Соединение деталей машин повышенной жесткости
Владельцы патента RU 2755861:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет им. В.М. Кокова (ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ) (RU)
Предлагаемое резьбовое соединение относится к ответственным соединениям, используемым в машиностроении. В этих соединениях применяются, как правило, болты, установленные в отверстия на посадку без зазора. Недостатками такого соединения являются большие технологические трудности, связанные с необходимостью совместной расточки болтовых отверстий в крупных соединяемых деталях, а также значительная неравномерность работы болтов от крутящего момента, что снижает жесткость и прочность соединения. Целью настоящего изобретения является повышение прочности и жесткости соединения. Поставленная цель достигается тем, что в детали, к которой примыкает гайка, имеется участок меньшего диаметра для установки болта с рекомендуемым зазором, а в другой соединяемой детали выполнено отверстие большего диаметра, переходящее к отверстию меньшего диаметра на участке с закругленной поверхностью, вогнутой к оси болта, также имеющего на этом участке поверхность закругленной формы. 1 ил.
Изобретение относится к ответственным узлам, используемым в машиностроении.
Известны узлы соединения снльнонагруженных деталей машин, в которых осуществляется соединение болтами, установленными в отверстия без зазоров и с зазорами [1] (стр. 36 фиг. 1.20 и 1.21).
В узле соединения, в котором болты устанавливают в отверстие без зазора, соединяемые детали должны совместно обрабатываться. Причем, отверстия в соединяемых деталях калибрируют разверткой или растачивают совместно с большой точностью, а диаметр стержня болта выполняют с допуском, обеспечивающим заданную посадку. Данные технологические операций весьма трудоемки, в особенности для крупногабаритных деталей, изготавливаемых нередко в разных городах. Сборка и разборка таких соединений приводит к задирам посадочных поверхностей отверстий деталей и шлифованных поверхностей болтов.
Эти недостатки существенно снижают эффективность использования рассматриваемого соединения, являющегося весьма дорогостоящим, в особенности для крупногабаритных узлов машин.
При работе соединения, в котором болты установлены с зазором, имеет место значительный изгиб болта по всей длине, причем максимальные изгибающие напряжения приходятся на сечение резьбовой части болта, которое совпадает с первым витком гайки, где имеет место значительные концентрации напряжений и которое разрушается прежде всего в данных соединениях [2].
Известен еще резьбовое соединение, в котором в одной соединяемой детали имеется отверстие большего диаметра, для установки опорной части шпильки, переходящее к меньшему диаметру и примыкающее к плоскости разъема, а в другой соединяемой детали шпилька имеет участок с большим диаметром, для обеспечения рекомендуемого радиального зазора [3].
Основным недостатком данного решения является недостаточная жесткость соединения на сдвиг, а также необходимость обеспечения достаточно высокой точности соосности отверстий соединяемых деталей, что также трудновыполнимо в групповом резьбовом соединении.
Цель изобретения - повышение усталостной прочности соединения путем уменьшения напряжения изгиба под резьбовой частью и под головкой болта, повышение жесткости соединения на сдвиг и равномерности распределения поперечной нагрузки в групповом болтовом соединении.
Поставленная цель достигается тем, что в детали, к которой примыкает гайка, имеется участок меньшего диаметра, для установки болта с рекомендуемым зазором, а в другой соединяемой детали выполнено отверстие большего диаметра, переходящее к отверстию меньшего диаметра на участке с закругленной поверхностью, вогнутой к оси болта, также имеющий на этом участке поверхность закругленной формы.
Соединение содержит деталь 1, деталь 2, болт 3 с гайкой 4.
В детали 2 выполнено цилиндрическое отверстие диаметром d7 и высотой для установки болта с зазором Δ. В детали 1 выполнено отверстие с диаметром d1 и высотой 
переходящее к отверстию диаметра d5 на участке высотой 
с закругленной поверхностью, вогнутой к оси болта.
При сборке соединения, часть болта диаметром d8 свободно проходит через отверстие d5 детали 1, и входит в отверстие диаметра d7 под посадку с зазором, одновременно участки болта с диаметрами d2 и d4 свободно входит в отверстие детали 1 на участке 
Затем производится затяжка болтов на заданное усилие. Головка болта имеет внутренний шестигранник под ключ.
При работе соединения под действием поперечных нагрузок все болты деформируются как трехопорные стержни с двумя защемленными краями.
Защемление болта в сечении, совпадающим с опорной поверхностью головки обеспечивается за счет упругого вдавливания головки болта 3 на участке высотой 
от затяжки, а в детали 2 защемление болта обеспечивается как за счет выборки зазора на участке высотой 
так и за счет гайки, упруго вдавленной в деталь 2 от затяжки болта. При этом равномерность распределения поперечной нагрузки доходит до 1 и существенно повышается реальная жесткость соединения.
Использование предлагаемого узла соединения особенно эффективно в дорогостоящих машинах, передающих значительные мощности.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Иванов М.Н. Детали машин. М.: «Высшая школа», 1991 г. с. 382.
2. Бугов Х.У. Фланцевые соединения. Расчет и проектирование. «Машиностроение» Л.о. 1975 г. 191 с.
3. Патент №2732942. Москва 24.09.2020 (прототип). Авторы: Егожев А.М. и др.
Резьбовое соединение деталей машин, содержащее две соединяемые детали и болт с гайкой, отличающееся тем, что в детали, к которой примыкает гайка, имеется участок меньшего диаметра для установки болта с рекомендуемым зазором, а в другой соединяемой детали выполнено отверстие большего диаметра, переходящее к отверстию меньшего диаметра на участке с закругленной поверхностью, вогнутой к оси болта, также имеющего на этом участке поверхность закругленной формы.
