универсальное стяжное стыковочное устройство

Формула изобретения

1. Универсальное стяжное стыковочное устройство, содержащее по меньшей мере один скользящий клиновой крепежный элемент удлиненной формы, ходовой винт и стяжной элемент с резьбовым концом, расположенные внутри стыкуемых объектов с возможностью взаимодействия, при этом клиновой крепежный элемент имеет фигурное поперечное отверстие, имеющее форму замочной скважины, образованное проходным цилиндрическим отверстием, сопряженным с продольной прорезью, края которой образуют клиновую поверхность, проходящую через весь ее профиль с уклоном в сторону цилиндрического проходного отверстия, головная часть стяжного элемента имеет коническую опорную поверхность, контактирующую с краями продольной прорези, а ходовой винт размещен в резьбовом гнезде клинового крепежного элемента, выполненном на том конце, который расположен ближе к проходному цилиндрическому отверстию, отличающееся тем, что упомянутый по меньшей мере один скользящий клиновой крепежный и стяжной элементы установлены в глухих направляющих цилиндрических отверстиях, выполненных в стыкуемых объектах с пересечением осей во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом упомянутый по меньшей мере один скользящий клиновой крепежный элемент имеет форму цилиндра, на боковой поверхности которого выполнена наклонная продольная лыска, проходящая через края фигурного отверстия и образующая клиновую поверхность, а на его торце со стороны резьбового гнезда выполнен установочный шлиц, стяжной элемент выполнен в виде цилиндрического стержня с головной частью, который имеет проточку, образующую шейку с опорной поверхностью, а ходовой винт установлен по оси крепежного элемента с обеспечением возможности силового взаимодействия с шейкой стяжного элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что клиновой крепежный элемент снабжен пружиной и подпружинен в сторону ходового винта, при этом пружина установлена одним из концов в глухом цилиндрическом отверстии, выполненном в свободном конце этого элемента.

3. Устройство по по п.1, отличающееся тем, что проточка, образующая шейку с опорной поверхностью, выполнена цилиндрической, при этом угол конусности опорной поверхности соответствует углу наклона клиновой поверхности продольной лыски.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проточка, образующая шейку с опорной поверхностью, выполнена в виде двух противоположных поперечных лысок, при этом опорная поверхность выполнена в виде двух параллельных между собой поверхностей, которые скошены под углом, соответствующим углу наклона клиновой поверхности продольной лыски крепежного элемента.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проточка, образующая шейку с опорной поверхностью, выполнена в виде двух противоположных поперечных лысок, при этом опорная поверхность выполнена в виде двух поверхностей, скругленных нормально лыскам.

6. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что снабжено дополнительным резьбовым крепежным элементом и опорной втулкой, установленными последовательно и неподвижно в одном промежуточном стыкуемом объекте с обеспечением возможности подстыковки с натягом двух других для образования углового перекрестного соединения, при этом дополнительный резьбовой крепежный элемент выполнен в виде цилиндра с размерами, аналогичными цилиндру клинового крепежного элемента, и имеет два резьбовых отверстия - поперечное центральное и осевое, соответствующие резьбовым концам стяжных элементов, опорная втулка имеет наружный диаметр, равный диаметру дополнительного резьбового крепежного элемента, насажена на стяжной элемент до упора в торец первого и ограничена по длине плоскостью стыковки объектов.

7. Устройство по одному из пп.1, 3-5, отличающееся тем, что стяжной элемент выполнен с опорной цилиндрической шляпкой на одном конце и головной частью на другом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сборно-разборным соединениям для столярно-мебельных изделий и может быть использовано для сборки каркасов легковозводимых малоэтажных жилых и промышленных зданий, а также для сборки элементов мебели во взаимно перпендикулярном направлении любой конфигурации, кроме того, оно может найти применение в приборостроении для быстроразъемного крепления корпусов приборов и функциональных модульных узлов между собой или на общей приборной панели.

