Резьбовое соединение

) И ПАТЕНТУ- разность козфф нейного термиицие нтов еского ра ов деталевом напра ширения материалединения в оснии,- рабочая темперния минус темпжакщей среды- острый угол,нагруженной ирезьбы любойосью соединениСоединение по п. оедине окруатураератур бразованныйверкностьюз деталей ся. о т и ь- ф гчто мини с я вен щееазор р ый нтов лиго расшиталеи сои ое рхносодна ующ ями оидлиетале рхнос и езрезьбовои участ ов ой авно 5 С 2 В ЬдвАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛА 1 ИЗО)РЕТЕНИЙ И ОТНРЬ 1 ТИЙ ПИСАНИЕ И(72) Джон Франклин Пелтон (США)(71) Юнион Карбид Корпорейшн (США)(54)(57) 1. РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ,нагруженное в осевом направлении,содержащее охватываемую и охватывающую детали, выполненные из материалов с разными коэффициентами линейного термического расширения, сопряженные между собой по конусной резьбе с радиальным зазором между витками резьбы, увеличивающимся в осевомнаправлении, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения надежности работы соединения при высоких температурах, резьбы на деталях соединения выполнены с разными углами конусности, при этом увеличение радиального зазора между витками резьбынаправлено в сторону детали, выпол. ненной из материала с более высокимкоэффициентом линейного термическогорасширения, а увеличение радиальногозазора между витками на единицу длины соединения при температуре окружающей среды равно ВСьТ,5 - средний радиус резьбы любойиз деталей,С - разность коэффициеиейного термическорения материалов деединения в радиальном направлении.Соединение по пп.1 и 2, о тч а ю щ е е с я тем, чтодеталиинения выполнены с взаимодейстими торцовыми опорными повепри этом по крайней мерей имеет у торцовой опорнИзобретение относится к резьбовымсоединениям, предназначенным для работы в условйях повышенной температуры,Цель изобретения - повышение надежности работы соединения при высоких температурах.Поставленная цель достигаетсятем, что в резьбовом соединении, нагруженном в осевом направлении, со Одержащем охватываемую и охватывающуюдетали, выполненные из материалов сразными коэффициентами линейного термического расширения, сопряженныемежду собой по конусной резьбе с радиальным зазором между нитками резьбы, увеличивающимся в осевом направлении, резьбы на деталях соединениявыполнены с разными углами конусности,при этом увеличение радиального зазо- Юра между витками резьбы направлено всторону детали, выполненной из материала с более высоким коэффициентом линейного термического расширения, аувеличение радиального зазора между 25витками на единицу длины соединенияпри температуре окружающей среды равноД аТ Я 9,где А - разность коэффициентов линейного термического расширения материалов деталей соединения в осевом направленииь - рабочая температура соедине 35ния минус температура окружающей среды,9 - острый угол, образованныйнагруженной поверхностью нитки резьбы любой из деталей сщосью соединения,При этом, минимальный зазор в соединении равенВсдТ,45 где 8 - средний радиус резьбы любойиз деталей;- разность коэффициентов линейного термического расширения материалов деталей со единения в .радиальном направлении,Кроме того, детали соединения выполнены с взаимодействующими торцовыми опорными поверхностями, при этом по крайней мере одна из деталей имеет у торцовой опорной поверхности безрезьбовой участок длиной, равной 24 9На фиг, 1 изображено резьбовое соединение, продольный разрез," на Фиг2 - схема зазоров в резьбовом соединении, на фиг.3-7 - варианты резьбового соединения.Резьбовое соединение содержит установленные по оси 1 и нагруженные в осевом направлении по резьбовым поверхностям 2 и Э детали 4 и 5. Реэьбовая деталь 4 имеет наружную резьбу и выполнена нз материала с более высоким коэффициентом линейного термического расширения, чем резьбовая деталь 5, имеющая внутреннюю резьбу.Направления нагружения деталей соединения условно показаны стрелками 6 и 7. Деталь с наружной резьбой имеет среднюю линию 8 резьбы, а деталь с внутренней резьбой - среднюю линию 9 резьбы. Соответственно деталь с наружной резьбой имеет сред" ний радиус 10 резьбы, а деталь с внутренней резьбой - средний радиус 11 резьбы и шаг 12 резьбы.Резьба на деталях соединения выполнена конусной, при этом конус- ность резьбы при температуре окружающей среды выбрана такой, что изменение радиального зазора 13 на единицу длины между противоположными витками резьбы равноА ат 6где А - разность коэффициентов ли 1нейного термического расширения материалов деталейсоединения в осевом направлении,Ьт - рабочая температура соединения минус температура окружающей среды;- острый угол, образованныйнагруженной поверхностьюрезьбы любой из деталей сосью соединения.При этом радиальный зазор увеличивается в направлении нагружения детали,. выполненной иэ материала с более высоким коэффициентом линейного термического расширения.Коэффициенты линейного термического расширения представляют собой константы, указывающие величину, на которую расширяется определенный мач териал под воздействием тепла.