Способ изготовления резьбового соединения и снижения нагрузки на его витки у опорного торца гайки



Способ изготовления резьбового соединения и снижения нагрузки на его витки у опорного торца гайки
Способ изготовления резьбового соединения и снижения нагрузки на его витки у опорного торца гайки

 


Владельцы патента RU 2618644:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Томский государственный архитектурно-строительный университет" (ТГАСУ) (RU)

Способ изготовления резьбового соединения и снижения нагрузки на его витки у опорного торца гайки может быть использован при разработке, проектировании и изготовлении ответственных резьбовых для разных отраслей промышленности. До сборки резьбового соединения на рабочей части заготовки болта выполняют продольные пазы, в которые запрессовывают вставки, выполненные из никелида титана. При температуре окружающей среды на поверхности полученной заготовки болта с запрессованными вставками нарезают резьбу. Затем резьбовое соединение парами жидкого азота охлаждают до температуры мартенситных превращений никелида титана, например от -80°С до -120°С, и при указанной температуре производят сборку резьбового соединения. При температуре ниже минус 80°С в сплаве никелида титана, обладающего эффектом памяти формы, происходит термоупругий мартенситный переход, который приводит к сверхпластичности вставок. Они теряют необходимые упругие характеристики. При повышении температуры до температуры окружающей среды витки резьбы на вставках «вспоминают» свою форму и принимают на себя часть осевой нагрузки, снижая нагрузку на наиболее нагруженные витки и распределяя ее на остальные витки. В результате повышается надежность, прочность и долговечность резьбового соединения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение при разработке и изготовлении ответственных резьбовых соединений в области автомобилестроения, авиастроения, ракетостроения и в других отраслях промышленности, а также при выполнении исследований и проектировании резьбовых соединений с целью обеспечения их надежности и прочности.

Почти все современные машины применяют ответственные резьбовые детали, требующие повышения их надежности и долговечности в условиях вибраций. Только в автомобильной промышленности при производстве легковых машин ежегодно применяется до 6⋅1010 шт. болтов. В конструкции современного самолета количество резьбовых соединений составляет до 250 тыс. штук. В результате действия осевой нагрузки тело болта на участке длины свинчивания удлиняется, а тело гайки по оси укорачивается. Согласно условию совместности деформаций по теории сопротивления материалов разность осевых деформаций тел болта и гайки переходит в разность перемещений витков, что и является причиной неравномерности распределения нагрузки по виткам и снижения надежности резьбового соединения (Жуковский Н.Е. Распределение давлений на нарезках винта и гайки // Бюллютени политехнического общества при Императорском Техническом Училище, №1, 1902 г.; Биргер И.Α., Иосилевич Г.Б. Резьбовые соединения. М. - Машиностроение. - 1973, с. 74-75). Экспериментальные исследования резьбовых соединений подтверждают неравномерность распределения нагрузки по виткам. Установлено, что наибольшая нагрузка приходится на витки болта у опорного торца гайки (патент на полезную модель RU 114525, патент на изобретение RU 2436053, М.К. Дюсебаев, А.Г. Плотников «Резьбовые соединения, способы стопорения и обеспечение безопасности работы подвижного транспорта», УДК 621.001.66, http://e-lib.kazntu.kz). Такая неравномерность распределения нагрузки приводит к тому, что в процессе эксплуатации усилие затяжки ослабевает и, как следствие, снижает эффект стопорения и надежность резьбового соединения. Существуют разные способы и методы повышения надежности резьбовых соединений, в том числе с использованием материалов с эффектом памяти формы.

Известный способ затяжки резьбового соединения по патенту на изобретение RU 2537061, МПК В23Р 19/06, опубл. 27.12.2014, включает установку тарельчатой пружины из никелида титана, которую предварительно охлаждают до температуры от минус 80°С до минус 120°С. Затяжку гайки осуществляют до деформации охлажденной тарельчатой пружины в плоскую шайбу. При повышении температуры до температуры окружающей среды плоская шайба стремится вернуться в свое исходное состояние и обеспечивает гарантированное усилие затяжки резьбового соединения. Необходимое и достаточное усилие затяжки резьбового соединения и снижение крутящего момента достигаются благодаря проявлению эффекта памяти формы сплава на основе никелида титана.

