узел резьбового соединения конструктивных элементов и гайка (варианты)

Формула изобретения

1. Узел резьбового соединения конструктивных элементов, содержащий крепежные элементы, конструктивные элементы с выполненными в них совмещенными отверстиями для их соединения, при этом соединяющий крепежный элемент установлен в отверстиях, соединяя конструктивные элементы, а фиксирующий крепежный элемент со стороны конструктивного элемента связан непосредственно с соединяющим крепежным элементом резьбой, фиксируя его в отверстиях и обеспечивая неподвижность соединения конструктивных элементов за счет приложения требуемого затягивающего усилия, отличающийся тем, что для фиксации соединяющего крепежного элемента и неподвижности соединения в узле выполнен второй фиксирующий крепежный элемент, причем первый из них, связанный непосредственно с соединяющим крепежным элементом резьбой, выполнен с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, а второй фиксирующий крепежный элемент выполнен с использованием одной резьбовой формы и связан с соединяющим крепежным элементом опосредованно через первый из указанных фиксирующих крепежных элементов, упираясь в конструктивный элемент, при этом одна резьбовая форма первого из указанных фиксирующих крепежных элементов сопряжена с резьбой соединяющего крепежного элемента, а его вторая резьбовая форма сопряжена с резьбой второго фиксирующего крепежного элемента.

2. Узел резьбового соединения по п.1, отличающийся тем, что в качестве соединяющего крепежного элемента использован болт или шпилька.

3. Узел резьбового соединения по п.1, отличающийся тем, что соединяющий крепежный элемент установлен в отверстиях с зазором или без него.

4. Узел резьбового соединения по п.1, отличающийся тем, что в качестве фиксирующего крепежного элемента, связанного непосредственно с соединяющим крепежным элементом и выполненного с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, использована гайка, снабженная внутренней резьбой, образующей одну резьбовую форму, и внешней резьбой, образующей вторую резьбовую форму, а для получения разных величин затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте резьбовые формы выполнены с разным шагом резьбы одного и того же направления.

5. Узел резьбового соединения по п.4, отличающийся тем, что шаг резьбы постоянен.

6. Узел резьбового соединения по п.4, отличающийся тем, что внешняя резьба гайки сопряжена с резьбовой формой второго фиксирующего крепежного элемента.

7. Узел резьбового соединения по п.1, отличающийся тем, что в качестве второго фиксирующего крепежного элемента, выполненного с использованием одной резьбовой формы и связанного с соединяющим крепежным элементом опосредованно через первый из указанных фиксирующих крепежных элементов, использована гайка.

8. Узел резьбового соединения по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что использованы недеформируемые резьбовые формы.

9. Гайка, содержащая элемент для передачи крутящего момента, отличающаяся тем, что указанный элемент выполнен сплошным и снабжен полым элементом с внутренней резьбой, образующей первую резьбовую форму, или указанный элемент выполнен со сквозным в его центральной части отверстием с резьбой, образующей первую резьбовую форму, и снабжен полым элементом, несущим как в одной, так и в другой альтернативе, вторую резьбовую форму, обеспечивающую по сравнению с первой резьбовой формой другую величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, основания элемента для передачи крутящего момента и полого элемента совмещены по центру.

10. Гайка по п.9, отличающаяся тем, что полый элемент, несущий вторую резьбовую форму, выполнен в виде трубки, на внешней поверхности которой выполнена вторая резьбовая форма.

11. Гайка по п.9 или 10, отличающаяся тем, что вторая резьбовая форма выполнена с другим шагом резьбы.

12. Гайка по п.9 или 10, отличающаяся тем, что использованы недеформируемые резьбовые формы.

13. Гайка по п.9 или 10, отличающаяся тем, что в резьбовых формах шаг резьбы постоянен.

14. Узел резьбового соединения конструктивных элементов, содержащий крепежные элементы, конструктивные элементы, отличающийся тем, что соединяемый конструктивный элемент снабжен резьбой, обеспечивающей только свойственную ей величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, либо снабжен накидным элементом, имеющим резьбу, обеспечивающую только свойственную ей величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, конструктивные элементы соединены и зафиксированы фиксирующим крепежным элементом, выполненным с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, фиксирующий крепежный элемент соединен непосредственно с конструктивным элементом или с его накидным элементом посредством резьбы, при этом одна резьбовая форма фиксирующего крепежного элемента сопряжена с резьбой одного конструктивного элемента или его накидного элемента, а его вторая резьбовая форма сопряжена с резьбой второго конструктивного элемента или его накидного элемента.