Известно разборное соединение для деревянных сооружений из брусьев (См. патент Германии №622575 от 01.02.1931 г., НКИ 37а, 1/44), которое обеспечивается угловыми накладками с одной стороны и головками винтов с другой стороны. Накладки по второму варианту исполнения (См. фиг.3) выполнены с проходными для головок винтов цилиндрическими отверстиями, сопряженными с продольными и поперечными пазами, взаимодействующими с головками винтов при сочленении. Для фиксации соединения устанавливаются предохранительные костыли.

Несмотря на относительную простоту технического решения соединение металлоемко и трудоемко, особенно при разборке, поскольку требуется силовое удаление костылей, а также оно не отвечает современным эстетическим требованиям, особенно при постройке садовых домиков и коттеджей.

Наиболее близким по технической сущности и принципу действия к заявляемому техническому решению (прототипом) является стяжное стыковочное устройство (См. патент Великобритании №2080473А от 22.12.1980 г. под названием: "Скользящий крепежный элемент" МПК F 16 В 12/20, м/н ГКР Ш4/К245-1982 г.), содержащее по меньшей мере один скользящий клиновой крепежный элемент удлиненной формы, ходовой винт и стяжной элемент с резьбовым концом (опорный винт с потайной головкой), расположенные внутри стыкуемых объектов (корпус прибора и стенка) с возможностью взаимодействия, при этом клиновой крепежный элемент имеет фигурное поперечное отверстие, имеющее форму замочной скважины, образованное проходным цилиндрическим отверстием, сопряженным с продольной прорезью, края которой образуют наклонную клиновую поверхность, проходящую через весь ее профиль с уклоном в сторону цилиндрического проходного отверстия, головная часть стяжного элемента имеет коническую опорную поверхность, контактирующую с краями продольной прорези, а ходовой винт размещен в резьбовом гнезде клинового крепежного элемента, выполненном на том конце, который расположен ближе к проходному цилиндрическому отверстию. Ходовой винт в осевом направлении головкой связан со стенкой закрепляемого прибора и служит для продольного перемещения скользящего клинового крепежного элемента, на конце которого, удаленном от резьбового гнезда, предусмотрена прорезь, через которую проходит дополнительный направляющий винт. При затягивании ходового винта происходит взаимодействие клиновой поверхности крепежного элемента с нижней поверхностью головной части стяжного элемента, в результате возникает клиновое действие, прижимающее стыкуемые объекты друг к другу (корпус прибора к стенке).

Основным недостатком прототипа является сравнительно невысокая надежность соединения при воздействии знакопеременных нагрузок, поскольку все опорные элементы устройства, находящиеся в силовом замыкании при затяжке, значительно удалены друг от друга, а стяжной элемент при этом при консольной установке кроме растяжения работает на изгиб.

Изобретение решает задачу обеспечения универсальности использования, повышения надежности, производительности труда при монтаже и демонтаже, а также скрытой установки крепежных элементов устройства, не нарушающей дизайн сооружения в целом, путем сосредоточения контактирующих опорных элементов в конструкции при силовом замыкании в процессе сочленения стыкуемых объектов.

