Резьбовое соединение
Использование: для космической и авиационной техники. Сущность изобретения: в резьбовом соединении деталей, содержащем болт с радиальной проточкой между цилиндрическим и резьбовым участками со стороны головки и гайку, резьба на болте выполнена со срезом на конус в сторону опорного торца гайки, длины упомянутого резьбового участка (0,6 - 0,65)d, высота гайки (1,2 - 1,3)d, а средний диаметр ее резьбы постоянный по всей длине, при этом прочность материала гайки в 1,1 - 1,2 раза больше прочности материала болта. Кроме того, радиус впадин резьбы болта равен (0,14 - 0,180)S, радиальная проточка болта выполнена с радиусом, равным (1,5 - 1,8)S, шириной (2,2 - 2)S и диаметром (d - 2,2S). 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)d, наружный диаметр цилиндрических участков (1,3 - 1,4)d, а высота цилиндрического участка у опорного торца гайки (0,25 - 0,3)d, где d - наружный диаметр резьбы болта; S - шаг резьбы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к резьбовым 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 поверхности между витками резьбы болта и гайки. Для достижения этого в резьбовом соединении, 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 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) d, при этом гайка выполнена высотой (1,2-1,3)d, где d-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 R = (0,144-0,180) S, ширина (2,-2,2)S, где S - шаг резьбы и диаметр по ГОСТ 10549-69. Для обеспечения равнопрочности соединения посадочное место под ключ размещено на наружной боковой поверхности гайки на расстоянии (0,25-0,3)d от опорной поверхности последней и протяженностью (0,6-0,65)d, а наружный диаметр цилиндрической гайки равен (1,3-1,4)d, при этом переходный участок боковой поверхности гайки от шестигранника к цилиндру выполнен радиусом, равным (0,14-0,16)d. Кроме того, для оптимальной фиксации гайки по длине свинчивания резьбовое соединение снабжено шайбой, выполненной толщиной (2-2,5)S, а материал шайбы должен обеспечивать смятие по опорной поверхности с запасом прочности 
1,2 Переменная площадь контактной поверхности между витками резьбы болта и 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, 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 резьбового соединения. Затяжка практически не изменяется в зависимости от увеличения количества циклов нагружения. В стандартном резьбовом соединении с увеличением количества циклов нагружения затяжка значительно снижается. Более равномерное распределение нагрузки по виткам резьбы и стабильность затяжки в несколько раз повышают усталостную долговечность резьбового соединения относительно стандартного. На фиг.1 изображено предлагаемое резьбовое соединение: на фиг.2 - сравнительное распределение нагрузки по виткам резьбы; 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)d, где d - наружный диаметр резьбы болта. Резьба выполнена по стандарту ОСТ 1.00105-81 с закругленной впадиной. Коническая поверхность 7 имеет меньший диаметр, равный внутреннему диаметру резьбы, а наружный диаметр равен наружному диаметру резьбы болта. Выбранная высота гайки 3 и смещение посадочного места 9 под ключ дает возможность совместить середину максимальной жесткости гайки с максимальной нагрузкой на витке, что дает повышение усталостной долговечности 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. 
1,2 Кроме того, усталостная долговечность данного резьбового соединения по сравнению со стандартным увеличивается также за счет сохранения затяжки. Затяжки практически не изменяется при увеличении количества циклов нагружения (см.фиг.3). В работе предлагаемое резьбовое соединение проявляет себя следующим образом. Выполнение высоты профиля резьбы болта на части участка свинчивания переменной с обратной конусностью, переходящей в цилиндрическую при постоянной высоте профиля резьбы в гайке, перераспределяет нагрузку по виткам резьбы всего резьбового соединения. При этом максимальная нагрузка на виток уменьшается почти в два раза. Удалось значительно загрузить ранее незагруженные витки. Контактна поверхность между витками резьбы болта и гайки увеличивается от нуля по опорной поверхности гайки до максимальной на длине свинчивания, равной (0,6-0,65)d, от опорной поверхности гайки. При этом контакт начинается между наиболее жесткой нижней частью витка болта и менее 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 поверхности гайки, где жесткости витков резьбы болта и гайки выравниваются. Высота гайки Н = (1,2-1,3)d выбрана оптимальной по массе, согласно проведенным испытаниям. Меньшая высота, например H= 0,8d, уменьшает долговечность резьбового соединения почти в два раза, большая высота снижает несколько нагрузки на витки, но несущественно. Толщина шайбы выбрана так, чтобы фиксировалось оптимальное положение гайки по резьбе болта, т.е. витки болта с наибольшей нагрузкой совмещались с серединой наибольшей жесткости гайки. Проведены 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 13х15Н4АМЗ долговечность предложенного резьбового соединения больше чем в четыре раза относительно стандартного. При снижении нагрузки 
а в 1,5 раза долговечность увеличивается более чем в десять раз. Перераспределение нагрузки между витками благоприятно влияет на момент затяжки. Затяжка резьбового соединения практически не зависит от числа циклов нагружения (см. фиг. 3). Кроме того, обратная конусность резьбы болта снижает осевое усилие при накатке резьбы. Например, для болта 
16 мм из материала 13х15Н4АМ3-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 из стали Х12М, повышается в 3-4 раза. Повышение надежности резьбового соединения в 4-10 и более раз обеспечивает работу агрегата, в котором оно установлено, без ремонтов и простоев, практически на весь срок его эксплуатации.
Формула изобретения
1. 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 равна (0,6 - 0,65)D, высота гайки составляет (1,2 - 1,3)D, где D - наружный диаметр резьбы болта, причем прочность материала гайки в 1,1 - 1,2 раза больше прочности материала болта. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что радиус впадин резьбы болта равен (0,144 - 0,180)S, а радиальная проточка болта выполнена радиусом (1,5 - 1,8)S, шириной (2,2 - 2)S и диаметром (D -2,2 S), где S - шаг резьбы. 3. Соединение по пп.1 и 2, отличающееся тем, что, с целью снижения материалоемкости гайки и обеспечения равнопрочности соединения, боковая поверхность гайки со стороны торцов выполнена с цилиндрическими участками, сопряженными с поверхностью под ключ по радиусу, равному (0,14 - 0,16)d, наружный диаметр цилиндрических участков равен (1,3 - 1,4)D, а высота цилиндрического участка у опорного торца гайки равна (0,25 - 0,3)d.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002
Извещение опубликовано: 10.04.2002
