головка гаечного ключа с открытым зевом

Формула изобретения

Головка гаечного ключа с открытым зевом, содержащая открытый зев, образованный двумя губками с внутренними рабочими поверхностями, и соединительный участок, имеющий со стороны губок выемку с цилиндрической поверхностью и переходящий в рукоятку гаечного ключа, причем внешний контур головки в плоскости расположения губок образован плавными сопряжениями дуг с различными радиусами, отличающаяся тем, что величина радиусов дуг R внешнего контура головки, образующих габаритный размер головки в плоскости расположения губок, выбрана из соотношения

R0,5×(В-S/2),

где В - габаритный размер головки в плоскости расположения губок;

S - номинальный размер зева,

причем центры кривизны указанных дуг расположены на дуге выемки соединительного участка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ручному монтажному инструменту и может быть использовано в конструировании и производстве гаечных ключей с открытым зевом.

Известны гаечные ключи с открытым зевом, головки которых содержат открытый зев, образованный двумя губками с внутренними рабочими поверхностями, и соединительный участок, переходящий в рукоятку гаечного ключа, имеющий со стороны губок выемку с цилиндрической поверхностью. Внешний контур головок гаечных ключей в плоскости расположения губок образуется плавными сопряжениями дуг с различными радиусами, что дает постепенное увеличение поперечных размеров каждой губки от ее конца по направлению к выемке соединительного участка, формирование габаритного размера головки в плоскости расположения губок и образование внешнего контура соединительного участка со стороны рукоятки гаечного ключа (ГОСТ 2839-80 “Ключи гаечные с открытым зевом двусторонние. Конструкция и размеры”).

Недостатком головок известных гаечных ключей является наличие мест с повышенными внутренними напряжениями в элементах головки при приложении рабочей или испытательной нагрузок. Наличие мест с повышенными внутренними напряжениями в элементах головки при нагрузках непосредственно взаимосвязано с конфигурацией внешнего контура головки, в частности с величиной радиуса дуги, формирующего габаритный размер головки в плоскости расположения губок в ее средней части между губками и соединительным участком. Так, при уменьшении радиуса дуги, формирующей габаритный размер головки, и при неизменном габаритном размере головки уменьшается кратность постепенного увеличения поперечных размеров губок, что приводит к снижению их прочности. Одновременно увеличивается длина соединительного участка с одинаковыми поперечными размерами в сечениях, перпендикулярных плоскости расположения губок. При нагрузках напряженное состояние элементов головки увеличивается от концевой части каждой губки по направлению к выемке с цилиндрической поверхностью соединительного участка. Поэтому в более удаленных от концов губок сечениях соединительного участка с одинаковыми поперечными размерами внутренние напряжения будут выше, чем в менее удаленных. Исключением является только место сопряжения головки с рукояткой гаечного ключа, где за счет увеличения поперечных размеров соединительной части, повышения внутренних напряжений не происходит.

В головках известных гаечных ключей зоны с повышенными внутренними напряжениями в большинстве случаев наблюдаются в местах перехода губок в выемку с цилиндрической поверхностью, реже - на самих губках, что подтверждается как расчетно-аналитическими методами, так и экспериментально при осуществлении приемочного контроля и периодических испытаний на производстве.

Имеющееся место с повышенными внутренними напряжениями (опасное сечение) определяет прочностные характеристики головки в целом, то есть работоспособность гаечного ключа, при этом остальные элементы головки являются недогруженными. При превышении при нагрузках в опасном сечении допускаемых напряжений возможны или деформация зева, или разрушение одной из губок ключа, что может вызвать в процессе работы срыв ключа с болта или гайки и возможный травматизм. Если возникающие внутренние напряжения в опасном сечении при работе не превышают допускаемых и гаечный ключ удовлетворяет всем предъявляемым требованиям в отношении прочности, в конструкции головки в других сечениях имеет место неэкономичное расходование материала, так как в недогруженных элементах металл головки используется неэффективно.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является улучшение потребительских характеристик гаечных ключей путем повышения эксплуатационной надежности и безопасности, а также путем улучшения удобства в их использовании.