Однако этим способом не удается выровнять нагрузку на витки резьбового соединения путем снижения ее у опорного торца гайки.

Известен способ изготовления и стопорения резьбового соединения по патенту на изобретение RU 2011045, МПК F16B 39/00, опубл. 15.04.1994, в котором оба элемента выполняют из термочувствительного материала, обладающего свойствами памяти формы, например из никелида титана. Каждый элемент резьбового соединения получают с помощью высокотемпературной деформации заготовки до образования сечения круглой формы в зоне предполагаемого резьбового сопряжения. После этого осуществляют отжиг. Затем заготовки охлаждают до температуры не выше температуры возврата материала с эффектом памяти формы и подвергают пластической деформации участки предполагаемого сопряжения до изменения формы сечений на выбранную, отличную от имеющейся. Нагревают заготовки до температуры срабатывания и при температуре срабатывания формируют резьбу. Способ направлен на повышение надежности стопорения резьбового соединения. Но изготовление элементов резьбового соединения полностью из никелида титана нетехнологично и неэкономично.

Известен способ изготовления болтового соединения по патенту на изобретение RU 2256108, МПК F16B 31/00, F16B 39/00, опубл. 10.07.2005, который выбран за прототип и включает нанесение на рабочую часть заготовки болта материала с эффектом памяти формы (нитинола). Слой нитинола (никелида титана) наносят аргонно-дуговой наплавкой шликерной обмазки, или аргонно-дуговой наплавкой проволоки, или плазменным напылением, или термическим переносом масс, или с помощью лазерной наплавки. После нанесения слоя нитинола при температуре мартенситных превращений нитинола, например -150°С, проводят накатку резьбы на поверхности полученной заготовки болта и при этой же температуре производят сборку резьбового соединения. После сборки охлажденное резьбовое соединение нагревают до температуры 80-120°С до возникновения между резьбовой частью болта, покрытой нитинолом, и резьбовой частью соединяемых элементов прессовой посадки. За счет использования эффекта памяти формы и прессовой посадки добиваются эффекта стопорения в резьбовом соединении и тем самым повышения надежности болтового соединения в условиях вибрации. Недостатком способа является сложная технология. К тому же способ не решает задачи снижения нагрузки у опорного торца гайки и выравнивания ее по виткам резьбы.

Задачей изобретения является повышение прочности, надежности и долговечности резьбовых соединений путем выравнивания нагрузки по виткам резьбы.

Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в перераспределении нагрузки по виткам резьбы за счет уменьшения нагрузки на наиболее нагруженные витки и распределения этой части на остальные витки.

Задача решена следующим образом

Общим у заявляемого способа со способом по прототипу является то, что рабочую часть заготовки болта выполняют с применением никелида титана, производят нарезку резьбы на поверхности полученной заготовки болта и осуществляют сборку резьбового соединения при температуре мартенситных превращений никелида титана.

В отличие от прототипа предварительно на рабочей части заготовки болта выполняют продольные пазы, в которые запрессовывают вставки, например три, выполненные из никелида титана, а нарезку резьбы на поверхности полученной заготовки болта с запрессованными вставками производят при температуре окружающей среды.

Сборку резьбового соединения производят в интервале температур от минус 80°С до минус 120°С, охлаждая резьбовое соединение парами жидкого азота.