Технический результат достигается тем, что универсальное стяжное стыковочное устройство, содержащее по меньшей мере один скользящий клиновой крепежный элемент удлиненной формы, ходовой винт и стяжной элемент с резьбовым концом, расположенные внутри стыкуемых объектов с возможностью взаимодействия, при этом клиновой крепежный элемент имеет фигурное поперечное отверстие, имеющее форму замочной скважины, образованное проходным цилиндрическим отверстием, сопряженным с продольной прорезью, края которой образуют клиновую поверхность, проходящую через весь ее профиль с уклоном в сторону цилиндрического проходного отверстия, головная часть стяжного элемента имеет коническую опорную поверхность, контактирующую с краями продольной прорези, а ходовой винт размещен в резьбовом гнезде клинового крепежного элемента, выполненном на том конце, который расположен ближе к проходному цилиндрическому отверстию, согласно изобретению, отличающееся тем, что упомянутый по меньшей мере один скользящий клиновой крепежный и стяжной элементы установлены в глухих направляющих цилиндрических отверстиях, выполненных в стыкуемых объектах с пересечением осей во взаимно перпендикулярных направлениях, при этом упомянутый по меньшей мере один скользящий клиновой крепежный элемент имеет форму цилиндра, на боковой поверхности которого выполнена наклонная продольная лыска, проходящая через края фигурного отверстия и образующая клиновую поверхность, а на его торце со стороны резьбового гнезда выполнен установочный шлиц, стяжной элемент выполнен в виде цилиндрического стержня с головной частью, который имеет проточку, образующую шейку с опорной поверхностью, а ходовой винт установлен по оси крепежного элемента с обеспечением возможности силового взаимодействия с шейкой стяжного элемента, а также за счет того, что клиновой крепежный элемент снабжен пружиной и подпружинен в сторону ходового винта, при этом пружина установлена одним из концов в глухом цилиндрическом отверстии, выполненном в свободном конце этого элемента, а также за счет того, что проточка, образующая шейку с опорной поверхностью, выполнена цилиндрической, при этом угол конусности опорной поверхности соответствует углу наклона клиновой поверхности продольной лыски, а также за счет того, что проточка, образующая шейку с опорной поверхностью, выполнена в виде двух параллельных между собой поверхностей, которые скошены под углом, соответствующим углу наклона клиновой поверхности продольной лыски крепежного элемента, а также за счет того, что проточка, образующая шейку с опорной поверхностью, выполнена в виде двух противоположных поперечных лысок, при этом опорная поверхность выполнена в виде двух поверхностей, скругленных нормально лыскам, а также за счет того, что устройство снабжено дополнительным резьбовым крепежным элементом и опорной втулкой, установленными последовательно и неподвижно в одном промежуточном стыкуемом объекте с обеспечением возможности подстыковки с натягом двух других для образования углового перекрестного соединения, при этом дополнительный резьбовой крепежный элемент выполнен в виде цилиндра с размерами, аналогичными цилиндру клинового крепежного элемента, и имеет два резьбовых отверстия - поперечное центральное и осевое, соответствующие резьбовым концам стяжных элементов, опорная втулка имеет наружный диаметр, равный диаметру дополнительного резьбового крепежного элемента, насажена на стяжной элемент до упора в торец первого и ограничена по длине плоскостью стыковки объектов, а также за счет того, что стяжной элемент выполнен с опорной цилиндрической шляпкой на одном конце и головной частью на другом.

Таким образом заявляемое техническое решение благодаря выполнению скользящего клинового крепежного элемента в виде цилиндра с последующим размещением его в цилиндрическом направляющем отверстии и выше перечисленным новациям в конструкции устройства, по сравнению с аналогом и прототипом с учетом последних достижений в этой области имеет следующие преимущества и возможности:

1. Обеспечена универсальность использования за счет простоты установки элементов устройства в направляющие цилиндрические отверстия, выполненные в стыкуемых объектах, без дополнительных элементов крепления.

2. Упрощается технология изготовления за счет использования пруткового материала для заготовок стяжных и крепежных элементов.

3. Значительно повышается надежность сочленения, особенно при воздействии знакопеременных нагрузок, за счет сближения контактирующих опорных элементов при силовом замыкании, поскольку исключается консольное нагружение стяжного элемента, который располагается в направляющем цилиндрическом отверстии, а крутящий момент от встречных нагрузок с минимальным плечом между клином и упорным концом ходового винта приложен между опорами.

4. Значительно упрощается монтаж и демонтаж стыкуемых объектов, при этом повышается культура труда за счет использования простых слесарных инструментов.

5. За счет скрытности установки элементов стыковочного устройства применительно для строительных конструкций не нарушается дизайн сооружений.