Поставленная задача решается тем, что в головке гаечного ключа с открытым зевом, содержащей открытый зев, образованный двумя губками с внутренними рабочими поверхностями, и соединительный участок, имеющий со стороны губок выемку с цилиндрической поверхностью и переходящий в рукоятку гаечного ключа, причем внешний контур головки в плоскости расположения губок образован плавными сопряжениями дуг с различными радиусами, величина радиусов дуг внешнего контура головки, образующих габаритный размер головки в плоскости расположения губок, выбрана из соотношения:

R0,5×(В-S/2), (1)

где В - габаритный размер головки в плоскости расположения губок, S - номинальный размер зева, причем центры кривизны указанных дуг расположены на дуге выемки соединительного участка.

Общими признаками заявляемого изобретения и известных головок гаечных ключей с открытым зевом являются наличие открытого зева, образованного двумя губками с внутренними рабочими поверхностями, и соединительного участка, имеющего со стороны губок выемку с цилиндрической поверхностью и переходящего в рукоятку гаечного ключа, причем внешний контур головки в плоскости расположения губок образован плавными сопряжениями дуг с различными радиусами.

Новыми признаками в заявляемом изобретении являются:

- величина радиусов дуг внешнего контура головки, образующих габаритный размер головки в плоскости расположения губок, выбрана из соотношения:

R0,5×(В-S/2),

где В - габаритный размер головки в плоскости расположения губок, S - номинальный размер зева;

- центры кривизны указанных дуг расположены на дуге выемки соединительного участка.

В заявляемом изобретении совокупность новых признаков устанавливает взаимосвязь величины радиусов R дуг внешнего контура головки, образующих габаритный размер головки в плоскости расположения губок, с этим габаритным размером В. Одновременно расположение наиболее выступающих элементов головки, образующих габаритный размер в плоскости расположения губок перпендикулярно осевой линии зева, жестко привязано к наиболее нагруженной зоне головки, а именно к области выемки с цилиндрической поверхностью. Выбранный при конструировании с учетом заданного уровня внутренних допускаемых напряжений при нагрузках габаритный размер В определяет прочностные характеристики головки в месте его привязки, а полученная из соотношения (1) величина радиуса R дуг внешнего контура, образующих габаритный размер В головки, определяет прочностные характеристики губок и соединительного участка. Так, при увеличении величины радиуса R за счет возрастания удаления мест сопряжения дуг внешнего контура головки от рабочих поверхностей губок прочность губок и соединительного участка также увеличивается.

Указанная взаимосвязь прочностных параметров головки, во-первых, обеспечивает одинаковый и сбалансированный подход к построению конфигурации внешнего контура головки в плоскости расположения губок для всех типоразмеров гаечных ключей с открытым зевом на основе получения равнонапряженных элементов головки при рабочих нагрузках. Это позволяет исключить появление в головке мест с повышенными напряжениями, что способствует повышению надежности гаечных ключей и их безопасности при работе. Во-вторых, создание конфигурации внешнего контура головки, имеющей при нагрузках одинаковые наибольшие внутренние напряжения в различных сечениях губок и соединительного участка, предполагает отсутствие излишков материала в этих составных частях, то есть получение головки с минимальной массой. Это позволяет уменьшить массу инструмента в целом, а значит повысить удобство работы с ним.

На фиг.1 изображена головка гаечного ключа с открытым зевом; на фиг.2 - схема построения наружного контура головки в плоскости расположения губок.

На чертежах обозначены:

В - габаритный размер головки в плоскости расположения губок;

S - номинальный размер зева;

R - радиусы дуг внешнего контура головки, образующих габаритный размер головки в плоскости расположения губок;

О₁, О₂ - центры кривизны дуг с радиусом R;

r - основной радиус дуги выемки соединительного участка головки;

r₂ - радиус дуги сопряжения внешнего контура головки со стороны рукоятки;

r₃ - радиусы дуг сопряжения внешнего контура головки на губках;

l - глубина зева головки ключа;

l₁ - размер от конца губки до точки пересечения дуги с радиусом r₃ и образующей внутренней рабочей поверхности зева.