В качестве материалов, металлических сплавов и неметаллов, используемых при повышенных температурах,можно назвать никелевохромистыйсплав, кобальтово-хромистый сплав, 5нержавеющую сталь, графит, карбидкремния, плавленный кварц, алюмосиликат.Больший коэффициент линейного термического расширения может иметь деталь с наружной или деталь с внутренней резьбой, причем осевая нагрузкаможет быть приложена в любом направлении, что учитывается при определении конусности. Кроме того, изменение 15радиального зазора может обеспечиваться выполнением конусности на деталис наружной резьбой, либо на детали свнутренней резьбой. Деталь, не имеющая конусности, имеет прямолинейную 20резьбу, либо обе детали могут иметьконусность, чтобы обеспечить необходимую степень изменения радиальногозазора.Если деталь с наружной резьбой 25имеет меньший коэффициент линейноготермического расширения, заданный минимум радиального зазора отсутствует,Следовательно, радиальный зазор можетбыть в этом случае равен нулю, однако З 0на практике он всегда несколько больше нуля, чтобы облегчить сборку.Когда меньший коэффициент имеет детальс внутренней резьбой, необходимо обеспечить минимальную величину радиаль- З 5ного зазора Этот предпочтительныйминимум радиального зазора равенбсаТ,где 8 - средний радиус резьбы любойдетали (разница средних ра" 0диусов деталей является бесконечно малой вд 3 тичиной),- разность коэффициентов линейного термического расширения материалов деталей со-,15единения в радиальном направлении;а 1 - рабочая температура соединения минус температура окружающей.среды, 50Детали соединения .выполнены с взаимодействующими торцовыми опорнымиповерхностями 14. При этом по крайнеймере одна из деталей имеет у торцовойопорной поверхности безрезьбовойучасток длиной, равной8 Сд а Тсли детине аружно 1 1) 31 бЙ 311- полнена из материала с мевыпим ко:.ффицнентом термического расширения, например из графита, нагрев до рабочей температуры вызовет увеличение зазора в радиальном направлении, В соединении, показанном на фиг.б, это явление в некоторой степени установлено разницей в продольном расширении. Эффективность продольного или осевого расширения в отношении предотвращения разницы радиальных расширений увеличивается с увеличением расстояния от опорной поверхности 14, причем в некоторой точке, которая названа "нейтральной точкой", чистое ослабление или затягивание резьбы отсутствует. Это та точка, в которой деталь с более высоким коэффициентом (в данном случае деталь с внутренней резьбой) смещается наружу и вверх по отношению к детали с наружной резьбой, которая расположена под ней, настолько, что результирующее перемещение происходит параллельно поверхности резьбы. Следовательно, в любой точке ниже нейтральной резьба ослаблена, а в любой точке выше нейтральной - затянута.Если расстояние от нейтральной точки до посадочной поверхности , то8 Сй ОПри условии, что конусность выбрана равной А аТ 1 9 и радиальный зазор увеличивается в правильном направлении, рассматриваемое соединение, в котором деталь с наружной резьбой имеет меньший коэффициент расширения, при нагреве до рабочей температуры будет ослаблено и его следует при определенной температуре затянуть, если требуется иметь жесткое соединение, Потребность в затяжке можно избежать, если ликвидировать резьбу (см.фиг.7) на одной или обеих деталях, начиная от нейтральной точки, на расстояние Х до посадочной поверхности. Если выбрать такое соединение при очень слабом крутящем моменте, то лишь резьба в нейтральной точке (нижняя резьба) будет находиться в контакте. При нагреве соединения нагрузка на зту нитку резьбы не изменится, а зазор между нитками резьб над точкой контак 1 153841та будет уменьшаться. При заданной рабочей температуре во всех нитках резьбы обеспечен одинаковый легкий контакт, Если требуется получить жесткое соединение при рабочей температуре, резьбовое соединение собирают с заданным крутящим моментом, либо затягивают на определенный угол дальше точки начального контакта, Тогда при рабочей температуре все10 нитки резьбы будут нагружены. Концепция нейтральной точки может быть использована также н для соединения (см.фиг.З), в котором деталь с15 наружной резьбой имеет больший коэффициент линейного расширения,Если резьбовое соединение простирается лишь до нейтральной точки,которая находится на расстоянии 1 от посадочной поверхности, то соединение при нагреве не ослабнет и не будет затянуто, Если резьба проходит за нейтральную точку, соединение при нагреве ослабнет. Если резьба не доходит до нейтральной точки, соединение при нагреве будет затянуто.Таким образом, при работе предлагаемого соединения полностью исключены поломки от нагрева и в значительной степени ликвидированы поломки от рабочих нагрузок. Срок службы резьбового соединения увеличивается в не- колько раз..Бандура Техред О,Ващишина Хорректо Редак ко Зак"Патент", г.Уагород, ул.Проектная Филиал 2542/45 Тирам 812 ВНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от 113035, Иосква, З, Рауаская