На фиг.1 и 2 показано универсальное стяжное стыковочное устройство (варианты исполнения конструкции) на примере стыковки двух объектов, например Т-образное (перевернутое) сочленение брусьев каркасно-панельной строительной конструкции вид сбоку в разрезе; на фиг.3 показаны две проекции (вид сбоку в разрезе и вид сверху) конструкции скользящего клинового крепежного элемента с глухим цилиндрическим отверстием под установку пружины; на фиг.4-7 показаны варианты конструктивного выполнения головной части стяжного элемента; на фиг.8 показано стыковочное устройство на примере стыковки трех объектов, например угловое перекрестное соединение вертикального бруса с двумя горизонтальными (вид сверху в разрезе); на фиг.9 показано стыковочное устройство на примере стыковки горизонтального и подкосного брусьев (вид изнутри сооружения в разрезе).

На фиг.1-9 обозначено:

1 - скользящий клиновой крепежный элемент - исполнение 1,

2 - крепежный элемент - исполнение 2,

3 - ходовой винт,

4, 5 и 6 - стяжные элементы - конструктивные варианты исполнения, отличающиеся опорными поверхностями в головной части,

7 - первый стыкуемый объект - вертикальный брус,

8 - второй стыкуемый объект - горизонтальный брус,

9 - глухое направляющее цилиндрическое отверстие в поз.7 под установку поз.1 или 2,

10, 11 - глухие направляющие цилиндрические отверстия в поз.7 и 8 соответственно под установку поз.4, 5 или 6,

12 - фигурное поперечное отверстие в поз.1 или 2,

13 - проходное цилиндрическое отверстие,

14 - продольная прорезь,

15 - наклонная продольная лыска,

16 - клиновая поверхность,

17 - осевое резьбовое гнездо,

18 - установочный шлиц,

19 - глухое цилиндрическое отверстие в поз.2,

20 - пружина,

21 - шейка в поз.4,

22 - коническая опорная поверхность в поз.4,

23 - опорная поверхность в поз.5,

24 - шейка в поз.5,

25 - поперечная лыска в поз.5,

26 - опорная поверхность в поз.6,

27 - шейка в поз.6,

28 - поперечная лыска в поз.6,

29 - дополнительный резьбовой крепежный элемент,

30 - опорная втулка,

31 - промежуточный стыкуемый объект - вертикальный брус,

32, 33 - стыкуемые объекты - горизонтальные брусья,

34 - поперечное центральное резьбовое отверстие в поз.29,

35 - осевое резьбовое отверстие в поз.29.

36 - стяжной элемент - вариант исполнения,

37 - цилиндрическая шляпка поз.36,

38 - стыкуемый объект - горизонтальный брус,

39 - стыкуемый объект - подкосный брус.

Универсальное стяжное стыковочное устройство на фиг.1 и 2 содержит по меньшей мере один скользящий клиновой крепежный элемент 1 или 2 (варианты исполнения), ходовой винт 3 и стяжной элемент 4, или 5, или 6 (варианты исполнения опорных поверхностей в головной части) с резьбовым концом, которые расположены внутри стыкуемых объектов 7 и 8, например Т-образного сочленения брусьев каркасно-панельной строительной конструкции, и установлены в глухих направляющих цилиндрических отверстиях 9, 10 и 11, выполненных с пересечением осей во взаимно перпендикулярных направлениях, причем отверстия 9 и 10 в объекте 7, а отверстие 11 в объекте 8, совпадающее с отверстием 10. Для обеспечения собираемости все отверстия должны выполняться по кондуктору.

Клиновой крепежный элемент 1 имеет форму цилиндра, в средней части которого выполнено фигурное поперечное отверстие 12, имеющее форму замочной скважины (точнее форму посадочного отверстия в замке под установку широко известного цилиндрового механизма), образованное проходным цилиндрическим отверстием 13, сопряженным с продольной прорезью 14. На боковой поверхности цилиндра через кромки фигурного отверстия 12 выполнена наклонная продольная лыска 15, образующая клиновую поверхность 16, проходящую через весь профиль фигурного отверстия 12 с уклоном в сторону отверстия 13. На конце крепежного элемента 1 со стороны отверстия 13 выполнено с его пересечением осевое резьбовое гнездо 17 с установочным шлицем 18. Клиновой крепежный элемент 2 отличается от элемента 1 выполнением глухого цилиндрического отверстия 19 в свободном его конце под установку пружины 20. Клиновой крепежный элемент 1 или 2 установлен в глухом направляющем цилиндрическом отверстии 9 стыкуемого объекта 7.

