Резьбовое соединение
1. РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ, нагруженное в осевом направлении, содержащее охватываемую и охватьшакмцую детали, выполненные из материалов с разными коэффициентами линейного термического расширения, сопряженные между собой по конусной резьбе с радиальным зазором между витками резьбы, увеличивающимся в осевом направлении, отличающееся тем, что, G целью повьйпения надежности работы соединения при высоких температурах , резьбы на деталях соединения выполнены с разными углами конусности , при этом увеличение радиального зазора между витками резьбы Направлено в сторону детали, вьшолненной из материала с более высоким коэффшщентом линейного термического расширения, а увеличение радиального зазора между витками на единицу длины соединения при температуре окружающей среды равно АйТ ige, где А - разность коэффициентов линейного термического расширения материалов деталей соединения в осевом направлении j iT - рабочая температура соединения шнyc температура окружающей средыi 9 - острый угол, обргазованный нагруженной поверхностью резьбы любой из деталей с осью соединения. 2.Соединение по п.1, о тли чающееся тем, что минимальньй зазор равен В-С 6Т, где В - средний радиус резьбы любой из деталейi С - разность коэффициентов линейного термического расвмрения материалов деталей соединения в радиальном направлении . сд 3.Соединение по пп.1 и 2, о т : личающееся тем, что детали соединения выполнены с взаимодействукяцими торцовыми опорными поверхностями , при этом по крайней мере одна из деталей имеет у торцовой опорной поверхности безрезьбовой участок длиной , равной 6С 2 л tg- 0
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК ((9) (111
4(s() F 16 В 7/18
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЧ(И ОТНЯЬ(тИй
Ft(I :
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,"
H f3ATEHTV
А аТ - (72) Джон Франклин Пелтон (США) (71) Юнион Карбид Корпорейшн (США) (53),621.882.093(088.8) (56) Патент CUIA У 3870511, кл. F 16 В 7/18, 1975. Патент США 1(- 3771886, кл. F 16 В 7/18, 1974. (54)(57) 1. РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ, нагруженное в бсевом 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 осевом направлении, о т л и ч а ю щ е е с я тем, 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 резьбы направлено в сторону детали, выпол. ненной из материала с более высоким коэффициентом линейного термического расширения, а увеличение радиального зазора между витками на единицу длины соединения при температуре окружающей среды равно где 1(— разность коэффициентов ли нейного термического расширения материалов деталей соединения в осевом направлении, ьТ вЂ” расочая температура соединения минус температура окружакщей среды, 8 — острый угол, обр азованный t нагруженной поверхностью резьбы любой иэ деталей с осью соединения. 2. Соединение по и. 1, о т л.и— ч а ю щ е е с я тем, что минимальный зазор равен 8 С-ьТ, где 5 — средний радиус резьбы любой из деталей, — разность коэффициентов линейного термического расширения материалов деталей соединения в радиальном направлении. 3. Соединение по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что 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 1153841 Изобретение относится к резьбовым соединениям, предназначенным для работы в условйях.повышенной температуры. Цель изобретения — повышение на- 5 дежности работы соединения при высоких температурах. Поставленная цель достигается тем, что в резьбовом соединении, нагруженном в осевом направлении, содержащем охватываемую и охватывающую детали, выполненные из материалов с разными коэффициентами линейного термического расширения, сопряженные между собой по конусной резьбе с ра- 15 диальным зазором между нитками резь+ бы, увеличивающимся в осевом направлении, резьбы на деталях соединения выполнены с разными углами конусности, при этом увеличение радиального зазо- Ю ра между витками резьбы направлено в сторону детали, выполненной из материала с более высоким коэффициентом линейного термического расширения, а увеличение радиального зазора между 25 витками на единицу длины соединения при температуре окружающей среды равно Д,Т При этом. минимальный зазор в соединении равен ВоаТ, 45 где  — средний радиус резьбы любой из деталей; - разность коэффициентов ли. нейного термического расширения материалов деталей со-5О единения в .радиальном направлении, Кроме того, детали соединения выполнеH61 с взаимодействукнцими торцовыми опорными поверхностями, при этом по крайней мере одна из деталей имеет у торцовой опорной поверхности безрезьбовой участок длиной, равной 24 tg8 На фиг. 1 изображено резьбовое соединение, продольный разрез," на фиг ° 2 — 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 средний радиус 10 резьбы, а деталь с внутренней резьбой - средний радиус 11 резьбы и шаг 12 резьбы. Резьба на деталях соединения выполнена конусной, при этом конусность резьбы при температуре окружающей среды выбрана такой, что изменение радиального зазора 13 на единицу длины между противоположными витками резьбы равно А кТ ag 6 где А — разность коэффициентов ли1 нейного термического расширения материалов деталей соединения в осевом направлении, Т вЂ” рабочая температура соединения минус температура окружающей среды,. — острый угол, образованный нагруженной поверхностью резьбы любой из деталей с осью 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. 1153841 В качестве материалов, металлических сплавов и неметаллов, используемых при повышенных температурах, можно назвать никелевохромистый сплав, кобальтово-хромистый сплав, 5 нержавеющую сталь, графит, карбид кремния, плавленный кварц, алюмосиликат. Больший коэффициент линейного термического расширения может иметь деталь с наружной или деталь с внутренней резьбой, причем осевая нагрузка может быть приложена в любом направлении, что учитывается при определении конусности. Кроме того, изменение 15 радиального зазора может обеспечиваться выполнением конусности на детали с наружной резьбой, либо на детали с внутренней резьбой. Деталь, не имеющая конусности, имеет прямолинейную 20 резьбу, либо обе детали могут иметь конусность, чтобы обеспечить необходимую степень изменения радиального зазора. Если деталь с наружной резьбой имеет меньший коэффициент линейного термического расширения, заданный иинимум радиального зазора отсутствует. Следовательно, радиальный зазор может быть в этом случае равен нулю, однако щ на практике он всегда несколько больше нуля, чтобы облегчить сборку. Когда меньший коэффициент имеет деталь с внутренней резьбой, необходимо обеспечить минимальную величину радиаль- З ного зазора Этот предпочтительный минимум радиального зазора равен Всат, где  — средний радиус резьбы любой детали (разница средних ра- аО диусов деталей является бесконечно малой вд3тичиной), — разность коэффициентов линейного термического расширения материалов деталей со-15 единения в радиальном направлении; 1 Т вЂ” рабочая температура соединения минус температура окружающей.среды. 50 Детали соединения .выполнены с взаимодействующими торцовыии опорными поверхностями 14. При этом по крайней мере одна из деталей имеет у торцовой опорной поверхности безрезьбовой участок длиной, равной 8 С 2Я а Тсли летние» !аружн(1! р» з 1>б»и 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 пред> отвращения 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, то 8 С 2А tg9 При условии, что конусность выбрана равной A aT tg 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 X 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 эту нитку резьбы не изменится, а зазор между нитками резьб над точкой контак1153841 та 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 все t0 нитки резьбы будут нагружены. Концепция нейтральной точки может быть использована также н для соединения (см.фиг.3), в котором деталь с 15 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. 1 I53841 1!53841 l15384l Хорректор Е.Рошко Редактор М. Бандура Техред О.Ващншина Филиал ППП "Патент", г.Уагород, ул.Проектная, 4 Заказ 2542 /45 Тирам 812 Подпис ное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, М-35, Раушская наб., д.4/5
