Деформирующая шпилька

СОЮЗ СОВЕ ТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 221 9) 5 Р 16 В ЗЗ/02 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ троебо ки О ЬЭ И(71) Читинский политехнический институт(57) Использование: тугие резьбовые соединения. Сущность изобретения: шпилька содержит гаечный и посадочный резьбовыеконЦы, Посадочный конец выполнен в виденаправляющей и деформирующей частей,Резьба деформирующей части выполнена ввиде профиля с волнообразной боковой поИзобретение относится к машинос нию и может быть использовано для с р тугих резьбовых соединений,Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности стопорения и долговечности шпилек.В отличие от уже известной, предлагаемая шпилька расширяет эксплуатационные возможности, так как может вворачиваться в гладкие отверстия корпусов из углеродистых сталей и серых чугунов. Это обеспечивается тем, что вершины волнообразных выступов в нормальном сечении боковой поверхности витка превышают по высоте поверхность резьбы направляющей части на величину и,. Таким образом при свинчивании отсутствует контакт направляющего участка резьбы шпильки с внутренней резьверхностью, выступы которой превышают поверхность профиля направляющих витков резьбы на величину последеформационной усадки и упругого смещения от усилия затяжки. Кроме того, деформирующая часть корпусного конца выполнена упрочненной до 45,58 НВС, шаг волнообразных выступов позволяет расположить их по окружности среднего диаметра в количестве не меньше трех, а деформирующая и направляющая части имеют резьбовые профили с равными средними диаметрами и допусками на них, Использование шпильки позволяет расширить технологические возможности, повысить надежность сборки и стопорения, 3 ил. бой отверстия корпусной детали. Кроме того, деформирующие витки с волнистой боковой поверхностью упрочнены до 4558 НЯС.Вследствие превышения 60 в области направляющего участка образуется зазор по боковым поверхностям наружной и внутренней резьбы, таким образом предлагаемая шпилька позволяет успешно совместить преимущество тугих резьбовых соединений (в силу того, что деформирующий участок, образуя резьбу деформированием, остается в ней зажатым радиальным натягом за счет последеформационной усадки) с преимущества:.и соединений с зазором, получаемым в зоне направляющего участка. Первое преимущество позволяет сохранить высокие стопорящие свойства соединений на уровне соединений с натя 1802221гом, а также получать упрочненную резьбу в корпусе, характерную для резьбообразования выдавливанием,Второе преимущество компенсирует действия перекосов при затяжке гайки, снижает крутящие моменты свинчивания, а также сохраняет равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы посадочного конца шпильки, В прототипе могут образовываться только соединения с натягом, причем уменьшение шага резьбы от конца к середине шпильки возможно только для корпусных деталей из легких цветных, преимущественно алюминиевых сплавов, Данные сплавы, ввиду высоких пластических свойств, позволяют виткам шпильки со смещенным шагом сжимать в осевом направлении сформированные витки внутренней резьбьь Со стальными и латунными корпусами это неприемлемо, так как механические свойства материалов шпильки и корпуса практически равноценны, Смещение шага в данном случае вызовет только излом шпилек, снижая тем самым их долговечность.Известно, что крутящий момент свинчивания соединений с деформирующими крепежными элементами складывается из двух составляющих;М =М +Мгде Мд - составляющая, возникающая на деформирующем участке шпильки при выдавливании внутренней резьбы;Мр - составляющая на направляющем участке от трения витков наружной и образованной резьб засчет натяга.Для прототипа данная формула будет иметь следующий вид:Мкр= Мд+ Мтр+ КЬмргде К - число ниток резьбы посадочного конца;Ьмр - величина роста крутящего момента от смещения шага на одну нитку резьбы.