Резьбовое соединение

(1 З) С 8077 ЮЭ В 29 ОО ЗЗ 04 51) пг) ОПИС ИЗОБРЕТЕ оссийской Федерац к па(73) Сосульников Игорь Леонидович; КатыревИгорь Яковлевич; Абрамов Валерий Иванович(67) Использование: для космической и авиационной техника Сущность изобретения: в резьбовомсоединении деталей, содержащем болт с радиальной проточкой между цилиндрическим и резьбовымучастками со стороны головки и гайку, резьба наболте выполнена со срезом на конус в сторону Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам опорного торца гайки, длины упомянутого резьбового участка (0,6 - 065)б, высота гайки (12 - 1,3)д, а средний диаметр ее резьбы постоянный по всей длине, при этом прочность материала гайки в 1,1 - 12 раза больше прочности материала болта. Кроме того, радиус впадин резьбы болта равен (0,14 - 0,180)3, радиальная проточка болта выполнена с радиусом, равным (1,5 - 1,8)3, шириной (22 - 2)3 и диаметром (д - 223). Кроме того, боковая поверхность гайки со стороны торцов выполнена с цилиндрическими участками, сопряженными с поверхностью под ключ по радиусу, причем упомянутый радиус равен (0,14 - 0,16)6 наружный диаметр цилиндрических участков (1,3 - 1,4)4 а высота цилиндрического участка у опорного торца гайки (025 - 0,3)б, где О - наружный диаметр резьбы болта;5 - шаг резьбы 2 зл, ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к реэьбовым соединениям, предназначенным преимущественно для использования в авиационной и космической технике. где они работают на растяжение при повторных нагружениях,Цель изобретения - повышение усталостной долговечности путем создания переменной площади контактной поверхностимежду витками резьбы болта и гайки,Для достижения этого в резьбовом сое динении, содержащем резьбовые детали(болт и гайку), на одной из которых витки резьбы выполнены со срезом на конус на участке резьбы у опорного витка, а средний диаметр резьбы другой резьбовой детали 15 выполнен постоянным по всей длине нарезки, согласно изобретению, упомянутый участок резьбы у опорного витка со срезом витков на конус выполнен на болте, а длина указанного участка равна (0,6-0,65) б, при 20 этом гайка выполнена высотой (1,2-1,3)0, где б-наружный диаметр резьбы болта, причем прочность материала гайки в 1,1-1,2 раза больше прочности материала болта. Для обеспечения стабильности повышения долговечности радиус впадин резьбы болта й 25(0,144-0,180) Я, ширина (2,-2,2)Я, где 8 - шаг резьбы и диаметр по ГОСТ 10549-69, Для обеспечения равнопрочности соединения посадочное место под ключ размещено на наружной боковой поверхности гайки на 30 расстоянии (0,25-0,3)д от опорной поверхности последней и протяженностью (0,6-0,65)б, а наружный диаметр цилиндрической гайки равен (1,3-1,4)б, при этом переходный уча сток боковой поверхности гайки от шестигранника к цилиндру выполнен радиусом,равным (0,14-0,16)б, Кроме того, для оптимальной фиксации гайки по длине свинчивания резьбовое соединение снабжено шайбой, выполненной толщиной (2-2,5)5, а материал шайбы должен обеспечивать смятие по опорной поверхности с запасом 40 45 прочности щ 1,2дейст. Переменная площадь контактной поверхности между витками резьбы болта и 50 гайки в зоне наибольших удельных давлений вследствие повышенной упругой податливости витков резьбы гайки не в состоянии передать большую нагрузку, поэтому вступают в работу более жесткие витки резьбы, 55 расположенные дальше от опорной поверхности гайки, и имеющие большую площадь контактной поверхности, Таким образом, нагрузка перераспределяется на большее число витков резьбы, понижаются высокие удельные давления, имеющие место в стандартном резьбовом соединении. Более равномерное распределение нагрузки по. виткам резьбы благоприятно сказывается на стабильности затяжки реэьбового соединения. Затяжка практически не изменяется в зависимости от увеличения количествациклов нагружения. В стандартном резьбовом соединении с увеличением количества циклов нагружения затяжка значительно снижается,Более равномерное распределениенагрузки по виткам резьбы и стабильность затяжки в несколько раэ повышают усталостную долговечность резьбового соединения относительно стандартного,На фиг,1 изображено предлагаемое резьбовое соединение: на фиг.2 - сравнительное распределение нагрузки по виткамрезьбы; на фиг,3 - сравнительное изменение затяжки от числа циклов нагружения,Резьбовое соединение установлено в пакете 1 и содержит болт 2, гайку 3 и шайбу 4, Для повышения усталостной долговечности путем создания переменной площади контактной поверхности между витками резьбы болта и гайки болт 2 выполнен с гладкой цилиндрической поверхностью 5, входящей в пакет 1, с примыкающей к ней радиусной проточкой 6, а также с конической поверхностью 7, т.е, имеющей участок резьбы со срезом витков на конус на резьбовом участке 8. Причем коническая поверхность 7 обращена меньшим диаметром к проточке 6, а длина ее равна (0,6-0,65)б, где б - наружный диаметр резьбы болта. Резьба выполнена по стандарту ОСТ 1,00105-81 с закругленной впадиной. Коническая паверхность 7 имеет меньший диаметр, равный внутреннему диаметру резьбы, а наружныйдиаметр равен наружному диаметру резьбы болта.