Крепеж

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к крепежным средствам, например болтам, шпилькам, винтам и другим стержневым крепежным элементам, которые используются для соединения и крепления различных деталей. Стержневой крепежный элемент имеет базовую конфигурацию стержневого крепежного элемента, при этом в его теле выполнена продольная полость. Внутренняя поверхность тела стержневого крепежного элемента, ограничивающая полость, упрочнена. В результате повышается ресурс использования крепежного элемента при циклических нагрузках. 12 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к крепежным средствам, например болтам, шпилькам, винтам и другим стержневым крепежным элементам, которые используются для соединения и крепления различных деталей.

Известен резьбовой элемент, содержащий стержень с резьбой, имеющий сердцевину и наружный слой, при этом сталь сердцевины и наружного слоя имеют различную структуру (см. патент RU 2032114, F 16 В 35/00, 27.03.1995).

Данный резьбовой элемент имеет более высокую прочность. Однако в данной конструкции резьбового элемента трудно обеспечить изменение свойств резьбового элемента в зависимости от условий эксплуатации, что сужает область использования данного резьбового элемента.

Известен также болт слоистый, содержащий в поперечном сечении гладкой части стержня по крайней мере две подобласти материалов (см. патент RU 2143613, F 16 В 35/00, 27.12.1999).

Данный крепежный элемент позволяет создавать элементы с различными прочностными свойствами. Однако реализация данной конструкции крепежного элемента достаточно трудоемка и требует специального оборудования для реализации данной конструкции в производстве, что ведет к резкому повышению себестоимости данных крепежных элементов и в ряде случаев делает использование данных крепежных элементов нерентабельным.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является стержневой крепежный элемент, содержащий тело с выполненной в нем полостью, при этом конфигурация наружной поверхности тела крепежа не совпадает с конфигурацией внутренней поверхности тела, образованной полостью (см. патент US 4348141, F 16 В 35/00, 07.09.1982).

Выполнение в теле данного крепежного элемента полости позволяет создать крепежный элемент с различными прочностными характеристиками. Однако данный крепежный элемент имеет недостаточную долговечность при циклических нагрузках, что связано с его недостаточными прочностными характеристиками.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение ресурса использования (долговечности) крепежа при циклических нагрузках.

Указанная задача решается за счет того, что внутренняя поверхность тела стержневого крепежного элемента, образованная полостью, упрочнена. Для решения указанной задачи и упрочнения стержневого крепежного элемента (его внутренней поверхности) могут быть использованы следующие средства.

Внутренняя и/или наружная поверхности или их части могут быть выполнены профилированными, профиль внутренней и/или наружной поверхности или ее части может быть выполнен в виде резьбы, профиль внутренней и/или наружной поверхностей может быть выполнен в виде многовитковой резьбы, шаг резьбы наружной поверхности может не совпадать с шагом резьбы внутренней поверхности, резьбы внутренней и наружной поверхностей могут быть выполнены со встречной навивкой, полость тела крепежа может быть заполнена материалом с такими же, как и тело, либо иными физическими свойствами, полость может быть заполнена материалом, а затем тело обжато, например, путем обкатки или прессования, тело крепежа и материал, который заполняет полость тела, могут быть соединены посредством клея или припоя, заполняющий полость материал может быть предварительно нагружен, полость может быть заполнена несколькими материалами с одинаковыми или различными физическими свойствами, полость может быть выполнена несоосно телу крепежа, полость может быть выполнена с образованием сквозного канала.

Как было установлено, технология выполнения полости в теле крепежа или, что то же самое, крепежного средства, под которым понимаются различного вида болты, шпильки, винты и другие стержневые крепежные элемента, которые могут быть использованы при соединении и креплении различных деталей, оказывает существенное влияние на прочностные характеристики крепежа при его использовании и эксплуатации соединенных или закрепленных при помощи этого крепежа деталей. В первую очередь это относится к крепежу, который используется в условиях циклических нагрузок. Было выявлено, что упрочнение внутренней поверхности крепежа, образованной выполненной в теле крепежа полостью, позволяет повысить ресурс крепежа при его использовании в условиях циклических нагрузок. Указанное упрочнение внутренней поверхности тела крепежа может быть выполнено, например, путем ее цементации, азотирования, цианирования, диффузионной металлизации, поверхностной закалки и другими видами обработки внутренней поверхности тела крепежа.

Дополнительные положительные свойства крепежа могут быть достигнуты при выполнении полости несоосно телу крепежа (предполагалось, что наиболее просто выполнить полость в теле крепежа соосно c телом крепежа). Полость в теле крепежа может быть выполнена с различным профилем, в том числе в виде глухого или сквозного продольного (вдоль наружной поверхности тела крепежа) канала.