15. Узел резьбового соединения по п.14, отличающийся тем, что соединяемый конструктивный элемент выполнен трубчатым или цилиндрическим.

16. Узел резьбового соединения по п.14, отличающийся тем, что конструктивные элементы соединены и зафиксированы фиксирующим крепежным элементом, выполненным с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, в качестве которого использована гайка, снабженная внутренней резьбой, образующей две резьбовые формы, которые для получения разных величин затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте выполнены с разным шагом резьбы.

17. Узел резьбового соединения по п.16, отличающийся тем, что шаг резьбы постоянен.

18. Узел резьбового соединения по любому из пп.14-17, отличающийся тем, что конструктивные элементы и/или накидные элементы выполнены из пластмассы.

19. Узел резьбового соединения по любому из пп.14-17, отличающийся тем, что использованы недеформируемые резьбовые формы.

20. Гайка, содержащая элемент для передачи крутящего момента, отличающаяся тем, что указанный элемент выполнен со сквозным в его центральной части отверстием с резьбой, образующей первую резьбовую форму, и резьбой, образующей вторую резьбовую форму, обеспечивающую по сравнению с первой резьбовой формой другую величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте.

21. Гайка по п.20, отличающаяся тем, что резьбовые формы выполнены с разным шагом резьбы.

22. Гайка по п.20, отличающаяся тем, что использованы недеформируемые резьбовые формы.

23. Гайка по п.20, отличающаяся тем, что в резьбовых формах шаг резьбы постоянен.

24. Гайка по любому из пп.20-23, отличающаяся тем, что она выполнена из пластмассы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к общему машиностроению, приборостроению и может быть использовано, в частности, при монтаже различного технологического оборудования, предназначенного для изготовления полупроводниковых слоев, или элементов такого оборудования, а также различного оборудования для проведения исследований или используемого в иных целях.

Известен узел резьбового соединения конструктивных элементов (М.Н.Иванов, Детали машин. М.: Высшая школа, 1991 г., с.382, с.36), содержащий крепежные элементы, конструктивные элементы с выполненными в них совмещенными отверстиями для их соединения, при этом соединяющий крепежный элемент установлен в отверстиях, соединяя конструктивные элементы, а фиксирующий крепежный элемент со стороны конструктивного элемента связан с соединяющим крепежным элементом посредством резьбы, фиксируя его в отверстиях и обеспечивая неподвижность соединения конструктивных элементов за счет приложения требуемого затягивающего усилия. Причем в узле резьбового соединения использованы недеформируемые резьбовые формы, обеспечивающие одну и ту же величину затягивающего усилия при выбранном крутящем моменте. В качестве соединяющего крепежного элемента использован болт, а в качестве фиксирующего - гайка. Болт установлен без зазора в отверстия со стороны одного конструктивного элемента, примыкая головкой к нему, а со стороны другого конструктивного элемента на болт навинчена гайка. Крепежные резьбовые элементы выполнены с использованием резьбы одного и того же шага, диаметра и профиля.

Известна гайка (Большая Советская Энциклопедия, Гл. редактор Б.А.Введенский, Второе издание, том 10, Государственное научное издательство: Большая Советская Энциклопедия, 620 с., с.108, рис.1 (в)), содержащая элемент для передачи крутящего момента с выполненным в его центральной части сквозным отверстием с резьбой. При этом использована одна недеформируемая резьбовая форма, обеспечивающая одну и ту же величину затягивающего усилия при выбранном крутящем моменте. Резьба выполнена заданного шага, диаметра и профиля, соответствующего резьбе соединяющего крепежного элемента, болта или шпильки, для фиксации которого предназначена гайка. Элемент для передачи крутящего момента, в частности, выполнен фасонным.