Выбранная высота гайки 3 и смещение посадочного места 9 под ключ дает возможность совместить середину максимальнойжесткости гайки с максимальной нагрузкой на витке, что дает повышение усталостнойдолговечности резьбового соединения, приблизительное перераспределение нагрузки по виткам резьбы (см.фиг.2). Для этой же цели материал гайки 3 задается прочнее в 1,1-1,2 материала болта. Обеспечение оптимального положения гайки 3 по длине свинчивания с болтом 2 производится подбором толщины шайбы 4, толщина которой находится в пределах 2- 2,5 шага резьбы, а материал должен обеспечивать смятие по опорной поверхности гайки 3 с запасом прочности не менее 1,2,т,е,л.е йст. 5Кроме того, усталостная долговечность данного резьбового соединения по сравнению со стандартным увеличивается также за счет сохранения затяжки. Затяжки практически не изменяется при увеличении ко личества циклов нагружения (см.фиг.З),В работе предлагаемое резьбовое соединение проявляет себя следующим образом, Выполнение высоты профиля резьбы болта на части участка свинчивания пере менной с обратной конусностью, переходящей в цилиндрическую при постоянной высоте профиля резьбы в гайке, перераспределяет нагрузку по виткам резьбы всего резьбового соединения. При "этом макси мальная нагрузка на виток умейьшается почти в два раза. Удалось значительно загрузитьранее незагруженные витки. Контактна поверхность между витками резьбы болта и гайки увбличивается от нуля по 25 опорной поверхности гайки до максимальной на длине свинчивания, равной (0,6- 0,65)б, от опорной поверхности гайки. При этом контакт начинается между наиболее жесткой нижней частью витка болта и менее 30 жесткой вершиной витка гайки. Благодаря этому витки гайки деформируются и не могут полностью воспринимать нагрузку. Поэтому вступают в работу следующие витки, расположенные дальше от опорной поверх ности гайки, где жесткости витков резьбы болта и гайки выравниваются.Высота гайки Н = (1,2-1,3)О выбрана оптимальной по массе, согласно проведенным испытаниям. Меньшая высота, например 40 Н -- 0,84, уменьшает додговечность резьбового соединения почти в два раза, большая высота снижает несколько нагрузки на витки, но несущественно, Толщина шайбы выбранатак, чтобы фйксировалось оптимальное положение гайки по резьбе болта, т,е. витки болта с наибольшей нагрузкой совмещались с серединой наибольшей жесткости гайки.оПроведены сравнительные испытания стандартного резьбового соединения и предлагаемого на повторные нагрузки по методике ОСТ 1.00152-74.При высокой степени нагружения Р- -0,6 Ррр. Р = 035 Ррр. материале болтов 13 х 15 Н 4 АМЗ долговечность предложенного резьбового соединения больше чем в четыре раза относительно стандартного. При снижении нагрузки да в 1,5 раза долговечность увеличивается более чем в десять раэ. Перераспределение нагрузки между витками благоприятно влияет на момент затяжки. Затяжка резьбового соединения практически не зависит от числа циклЬв нагружения (см.фиг.З). Кроме того, обратная конусность резьбы болта снижает осевое усилие при накатке резьбы, Например, для болта 816 мм из материала 13 х 15 Н 4 АМЗ-Ш для накатывания резьбы длиной 10 мм необходимо осевое усилие: по отраслевому стандарту 5500-6000 кгс; по предложенному 1500-1600 кгс. При этом стойкость инструмента, изготовленного иэ стали Х 12 М, повышается в 3-4 раза,1Повышение надежности резьбового соединения в 4-10 и более раэ обеспечивает работу агрегата, в котором оно установлено, без ремонтов и простоев, практически на весь срок его эксплуатации, Формула изобретения1. РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ, содержащее крепежные элементы, болт с радиальной проточкой между цилиндрическим и резьбовым участками со стороны головки и гайку, на одном крепежном элементе резьба выполнена со срезом на конус в сторону опорного торца гайки, а средний диаметр резьбы другого крепежного элемента выполнен постоянным по всей длине, отличающееся тем, что, с целью повышения усталостной долговечности путем создания переменной площади контакта резьбовых витков соединения, резьба выполнена со срезом на конус на болте, а длина упомянутого резьбового участка 45 равна (0,6 - .0,65)0, высота гайки составляет (1,2 - 1,3)0, где 0 - наружный диаметр резьбы болта, причем прочность материала гайки в 1,1 - 1,2 раза больше прочности материала болта, 50 2. Соединение по п.1, отличающеесятем, что радиус впадин рвзьбы болта равен (0,144 - 0,180)Я, а радиальная проточка болта выполнена радиусом (1,5 - 1,8)Я, шириной (2,2 - 2)Я и диаметром 55 (О -2,2 Я), где Я - шаг резьбы.3, Соединение по пп.1 и 2, отличающееся тем, что, с целью снижения материалоемкости гайки и обеспечения равнопрочности соединения, боковая по1807755 верхность гайки со стороны торцов выполнена с цилиндрическими участками, сопряженными с поверхностью под ключ по радиусу, равному (0,14 - 0,16)б,у рфЯудр МинводРагЮоставитель С,Сосульниковехред М,Моргентал Корректор Л,Пилипенко тор С. Кулака Заказ 115 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго гарин Утр Фа Тираж НПО "Поиск" 113035, Москва, Ж наружный диаметр цилиндрических участков равен (1,3 - 1,4)О, а высота цилиндрического участка у опорного торца гайки равна (0,25 - 0,3)б,ПодписноеспатентаРаувская маб 4/5