Головка гаечного ключа с открытым зевом имеет зев 1, образованный двумя губками 2 с внутренними рабочими поверхностями, и соединительный участок 3, переходящий в рукоятку 4 гаечного ключа. Соединительный участок 3 имеет со стороны губок выемку с цилиндрической поверхностью 5. Внешний контур 6 головки в плоскости расположения губок образован плавными сопряжениями дуг с радиусами R, r₂ и r₃. Величина радиусов дуг внешнего контура головки, образующих габаритный размер головки в плоскости расположения губок, выбрана из соотношения: R0,5×(B-S/2) (1).

Центры кривизны дуг с радиусами R расположены на дуге с радиусом r выемки соединительного участка 3.

Графическое построение внешнего контура 6 головки гаечного ключа в плоскости расположения губок осуществляется в следующей последовательности:

- построение контура зева головки по параметрам: S, r, l, l₁;

- выбор и построение габаритного размера В головки;

- построение дуг радиусом R внешнего контура 6 головки из центров O₁ и O₂, расположенных на дуге с радиусом r выемки соединительного участка 3;

- построение внешнего контура губок 2 плавным сопряжением дуг с радиусами R и r₃;

- построение внешнего контура соединительного участка 3 головки плавным сопряжением дуг с радиусами R и r₂.

Соотношение (1), определяющее величину радиусов дуг внешнего контура головки, образующих ее габаритный размер в плоскости расположения губок, а также расположение центров кривизны O₁ и O₂, получено расчетно-аналитическим способом путем аппроксимации криволинейного очертания внешнего контура, построенного по концам рассчитанных поперечных размеров в различных характерно-опасных сечениях губок и соединительного участка, на очертание дуги окружности с радиусом R. Причем при расчетах поперечных размеров элементов головки для различных типоразмеров S зева и соответствующим этим типоразмерам испытательным крутящим моментам задавались одинаковые величины допускаемых напряжений. Соотношение R=0,5×(B-S/2) определяет наименьший размер радиуса R с наибольшим приближением расчетного криволинейного очертания внешнего контура головки к очертанию дуги окружности. Использование величины радиуса R в соотношении R>0,5×(B-S/2) позволяет за счет дополнительного упрочнения соединительного участка 3 в месте сопряжения с рукояткой 4 ключа варьировать в допустимых пределах размерами последней. При аппроксимации также получено расположение центров кривизны дуг с радиусом R на дуге с радиусом r выемки соединительного участка, что жестко определяет (в отличие от известного прототипа) местоположение габаритного размера головки по отношению к поверхности выемки.

Габаритный размер В головки может быть определен любым известным методом, например, исходя из условия прочности губок 2 в начале перехода их внутренних рабочих поверхностей в выемку 5 соединительного участка 3. Параметры r, l, l₁, r ₂, r₃ могут быть выбраны равными параметрам известных гаечных ключей.

Использование соотношения (1) для выбора величин радиусов дуг внешнего контура головки с расположением их центров кривизны на дуге выемки соединительного участка позволяет с достаточной для производства точностью построить конфигурации внешнего контура головок гаечных ключей с открытым зевом, имеющих в характерно-опасных сечениях одинаковые напряжения при приложении рабочих нагрузок. Выполненные таким образом конструкции головок обеспечивают:

а) эффективное использование механических свойств материала по всему контуру головки, что устраняет излишки материала в элементах головки, и сравнительное облегчение гаечного ключа в целом. Это особо актуально для крупногабаритных ключей, так как способствует снижению утомляемости и повышает удобство в работе;

б) отсутствие мест с повышенными внутренними напряжениями, что позволяет увеличить надежность и безопасность инструмента в работе.

Опытные образцы гаечных ключей по заявляемому изобретению с несколькими выбранными типоразмерами зева изготовлены и проверены экспериментально.