Шпилька позволяет образовывать резьбовое соединение с крутящим моментом, равным практически только деформационной составляющейМкр= Мд,так как в данном случае резьба образуется только деформирующим участком, направляющий участок со внутренней резьбой не контактирует, а смещения шага нет,Таким образом, выигрыш в крутящем моменте налицо, а если учесть, что коэффициент стопорения у обычных деформирующих шпилек составляетм, +м 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 то выигрыш в крутящем моменте составляет 6080 в конце свинчивания,Смещение резьбы у прототипа вызывает повышение составляющей трения Мр в конце свинчивания, а значит и рост коэффициента стопорения, Но при вывинчивании, отвинчивающий момент резко падает, а после 2 - 3 ниток снижается до уровня соединений с переходными посадками,Шпилька позволяет сохранить стопорящие свойства постоянными, а коэффициент стопорения довести теоретически до единицы, так какМоп, МдКс= --- = 1где Мота - момент отвинчивания шпильки.Таким образом, предлагаемая шпилька создает высокие показатели надежности стопорения,На фиг, 1 представлены размеры деформирующей шпильки в сопряжении с корпусной деталью; на фиг. 2 изображен поперечный разрез витка резьбы шпильки совместно подеформирующему и направляющему участкам; на фиг, 3 - продольный разрез последних волнообразных выступов с переходом на направляющий участок в нормальном сечении к боковой поверхности,Шпильки изготавливались иэ стали 35 ГОСТ 1050-80.Заготовки получались резани-. ем с обработкой фасок на обоих концах, Угол фаски и основные размеры шпилек соответствовалл и ГО СТ 22042 - 76. Резьба гаечного участка накатывалась на станке А 2528 обычными роликами для метрической резьбы, Резьба шпилек соответствовала М 12 - М 20 и шагом 1,75 мм. Для посадочного конца изготавливалась пара специальных роликов, Накатка резьбы посадочного конца производилась на отдельном станке той же марки. Длина деформирующего участка на посадочном конце соответствовала величине19 =+ (1 2) Рпахгде Н - высота профиля резьбы, мм;Р - шэг резьбы, мм;р =20.30 - реальный угол фаски нв торцах шпильки после накатывания резьбы.Для резьбы с шагом 1,75 мм высота профиля равна 0,947 мм, Таким образом длина деформирующего участка равнялась 6,1 мм.Это соответствует 3-3,5 виткам резьбы.Волнообразные выступы обеих боковых сторон витка зеркально располагались относительно его оси. Выступ накатного ролика образовывал впадину волнистого профиля, а вытесняемый металл затекал во впадину профиля ролика.1802221 510 15 20 25 30 35 40 Данная технология позволяет сохранить равенство средних диаметров и их допусков для деформирующего и направляющего участков, Для резьбы М 12 круговой шаг расположения волнистых выступов равнялсяг ог 3, 14 10,836Рт. =Е 3- 11,34 ммВеличина выступов на шпильках в осевом направлении определялась следующим соотношением4 01 20,21 0 ео Рут д Е4 12000 5 0 20 21 6802 10 3,14 1,01 8 100,175=0,00374+0,003=0,00674 см= = 67,4 мкмПервая часть формулы образует зазор. выбираемый в резьбе направляющего участказа счет усилия затяжки 12 кНс, Вторая чэстЬ определяет величину последеформационной усадки резьбы, образованной в корпусе деформирующим участком шпильки, Величина последеформационной усадки в общем виде определялась по формуле для метэллических резьб:Оу=175 0 РЕсли резьба в отверстии образует вол-. нообразный выступ шпильки, то формула соответствует усадке в нормальном направлении. Если привести ее к осевому направлению, то получим: гео у 20 21ГгеоРууу = 1,75 - -- уу 72Е Расчеты высоты выступа произведены для корпуса из сплава АЛВ с начальным пределом упругости рте, = 680 кг/см и мог дулей упругости Е=8 10 кг/см,5Деформирующий участок накатанных шпилек упрочнял ТВЧ до 4558 НВС. 45 50 55 Отверстия в корпусе под резьбу выбирали в соответствии с ГОСТ 18844-73, Завинчивание производили на станке 