В предлагаемом изобретении при нагрузке образца резьбового соединения до усилия затяжки при температуре от минус 80 до минус 120°С витки резьбы на вставках деформируются совместно с витками резьбового соединения. При этом витки на вставках испытывают состояние сверхпластичности и они деформируются, как и витки болта. Когда температура резьбового соединения восстанавливается до температуры окружающей среды, витки вставок стремятся «вспомнить» свою первоначальную форму до затяжки и принять свою первоначальную форму, тем самым разгружая остальные витки и перераспределяя осевую нагрузку на витки болта. Эффект заключается в том, что в интервале температур от минус 80° до минус 120°С происходит термоупругий мартенситный переход, который приводит к сверхпластичности вставок и они при осевой нагрузке пластично деформируются подобно виткам болта. При нагреве соединения до температуры окружающей среды линейные размеры вставок увеличатся, их витки воспримут дополнительно осевые усилия и тем самым перераспределится нагрузка на все витки резьбы.

Поиск технических решений показал, что заявляемый способ явным образом не следует из уровня техники. Из информационных источников не выявлены способы и методы повышения надежности, прочности и долговечности резьбовых соединений за счет снижения нагрузки наиболее нагруженных витков (у опорного торца гайки) и перераспределения ее на другие витки резьбового соединения путем использования продольных вставок из никелида титана на рабочей поверхности болта, имеющих единую резьбу с поверхностью болта и собранных до полной затяжки при температуре от минус 80°С до минус 120°С.

На фиг. 1 изображен общий вид резьбового соединения с тремя продольными вставками, на фиг. 2 - вид Α-A фиг. 1.

На чертежах позицией 1 отмечено тело болта; 2 - продольная вставка.

Способ промышленно применим. Реализация способа не вызывает затруднений у специалистов данной области. Он может быть многократно реализован с достижением указанного технического результата.

Способ осуществляется следующим образом.

До сборки резьбового соединения в заготовке болта 1 выполняют продольные пазы для запрессовки в них вставок 2 из сплава на основе никелида титана. Количество вставок 2 выбирается в каждом конкретном случае и в зависимости от габаритов резьбового соединения. Эксперименты показывают, что наилучший эффект достигается при наличии трех и более вставок. После запрессовки вставок 2 заготовку болта 1 со вставками 2 протачивают и нарезают резьбу. Затем производят сборку резьбового соединения с использованием, например, динамометрического ключа для контроля усилия затяжки, при этом резьбовое соединение охлаждают парами жидкого азота до температуры не выше минус 80°С, т.к. в температурном интервале от минус 80° и ниже в низкотемпературных сплавах, обладающих эффектом памяти формы, происходит термоупругий мартенситный переход, который приводит к сверхпластичности материала вставок 2, т.е. они потеряют необходимые упругие характеристики. Охлаждение резьбового соединения до температуры не выше минус 80°С обусловлено тем, что обычно температура окружающей среды значительно выше и не достигает этого значения. При повышении температуры вставок до температуры окружающей среды витки резьбы на вставках «вспоминают» свою форму и принимают на себя часть осевой нагрузки, разгружая витки резьбы болта и тем самым повышая надежность, прочность и долговечность резьбового соединения.

1. Способ изготовления резьбового соединения и снижения нагрузки на его витки у опорного торца гайки, согласно которому рабочую часть заготовки болта выполняют с применением никелида титана, производят нарезку резьбы на поверхности полученной заготовки болта и осуществляют сборку резьбового соединения при температуре мартенситных превращений никелида титана, отличающийся тем, что предварительно на рабочей части заготовки болта выполняют продольные пазы, в которые запрессовывают вставки, выполненные из никелида титана, а нарезку резьбы на поверхности полученной заготовки болта с запрессованными вставками производят при температуре окружающей среды.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сборку резьбового соединения производят в интервале температур от минус 80°С до минус 120°С, охлаждая резьбовое соединение парами жидкого азота.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на рабочей части болта запрессовывают три вставки из никелида титана.



 

Похожие патенты:
Заявителем предложен способ выполнения болтового соединения. Он заключается в том, что совмещают отверстия соединяемых деталей, пропускают сквозь них болт, надевают на него шайбу Гровера, шайбу и навинчивают гайку.