Стяжной элемент 4 выполнен в виде цилиндрического стержня, коническая головная часть которого образована цилиндрической проточкой, образующей шейку 21 и коническую опорную поверхность 22 с углом конусности, соответствующим углу наклона клиновой поверхности 16 продольной лыски 15. Стяжной элемент 4 установлен в отверстиях 9 и 10 стыкуемых объектов 7 и 8 соответственно, а его шейка 21 расположена в продольной прорези 14, контактирующей своими кромками с опорной поверхностью 22.

Ходовой винт 3 установлен в осевом резьбовом гнезде 17, и его опорный сферический конец упирается в шейку 21 стяжного элемента 4.

Стяжной элемент 5 в отличие от элемента 4 имеет головную часть со скошенными опорными поверхностями 23 и шейкой 24, образованными двумя противоположными поперечными лысками 25 с углом скоса , соответствующим клиновой поверхности 16 крепежного элемента 1 или 2.

Стяжной элемент 6 в отличие от элементов 4 и 5 имеет головную часть с опорными поверхностями 26 и шейкой 27, образованными двумя противоположными поперечными лысками 28, при этом опорные поверхности 26 выполнены выпуклыми цилиндрической формы с радиусом R не более половины диаметра шейки 27.

Универсальное стяжное стыковочное устройство на фиг.8 снабжено дополнительным резьбовым крепежным элементом 29 и опорной втулкой 30, установленными последовательно и неподвижно в одном промежуточном стыкуемом объекте 31, для образования углового перекрестного соединения с двумя другими 32 и 33, например вертикального бруса с двумя горизонтальными брусьями в каркасно-панельной строительной конструкции, при этом дополнительный крепежный элемент 29 выполнен в виде цилиндра с размерами, аналогичными цилиндру клинового крепежного элемента 1 или 2 (аналогичная заготовка), и имеет два резьбовых отверстия - поперечное центральное 34 и осевое 35, соответствующих резьбовым концам стяжных элементов 5, которые в них закреплены резьбовыми концами и образуют кинематическую связь с клиновыми крепежными элементами 1 (или 2), установленными в стыкуемых объектах 31 и 33 аналогично вышеописанному Т-образному соединению. Опорная втулка 30 имеет наружный диаметр, равный диаметру дополнительного резьбового крепежного элемента 29, насажена на стяжной элемент 5 до упора в торец первого и ограничена по длине плоскостью стыковки объектов 31 и 33.

Стяжной элемент 36, выполненный с опорной цилиндрической шляпкой 37 на одном конце и головной частью на другом, выполненной по типу стяжных элементов 4, 5 или 6, может быть использован в стыковке объектов 38 и 39 на фиг.9, например горизонтального и подкосного брусьев в каркасно-панельной строительной конструкции, при этом установка клинового крепежного элемента 1 или 2 в объекте 39 аналогична вышеописанным соединениям.

Стяжные элементы 4, 5 и 6 с различными вариантами конструктивного выполнения головных частей перед прототипом и между собой имеют следующие преимущества.

Стяжной элемент 4 отличается простой технологией изготовления (например, токарные операции) и в отличие от прототипа его коническая опорная поверхность 22 с углом конусности, соответствующем углу наклона клиновой поверхности 16, при затяжке не вызывает боковых сил, расширяющих продольную прорезь 14 при контактировании с ее кромками, а при установке и выставке не требуется визуальная ориентация. Однако для резьбового конца требуется контровка.