Известен узел резьбового соединения конструктивных элементов (М.Н.Иванов, В.А.Финогенов. Детали машин. М.: Высшая школа, 2002 г. с.407, с.49), содержащий крепежные элементы, конструктивные элементы с выполненными в них совмещенными сквозными отверстиями для их соединения, при этом соединяющий крепежный элемент установлен в сквозных отверстиях, соединяя конструктивные элементы, а фиксирующий крепежный элемент со стороны конструктивного элемента связан с соединяющим крепежным элементом посредством резьбы, фиксируя его в сквозных отверстиях и обеспечивая неподвижность соединения конструктивных элементов за счет приложения требуемого затягивающего усилия. Причем в узле резьбового соединения использованы недеформируемые резьбовые формы, обеспечивающие одну и ту же величину затягивающего усилия при выбранном крутящем моменте. В качестве соединяющего крепежного элемента использован болт, а в качестве фиксирующего - гайка. Болт установлен с зазором в отверстия со стороны одного конструктивного элемента, примыкая головкой к последнему, а со стороны другого конструктивного элемента на болт навинчена гайка. Крепежные резьбовые элементы выполнены с использованием резьбы одного и того же шага, диаметра и профиля.

Известна гайка (Большая Советская Энциклопедия, Гл. редактор Б.А.Введенский, Второе издание, том 10, Государственное научное издательство: Большая Советская Энциклопедия, 620 с., с.108, рис.1 (а)), содержащая элемент для передачи крутящего момента с выполненным в его центральной части сквозным отверстием с резьбой. При этом использована одна недеформируемая резьбовая форма, обеспечивающая одну и ту же величину затягивающего усилия при заданном вращающем моменте. Резьба выполнена заданного шага, диаметра и профиля, соответствующего резьбе соединяющего крепежного элемента, болта или шпильки, для фиксации которого предназначена гайка. Элемент для передачи крутящего момента, в частности, выполнен в форме правильного шестиугольника.

К недостаткам приведенных технических решений относятся недостаточно высокие прочность узла на сдвиг; надежность и ресурс эксплуатации узла соединения конструктивных элементов; ограниченная функциональная область применения. Указанные недостатки обусловлены следующими причинами.

Традиционные крепежные элементы: болты, шпильки и гайки, обладают недеформируемой сопряженной формой резьбы. Как правило, в условиях повторяющихся колебаний нагрузки или вибрациях резьбовые соединения ослабляются в результате потери закрепляющего момента и наступает расфиксация конструктивных элементов. Это явление может происходить вследствие отсутствия оптимизации закручивающего момента, препятствующего ослаблению и расфиксации, являющейся проблематичной в узлах соединений, выполненных традиционным образом, с применением одной резьбовой формы фиксированного шага, диаметра и профиля. При использовании стандартных резьбовых форм гайка обладает свободным ходом при низких значениях крутящего момента на болте или шпильке до того, как будет прихвачен конструктивный элемент и произойдет первоначальная фиксация или нагрузка на конструктивные элементы. Окончательной фиксации, наступающей под действием прилагаемого закручивающего момента, противостоит в основном собственное трение между сцепленными частями вращающихся крепежных элементов под нагрузкой. Идеальной считается затяжка до того состояния, когда гайка находится у рубежа начала собственной деформации. При этом в месте затяжки достигаются наиболее высокое давление и значительные внутренние механические напряжения.

Все метизы классифицируются по размерам резьбы - диаметру и шагу. Резьбовые формы одного диаметра могут иметь разный шаг - нормальный или мелкий при одном и том же диаметре резьбы. Когда производится затяжка, крупные крепежные элементы, болты и гайки, как правило, не дозатягиваются. Как говорится, их необходимо «крутить до тех пор, пока не затрещит». И, наоборот, более мелкие крепежные элементы обычно затягиваются слишком сильно. С другой стороны, более крупный шаг резьбы позволяет выдерживать большие воздействия нагрузки без механических повреждений. Мелкий шаг резьбы позволяет получить большие усилия затяжки, а при регулировке большую точность. Как правило, все ответственные соединения имеют мелкую резьбу. Однако применение резьбовых форм с мелким шагом резьбы не всегда может обеспечить гарантию надежной эксплуатации узла резьбового соединения в течение продолжительного срока. Мелкая резьба в отличие от крупной, или нормальной, при затяжке и воздействиях нагрузки подвержена механическим нарушениям. Не всякий материал может быть пригоден для крепежных элементов с мелкой резьбой по причине его механических свойств.