Окончательный выбор профиля полости целесообразно делать, когда известен характер циклических нагрузок и крепеж можно расположить наиболее оптимально для восприятия этих нагрузок. Выполнение внутренней поверхности тела крепежа в виде резьбы, в том числе и многовитковой (многозаходная резьба), позволяет упростить процесс размещения и одновременно фиксации в теле крепежа различной конфигурации конструктивных элементов, которые могут выполняться из материалов, физические и химические свойства которых совпадают или не совпадают со свойствами тела крепежа. Резьба может быть выполнена и на наружной поверхности тела крепежа, причем резьбы на наружной и внутренней поверхности могут иметь различное или одинаковое направление навивки (правая или левая резьба) и различный или одинаковый шаг.

В качестве таких конструктивных элементов, которые размещают в теле крепежа, могут быть использованы, например, шпильки с круглым, прямоугольным или звездообразным поперечным сечением. В результате можно иметь базовую конфигурацию крепежа с выполненной в теле крепежа полость. А при необходимости свойства крепежа могут быть изменены, например повышена его прочность на нагрузках на срез, кручение, изгиб, путем размещения в полости различных конструктивных элементов или просто путем заполнения полости различными материалами, которые имеют, как указывалось, различные физические и химические свойства с телом крепежа или свойства, совпадающие со свойствами тела крепежа. При необходимости свойства крепежа могут быть изменены путем обжатия тела крепежа после заполнения полости тела крепежа материалом. Материал, заполняющий полость тела, может быть соединен с телом посредством клея или припоя. При заполнении полости материал может быть соединен с телом крепежа посредством посадки с натягом или переходной посадки, причем при этом может быть использована горячая посадка. Материал, перед тем как его разместить с полости тела крепежа, может быть нагружен, например предварительно сжат. Более того, полость может быть заполнена несколькими материалами с одинаковыми или разными физическими свойствами. В результате, на основе базовой конструкции крепежа может быть изготовлен крепеж, который будет иметь практически любые необходимые при эксплуатации прочностные характеристики.

Таким образом, решена поставленная в изобретении задача - повышена долговечность эксплуатации крепежа при любых, в том числе и циклических нагрузках. Стержневой крепежный элемент, имеющий базовую конфигурацию стержневого крепежного элемента, при этом в его теле выполнена продольная полость, согласно изобретению внутренняя поверхность тела стержневого крепежного элемента, ограничивающая полость, упрочнена.

Крепеж содержит тело с выполненной в нем полостью, при этом внутренняя поверхность тела крепежа, образованная полостью, упрочнена.

Кроме того, внутренняя и/или наружная поверхности или их части могут быть выполнены профилированными, профиль внутренней и/или наружной поверхности или ее части может быть выполнен в виде резьбы, профиль внутренней и/или наружной поверхностей может быть выполнен в виде многовитковой резьбы, шаг резьбы наружной поверхности может не совпадать с шагом резьбы внутренней поверхности, резьбы внутренней и наружной поверхностей могут быть выполнены со встречной навивкой, полость тела крепежа может быть заполнена материалом с такими же, как и тело, либо иными физическими свойствами, полость может быть заполнена материалом, а затем тело обжато, например, путем обкатки или прессования, тело крепежа и материал, который заполняет полость тела, могут быть соединены посредством клея или припоя, заполняющий полость материал может быть предварительно нагружен, полость заполнена несколькими материалами с одинаковыми или различными физическими свойствами, полость может быть выполнена несоосно c телом крепежа, полость может быть выполнена с образованием сквозного канала.

Настоящее изобретение может найти применение везде, где требуется использование крепежа с повышенными требованиями к внешним нагрузкам, в частности к циклическим нагрузкам, в машиностроении, строительстве, судостроении, транспорте и других отраслях промышленности.

Формула изобретения

1. Стержневой крепежный элемент, имеющий базовую конфигурацию стержневого крепежного элемента, при этом в его теле выполнена продольная полость, отличающийся тем, что внутренняя поверхность тела стержневого крепежного элемента, ограничивающая полость, упрочнена.

2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя и/или наружная поверхности или их части выполнены профилированными.

3. Элемент по п. 2, отличающийся тем, что профиль внутренней и/или наружной поверхности или ее части выполнен в виде резьбы.

4. Элемент по п. 2, отличающийся тем, что профиль внутренней и/или наружной поверхностей выполнен в виде многовитковой резьбы.

5. Элемент по п. 3 или 4, отличающийся тем, что шаг резьбы наружной поверхности не совпадает с шагом резьбы внутренней поверхности.

6. Элемент по п. 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что резьбы внутренней и наружной поверхностей выполнены со встречной навивкой.

7. Элемент по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что полость тела крепежа заполнена материалом с такими же, как и тело, либо иными физическими свойствами.

8. Элемент по п. 7, отличающийся тем, что полость заполнена материалом, а затем тело обжато, например, путем обкатки или прессования.

9. Элемент по п. 8, отличающийся тем, что тело крепежа и материал, который заполняет полость тела, соединены посредством клея или припоя.

10. Элемент по п. 9, отличающийся тем, что заполняющий полость материал предварительно нагружен.

11. Элемент по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что полость заполнена несколькими материалами с одинаковыми или различными физическими свойствами.

12. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что полость выполнена несоосно телу крепежа.

13. Элемент по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что полость выполнена с образованием сквозного канала.