Стяжной элемент 5 отличается тем, что за счет совпадения угла наклона его опорных поверхностей 23 сегментовидной формы площадь контактирования с клиновой поверхностью 16 получается наивыгоднейшей для снижения удельного давления при затяжке, что повышает надежность и несущую способность соединения, а шейка 24, образованная двумя противоположными лысками 25, находясь в продольной прорези 14 исключает возможность поворота и ухода от выставленного положения резьбового конца в объекте 8, т.е. не требуется контровка. Однако при выставке и визуальной ориентации требуется разворот до 360°, что снижает диапазон клиновой затяжки.

Стяжной элемент 6 имеет опорные поверхности 26 выпуклой цилиндрической формы, которые позволяют иметь линейчатый контакт с клиновой поверхностью 16, и при выставке и визуальной ориентации требуется разворот только до 180°, что вдвойне удобнее в отличие от элемента 5. Преимущества наличия шейки 27 с лысками 28 аналогичны элементу 5.

Наиболее простой и технологически выгодный вариант конструкции стяжного элемента 36 с цилиндрической шляпкой 37 это с головной частью, выполненной по первому варианту. Однако при выставке его опорной поверхности 22 требуется установка регулировочных подкладных шайб.

Перед началом сочленения стыкуемых объектов 7 и 8 стяжной элемент 4 (аналогично варианты исполнения 5 или 6) устанавливается и выставляется (за счет резьбового конца) в отверстии 11 объекта 8 по шаблону таким образом, чтобы установочная высота расположения его опорной поверхности 22 относительно стыковочной плоскости обеспечила возможность исходного контактирования с клиновой поверхностью 16 клинового крепежного элемента 1 или 2.

Установочную высоту расположения опорной поверхности 22 стяжного элемента 4 можно определить по формуле:

H=A+0,5D-(l-d)tg,

где Н - установочная расчетная высота расположения,

А - координата расположения глухого направляющего цилиндрического отверстия 9 в поз.7 относительно стыковочной плоскости,

D - диаметр отверстия 9,

l - длина наклонной продольной лыски 15 в поз.1 или 2,

d - диаметр проходного цилиндрического отверстия 13 в поз.1 или 2,

- угол наклона продольной лыски 15.

Универсальное стяжное стыковочное устройство работает следующим образом.

В глухое отверстие 9 первого стыкуемого объекта 7 устанавливается клиновой крепежный элемент 1 или 2 (с пружиной 20) до упора нажатием трубчатого торцевого рожкового ключа (на чертежах не показан) одновременно с разворотом для визуальной выставки в горизонт установочного шлица 18, после чего объект 7 отверстием 10 устанавливается на стяжной элемент 4 до соприкосновения стыковочными плоскостями с объектом 8. При этом головная часть стяжного элемента 4 входит в проходное цилиндрическое отверстие 13 клинового крепежного элемента 1 или 2. Затем производится затяжка ходового винта 3, при которой его сферический конец упирается в шейку 21 стяжного элемента 4 и клиновой крепежный элемент 1 смещается и своей продольной прорезью 14 насаживается на шейку 21, а его клиновая поверхность 16 взаимодействует с конической опорной поверхностью 22, в результате чего возникает эффект клина, стягивающий стыкуемые объекты 7 и 8. Работа подпружиненного клинового крепежного элемента 2 отличается автоматическим его смещением под действием пружины 20, а ходовой винт 3 служит при этом для дозатяжки и фиксации состыкованного положения объектов 7 и 8.

По заявляемому техническому решению выполнены эскизные чертежи и изготовлен опытный образец макета Т-образного соединения брусьев строительной конструкции с реальными размерами.

По результатам изготовления и опробывания в работе можно рекомендовать для реального выполнения конструкции со следующими основными соотношениями и параметрами.

Соотношение диаметров элементов стяжного и скользящего клинового крепежного 1:2 соответственно.

Оптимальный угол наклона клиновидной поверхности из стальных элементов =5-10 угл. град. (в пределах угла трения).

Соотношение диаметров ходового винта и стяжного элемента 1:2 соответственно.

Таким образом, благодаря вышеперечисленным новациям и преимуществам предлагаемое техническое решение может найти широкое применение в современном народном хозяйстве в самых различных его областях и направлениях.