Стопорящееся резьбовое соединение

Название	Стопорящееся резьбовое соединение
Разработчик (Авторы)	Шакиров Р.И., Лашков В.А., Вавилов Ю.Г., Стрельник А.Г., Лебедков Ю.А.
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2595589
Дата регистрации	03.08.2016 г.
Правообладатель	КНИТУ
Область применения (класс МПК)	МПК F F16B 39/34, F16B 39/06

Описание изобретения

Изобретение относится к крепежным изделиям, исключающим самопроизвольное отвинчивание гайки, и может быть использовано в механизмах, испытывающих вибрационные, ударные нагрузки и тепловое воздействие.

Изобретение предназначено для использования автомобильной, авиационной, машиностроительной, железнодорожной и других отраслях промышленности.

Преимущественно данное изобретение предназначено для использования в силовых и энергетических машинах и установках авиационной техники.

Известно стопорящееся крепежное соединение, включающее болт (шпильку) с гайкой и шайбой Гровера (см. книгу Орлова П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2. – М: Машиностроение, 1988. С. 145-146, рис. 315.).

Недостатком крепежных соединений с шайбой Гровера является ограниченность использования: при незначительных знакопеременных нагрузках вибрационного  ударного действия.

Это объясняется тем, что при затяжке гайки шайба обеспечивается локальное стопорение гайки относительно детали.

Известно также самоконтрящаяся гайка с отверстиями и вставленными в них пластмассовыми штифтами (см. RU Патент 2347119 МПК F16B 39/34, F16B 39/06, 2009.).

При завертывании гайки нарезной стержень болта (шпильки) нарезает резьбу в пластмассовых штифтах, материал которых заполняет зазоры между резьбами гайки и болта (шпильки), обеспечивая тем самым постоянную силу трения в резьбе.

Недостатком известного изобретения является ненадежность стопорения резьбового соединения от самопроизвольного отвинчивания гайки и ограниченность применения.

Указанный недостаток обусловлен применение пластмассовых штифтов, которые теряют свои свойства при воздействии на них тепла, света, химических элементов и т.п.

Наиболее близким по технической сущности является стопорящееся резьбовое соединение, содержащее болт (шпильку) с гайкой и деформируемой пластмассовой шайбой (см. книгу Орлова П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х кн. Кн. 2. – М: Машиностроение, 1988. С.148, рис. 338.).

При затяжке гайки шайба деформируется. Материал шайбы заполняет витки резьбы, обеспечивая стопорение гайки и герметичность соединения. 

Недостатком данного технического решения является ограниченность использования резьбового соединения с уплотнением резьбы материалом из пластмасс.

Указанный недостаток обусловлен небольшой площадью контакта при  уплотнении ограниченного числа витков резьбы полимерным материалом, низким коэффициентом трения пластмасс по стали, нестойкостью пластических масс воздействию значительных нагрузок вибрационного, ударного и теплового характера.

Под действием тепла, выделяемого энергетическими машинами и установками, в пластических массах наблюдаются деструктивные реакции, при которых полимер радикально меняет свои свойства: изменяется молекулярная масса, строение и химические свойства.  

Наложение вибрационных воздействий на резьбовое соединение приводит к возникновению момента сил раскручивания более массивной гайки, превышающего момент сил трения в месте уплотнения витков резьбы.

Технической задачей изобретения является повышение надежности резьбового соединения при воздействии значительных нагрузок вибрационного и ударного характера (в том числе в условиях термического воздействия) за счет создания храпового эффекта по увеличенной площади контакта элементов, и снижение общей массы крепежных элементов в силовых и энергетических машинах и установках.

Техническая задача решается тем, что стопорящееся резьбовое соединение, содержащее болт с резьбовым стержнем, гайку, контактирующую по торцу с шайбой из полимерного материала, в котором шайба выполнена в виде композита с полимерным связующим и наполнителем из высокотвердых дисперсных частиц с эквивалентным диаметром 0,08-0,10 мм и содержанием в композите 50-60%, а связующее образует адгезионное соединение с торцом гайки и выполнено из термостойкого полимера.

Решение технической задачи позволяет повысить надежность резьбового соединения счет шаржирования поверхностей гайки и детали высокотвердыми дисперсными частицами, содержащимися в композите при затягивании гайки и снизить общую массу крепежных изделий в силовых и энергетических установках.

Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг.1 представлен общий вид резьбового соединения; на фиг.2 – вид А.

Резьбовое соединение включает: болт (шпильку) 1, гайку 2, деталь 3, шайбу.

Шайба выполнена в виде композита, включающего полимерное связующее 4 и наполнитель из высокотвердых дисперсных частиц 5.

Наполнитель представляют собой фракцию дисперсных частиц в диапазоне эквивалентных диаметров d_экв равном 0,08-0,10 мм, полученную, например, при заточке (шлифовке) режущегося инструмента с твердосплавной напайкой абразивным шлифовальным инструментом (эльбором).

Нижняя граница диапазона d_экв=0,08 мм обусловлена снижением храпового эффекта вследствие соразмерности частиц с высотой микронеровностей поверхностей гайки и детали.

Верхняя граница диапазона d_экв=0,10 мм связана с уменьшением удельной межфазной поверхности контакта крепежных элементов и действующих сил трения.

Связующее представляет собой кремнийорганические полимеры (например, кремнийорганические эмали) с устойчивостью к длительному воздействию температуры до 600⁰С. Содержание дисперсных частиц в композите составляет 50-60%.

Нижняя граница диапазона 50% обусловлена уменьшением числа активных центров и удельной межфазной поверхности контакта гайки и детали.

Верхняя граница диапазона 60% обусловлена перераспределением частиц по поверхности (образование кластеров) при завертывании гайки, что приводит к неравномерному распределению силовых факторов по площади контакта.

Стопорящееся резьбовое соединение работает следующим образом.

Гайку 2 с нанесенным тонким слоем композита (толщиной равной эквивалентному диаметру высокопрочной дисперсной частицы) на торцовую поверхность навинчивают на резьбовой конец болта (шпильки) 1 до контакта с поверхностью детали 3. При вращении гайки 2 высокотвердые частицы совершают сложное перемещение, оставляя на поверхностях гайки 2 и детали 3 микроскопические борозды.  Поверхности насыщаются абразивными частицами (шаржируются), что обеспечивает равномерное распределение сосредоточенных сил трения по все поверхности контакта. Полимерное связующее при этом выполняет роль матрицы и герметизирующего слоя.

Отсутствие шайбы в резьбовом соединении уменьшает общую массу изделия. Гайку 2 можно использовать многократно.

Таким образом, повышение надежности резьбового соединения может быть обеспечено за счет шаржирования поверхностей гайки и детали высокотвердыми дисперсными частицами, содержащимися в композите при затягивании гайки при заметном снижении общей массы крепежных изделий в силовых и энергетических установках.

Формула изобретения

Стопорящееся резьбовое соединение, включающее болт с резьбовым стержнем, гайку, контактирующую по торцу с шайбой из полимерного материала, отличающееся тем, что шайба выполнена в виде композита с полимерным связующим и наполнителем из высокотвердых дисперсных частиц с эквивалентным диаметром 0,08-0,10 мм и содержанием в композите 50-60%, а связующее образует адгезионное соединение с торцом гайки и выполнено из термостойкого полимера.

Изобретение "Стопорящееся резьбовое соединение" (Шакиров Р.И., Лашков В.А., Вавилов Ю.Г., Стрельник А.Г., Лебедков Ю.А.) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога