 7 м. лити ет я МИ че ит, й ж с. до - й, 34 Зв ту нт 9 зе 29 ше ! - - В ВТ ---

КУМ Хв 870в8у

ФІГ, 9.

ТА за

І

ТОЮ о ит нин 10с За пра і ан АЙ од тв 34 зе щи «Зк 37 39 ро Кол Ше я ще Ме в | п ання ши НИ ще ще ре щй і Ж м я ММ Кк тісній зд й о М З 1 31 З8-

ФІГ. 10

ПА, | :

Зе ние у рутинну пит і | - шо ( / 47 . й 1 | и і . х ій у о ! ї коники же т скит сш длшитА вк пишу Тк й ние Фо ДАТ ; М я ї ї І" і ку : долею ; ще г ци Н і ; м ! й , Уце

Ір ОО І,

ЗВ 7272 в. й й і 89 їй ЇЇ ді й у - У | / - й й | ! - Кай хі ; : І й І 7 ця І й рун | Ко Ї ку і т й 3331 ї 85.)/ і, вв а 1 шли що М | | 178

Кі й о 45 з Л шення / : | й ! ШИ ше . ІЙ е ре 08 пла ло тво ще

ФІГ.

м но; 334 ра ЗО

Ох в а в Чи Ь Е: і « з ше СКК ще Ух кю ххх о і С кі ть ла чі

Кл у Ех ке ще 36-х й УМХ

КМ Оску КК Хе ін адені о А | хо я о зв шах 332 бе 338 366

Я ж сут в пил я рт поту лоза

Дві ОЙ и й у я нію СА и Мих "АЛІ Я пн НІ я Ей

ПІП

ЗОг ФІГ. 128 зв2 332 336 /, 334 в К ких, ке Х іх ІК І мя Й де

КОС Км чеше АКА не ей ше сені дня

ЖК УМХ УК ХХ

ММ ОК І в УУУУХУЖХ

КУМ. 0 КУЛИК Чия ХО УА

КМ ККУ хе КИДКА ке КО їх ай ме МИ КУ що КУ, їх

І УЮ ДЯ Б У

МИЛИЙ РИ ЕЕ НЯ, ДІДА ВИ х Ї | у ж Ж пити ре пеки й я Се х ЗОЗ ех 331 й 335 333 ФІГ. 120 зве 364 ЗЗе зво Лв ; ї й І К ж

УКХ с ХО х М хх У чо А 2. | Е ух М ре Не ее ЮК кю Ах

ОККО КК УМХ

Сич СЯ я еурилраци кн я Ох, ми хх і Ж. ий Х Ті лий ко и ре СД лк й ; а са е Ж Її. ч КК

А я Ь Ки ч Се Коб о ще ї и ча щу о ней Кщ Я ше

ХХ Ж их КИТ ло КУМ

ХУ ДИВА ит Ким МИЛИ

ДІІТ

Ї КК Ди ди во Я вка ки Б й КК ж р КА Же КА чо Ж м а и я за хе

Що Кі ЗОЗ г.

/ / / ай 5 що ша щ-з Му 54 р

Е ку ет. | а

М Кк Ж ве У реч / а

У пра и пн а «ІСІ їі кх, ке дк. о ца як в

УМХ я ЕО4

Ж КК

КАК Ж Ка У я.

ЗХ КУЄ МАХ УКХ ща пам) КК АЖ) МК з з СМ Ж ПЧ 238 баб ода- А МОХ іх 237 озБ 239 оз3 ї ЗММУХ

АК З од 232 й ил Я ру ши Кон є й ЯКО т . ФІГ. 14А ж ПО нон ВК

Я ий І НІВ, НА ИК встя

Бош : Я І 7 Кий и и 203 СИНИ

ФІГ. 14

І 1

І: ще -ео дя ке ее | те и

ОК Є ще Ох кА ще на АК АК КАМ

ТУ у или ме Ку, КУЄ ши МЕ ше нена

ИЙ или ке, Аа МАКИ їх Ор КОКО шик Мини ИН о й Ка га т Х Су кое А НЯ А, А КО Кі

А ку ТУ Ах» СИХ хе У ; ИЙ и житя и ГА УМХ у ние кох ння х пий М, ра що ЛИЙ ля - 231 й | ФІГ 14С щ 265 263

ХК у

АКА ие р КХ У У юх КА Сас

ША. ПК М тях и и Кк ей х А вч . хх в Тл о ее КК М ях У ДМА во, я ДУХ ї МАУ СА КУ, ДУХ ; ОТ Ух пе

ПИЛОК

«КИ и С о сич ЖАЄ и КРИ ПУ ка и ЕД ях щі

Пак и я, пи, р й яз «и Я