2 А 150 с динэФометром крутящего момента, Замер момеНтов для корпусов из сплава АЛВ показал, что его величина для резьб с шагом 1,75 Мм находилась в пределах:М 12 Мкр= 2651 Нм916 Мкр= 3253 НмМ 20 Мкр= 38,64 НмЕели использовать обычные шпильки по ГОСТ 22042 - 76, то величина моментов для тех же резьб измерена в следующих пределах: М 12 Мкр -- 69,5136,8 НмМ 16 Мкр= 82,2.,163,7 НмМ 20 Мкр= 105,7173,3 НмСмещение шага по прототипу вызовет еще большее увеличение крутящих моментов, Если относительно стандартных шпилек снижение величины момента составляет 58.650 , то относительно прототипа, при смещении шага на величину упругой усадки. составит еще около 1520%,Измерение моментов вывинчивания показало,что в отношении к моменту завинчивания, коэффициенты стопорения для разных реэьб составляют следующие величины;М 12 Кс= 0,780,88М 16 Кс= 0,87" 0,96М 20 Кс= 0,82, 0,92Это говорит о том, что нижний предел коэффициента стопорения возрос на 23,260 , причем стопорящие свойства сохранились стабильными на всем протяжении ввинчивания.Обычные деформирующие шпильки с упрочненной эаходной частью не позволяют ввинчивать их в гладкие отверстия корпусов из углеродистых сталей и латуней, Эксперименты показали, что шпильки с резьбой М 12 в отверстия корпусов из серого чугуна ввинчиваются с крутящими моментами Мкр=252280 Нм, Для шпилек из стали 35 это уже предел, так как напряжение среза у ней порядка 580670 мПэ, а по крутящим моментам действующие напряжения в стержне шпилек равны гт = Р -670 720 мПа0,2 бВ корпуса из сталей 20, 15 Л и латуни Л 59 стандартные шпильки с резьбой менее М 14 вообще не вворачиваются. Предлагаемые шпильки свинчиваются с корпусами из стали с НВ менее 220,Использование предлагаемой деформирующей шпильки по сравнению с существующей позволяет обеспечить следующие преимущества:расширить эксплуатационные возможности за счет обеспечения возможности ввинчивания в корпуса из углеродистых сталей, серых чугунов и латуней с НВ 220 и получения соединений со свойствами, характерными свойствам соединений с зазорами и переходными посадками;повысить надежность стопорения и долговечность шпилек эа счет снижения крутящих моментов до 7080 е . стабилизации и повышения коэффициента стопорения до Кс=0,70.91802221 Формула изобретения деформирующая шпилька, содержащая стержень с гаечным и посадочным резьбовыми концами, последний из которых выполнен в виде направляющего и деформирующего участков с одинаковыми средними диаметрами и допусками на них, при этом направляющий участок выполнен с треугольной резьбой с гладкими боковыми поверхностями витков, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью расширения эксплуатационных воэможностей и повышения долговечности и надежности стопорения, боковые поверхности витков резьбы деформирующего участка выполнены волнистыми, выступы волн расположены симметрично относительно продольной оси витка с шагом по Ррин окружности, определяемым из соотношенияРиммин л г 2где д 2 - средние диаметры резьбы деформирующего и направляющего участков;- число волнообразных выступов в диаметральном сечении, не меньше трех,5 высота выступов йо относительно боковойповерхности направляющего участка в осевом сечении выбрана из соотношения401 20,21 гаво РЕш Жди Екгде 0 - нормированное усилие затяжки;- длина шпильки между деформирующим участком и гаечным концом,Еш, Ек - модули упругости материалов15шпильки и корпусной детали;Оео - начальный предел упругости материала корпусной детали;б, - внутренний диаметр резьбы посадочного конца;Р - шаг резьбы,а резьба деформирующего участка упрочнена до 45 - 58 НРС. ЮЛЯ ДЯЮРИГЛталраВляющ егой1802221 Составитель А.Мазгаров ехред М.Моргентал Редактор В.Трубченко Т Корректор Л,Филь НТ СССР при одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 842 ТираВНИИПИ Государственного к113035, М ж Подписное омитета по изобретениям и открыти осква,Ж, Раушская наб 45