Предложен крепежный механизм для серьги, которая имеет пару противоположных ножек, на конце каждой из них выполнены соосные отверстия для пальца, имеющего головку на одном конце и периферийную канавку рядом с его противоположным концом.

Изобретение находит свое применение в области резьбовых креплений, используемых, в частности, в авиационной промышленности. Изобретение относится к семейству устройств крепления, содержащих, по меньшей мере, два крепежных элемента, при этом каждый из указанных элементов расположен вдоль первой оси и содержит головку, гладкий стержень и обработанный концевой участок, расположенные на одной линии, при этом указанной обработкой концевого участка является резьба или кольцевые пазы для запрессовки, при этом фронтальная сторона обработанного концевого участка содержит полость, выполненную параллельно первой оси до дна, при этом крепежные элементы имеют одинаковый средний наружный диаметр обработанного конца, при этом крепежные элементы имеют разные максимальные степени затягивания, причем указанная максимальная степень затягивания соответствует длине гладкого стержня вдоль первой оси между головкой и границей между указанным стержнем и обработанным концевым участком, при этом семейство конфигурируют таким образом, чтобы расстояние вдоль первой оси между дном полости и границей между стержнем и обработанным концевым участком было одинаковым для всех крепежных элементов.

Изобретение относится к машиностроению и используется для стопорения резьбовых соединений, работающих в условиях сильной и долговременной вибрации, и направлено на повышение надежности стопорения гайки с возможностью ее многократного использования и на простоту процесса изготовления самой гайки.

Изобретение относится к области общего и специального тяжелого машиностроения и может быть использовано во всех областях промышленного производства для обеспечения соединения высоконагруженных элементов механических конструкций.

Изобретение относится к области общего машиностроения, может быть использовано в резьбовых соединениях деталей машин и направлено на повышение сил трения и надежности контрения гайки от возможного самоотворачивания.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для соединения друг с другом двух деталей при помощи болта и гайки. .

Изобретение относится к стопорению резьбовых соединений, работающих в условиях сильной вибрации. .

Изобретение относится к авиастроению, в частности к конструкции механизма управления аэродинамическими поверхностями самолета. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к резьбовым соединениям со средствами стопорения. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплообменном оборудовании атомных энергетических установок с жидкометаллическим теплоносителем, в частности в высоконагруженных крупных резьбовых соединениях, работающих под воздействием высоких температур и требующих многократного использования в процессе изготовления и эксплуатации оборудования, и направлено на возможность многократного использования шпилек и гаек, предназначенных для крепления крышек камер корпусов модулей парогенераторов реакторной установки.

Изобретение относится к крепежным средствам. Крепежное средство представляет собой винт, содержащий головку винта, включающую первую поверхность, имеющую шлиц под отвертку, и вторую поверхность, обращенную в направлении удаления от первой поверхности.

Изобретение относится к области общего и специального тяжелого машиностроения и может быть использовано во всех областях промышленного производства для обеспечения соединения высоконагруженных элементов механических конструкций.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соединения деталей, одна из которых имеет односторонний доступ. .

Изобретение относится к средствам контрольно-измерительной и испытательной техники и предназначено для производства мощных полупроводниковых приборов с резьбовым креплением к теплоотводящему основанию.
Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к соединению деталей и конструктивных элементов железнодорожного пути, работающих в условиях вибрации. .

Изобретение относится к разрывному разъединителю, предназначенному для использования, в частности, на опоре вала подшипника турбореактивного двигателя. .

Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к соединению деталей и конструктивных элементов, работающих в условиях вибрации. .

Изобретение относится к машиностроению, авиастроению, судостроению, автомобильному и железнодорожному транспорту, монтажным и строительным работам и касается резьбовых соединений болт-гайка.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для особо точных машин, приборов и механизмов, работающих в условиях значительных колебаний температуры окружающей среды.
Наверх