В узлах резьбовых соединений крепежные элементы выбирают таким образом, чтобы создаваемые при их помощи усилия затяжки обеспечивали работоспособность узла при расчетных нагрузках, а в самих крепежных элементах возникали напряжения, близкие к предельно допустимым. Величины этих напряжений выбираются с учетом коэффициента запаса, определяемого механическими свойствами материалов, из которых изготовлены болт, шпилька, гайка или деталь. Превышение этого предела при затяжке сначала вызывает необратимую деформацию, а при дальнейшем увеличении нагрузки - обрыв. Может быть и другой исход - срыв резьбы. Особенно это чревато в случае труднодоступных резьбовых соединений, когда в отверстии остается кусок болта или срывается резьба.

Таким образом, существует дилемма: слабо затянешь резьбовое соединение - не обеспечишь нужной прочности узла и надежности, слишком сильно - повредишь крепежные элементы.

Техническим результатом вариантов группы изобретений является:

- повышение прочности узла на сдвиг;

- повышение надежности и срока службы узла соединения конструктивных элементов;

- расширение функциональной области применения.

Технический результат достигается тем, что в узле резьбового соединения конструктивных элементов, содержащем крепежные элементы, конструктивные элементы с выполненными в них совмещенными отверстиями для их соединения, при этом соединяющий крепежный элемент установлен в отверстиях, соединяя конструктивные элементы, а фиксирующий крепежный элемент со стороны конструктивного элемента связан непосредственно с соединяющим крепежным элементом резьбой, фиксируя его в отверстиях и обеспечивая неподвижность соединения конструктивных элементов за счет приложения требуемого затягивающего усилия, для фиксации соединяющего крепежного элемента и неподвижности соединения в узле выполнен второй фиксирующий крепежный элемент, причем первый из них, связанный непосредственно с соединяющим крепежным элементом резьбой, выполнен с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, а второй фиксирующий крепежный элемент выполнен с использованием одной резьбовой формы и связан с соединяющим крепежным элементом опосредованно, через первый из указанных фиксирующих крепежных элементов, упираясь в конструктивный элемент, при этом одна резьбовая форма первого из указанных фиксирующих крепежных элементов сопряжена с резьбой соединяющего крепежного элемента, а его вторая резьбовая форма сопряжена с резьбой второго фиксирующего крепежного элемента.

В узле резьбового соединения в качестве соединяющего крепежного элемента использован болт или шпилька.

В узле резьбового соединения соединяющий крепежный элемент установлен в отверстиях с зазором или без него.

В узле резьбового соединения в качестве фиксирующего крепежного элемента, связанного непосредственно с соединяющим крепежным элементом и выполненного с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, использована гайка, снабженная внутренней резьбой, образующей одну резьбовую форму, и внешней резьбой, образующей вторую резьбовую форму, а для получения разных величин затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте резьбовые формы выполнены с разным шагом резьбы, одного и того же направления.

В узле резьбового соединения шаг резьбы постоянен.

В узле резьбового соединения внешняя резьба гайки сопряжена с резьбовой формой второго фиксирующего крепежного элемента.

В узле резьбового соединения в качестве второго фиксирующего крепежного элемента, выполненного с использованием одной резьбовой формы и связанного с соединяющим крепежным элементом опосредованно, через первый из указанных фиксирующих крепежных элементов, использована гайка.

В узле резьбового соединения использованы недеформируемые резьбовые формы.

Технический результат достигается тем, что в гайке, содержащей элемент для передачи крутящего момента, указанный элемент выполнен сплошным и снабжен полым элементом с внутренней резьбой, образующей первую резьбовую форму, или указанный элемент выполнен со сквозным в его центральной части отверстием с резьбой, образующей первую резьбовую форму, и снабжен полым элементом, несущим как в одной, так и в другой альтернативе вторую резьбовую форму, обеспечивающую по сравнению с первой резьбовой формой другую величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, основания элемента для передачи крутящего момента и полого элемента совмещены по центру.

В гайке полый элемент, несущий вторую резьбовую форму, выполнен в виде трубки, на внешней поверхности которой выполнена вторая резьбовая форма.

В гайке вторая резьбовая форма выполнена с другим шагом резьбы.

В гайке использованы недеформируемые резьбовые формы.

В гайке в резьбовых формах шаг резьбы постоянен.

Технический результат достигается тем, что в узле резьбового соединения конструктивных элементов, содержащем крепежные элементы, конструктивные элементы, соединяемый конструктивный элемент снабжен резьбой, обеспечивающей только свойственную ей величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, либо снабжен накидным элементом, имеющим резьбу, обеспечивающую только свойственную ей величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, конструктивные элементы соединены и зафиксированы фиксирующим крепежным элементом, выполненным с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, фиксирующий крепежный элемент соединен непосредственно с конструктивны элементом или с его накидным элементом посредством резьбы, при этом одна резьбовая форма фиксирующего крепежного элемента сопряжена с резьбой одного конструктивного элемента или его накидного элемента, а его вторая резьбовая форма сопряжена с резьбой второго конструктивного элемента или его накидного элемента.

В узле резьбового соединения соединяемый конструктивный элемент выполнен трубчатым или цилиндрическим.

В узле резьбового соединения конструктивные элементы соединены и зафиксированы фиксирующим крепежным элементом, выполненным с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, в качестве которого использована гайка, снабженная внутренней резьбой, образующей две резьбовые формы, которые для получения разных величин затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте выполнены с разным шагом резьбы.

В узле резьбового соединения шаг резьбы постоянен.

В узле резьбового соединения конструктивные элементы и/или накидные элементы выполнены из пластмассы.

В узле резьбового соединения использованы недеформируемые резьбовые формы.

Технический результат достигается тем, что в гайке, содержащей элемент для передачи крутящего момента, указанный элемент выполнен со сквозным в его центральной части отверстием с резьбой, образующей первую резьбовую форму, и резьбой, образующей вторую резьбовую форму, обеспечивающую по сравнению с первой резьбовой формой другую величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте.

В гайке резьбовые формы выполнены с разным шагом резьбы.

В гайке использованы недеформируемые резьбовые формы.

В гайке в резьбовых формах шаг резьбы постоянен.

Гайка выполнена из пластмассы.

Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами. На Фиг.1 показан продольный разрез узла резьбового соединения, где 1 и 2 - конструктивные элементы; 3 - болт; 4 - гайка; 5 - гайка; 6 - шайба. На Фиг.2 приведены варианты гайки, снабженной двумя резьбовыми формами: а) со сплошным элементом для передачи крутящего момента; б) с элементом для передачи крутящего момента со сквозным в его центральной части отверстием с резьбой. На Фиг.3 показан продольный разрез узла резьбового соединения, где 1 и 2 - конструктивные элементы; 4 - гайка; 5 - гайка; 6 - шайба; 7 - шпилька. На Фиг.4 показаны: а) в разрезе элементы узла резьбового соединения трубчатых конструктивных элементов, б) в разрезе узел резьбового соединения, где 8 и 9 - конструктивные элементы; 10 и 11 - накидные элементы; 12 и 13 - разрезные стопорные кольца; 14 - гайка. На Фиг.5 показаны: а) в разрезе элементы узла резьбового соединения трубчатых конструктивных элементов, изготовленных из пластмассы, например, для сантехнического оборудования, б) в разрезе узел резьбового соединения, где 14 - гайка, 15 - трубчатый конструктивный элемент, 16 - заглушка; 17 - уплотнительное кольцо.

Достижение технического результата в предлагаемой группе изобретений базируется на следующем. Во-первых, на использовании гайки (4), снабженной двумя резьбовыми формами, каждая из которых в отдельности обеспечивает разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте. Во-вторых, на использовании для фиксации соединяющего крепежного элемента, болта (3) или шпильки (7), и обеспечения неподвижности соединения конструктивных элементов (1) и (2) до двух фиксирующих крепежных элементов - гайки (4), снабженной двумя резьбовыми формами, с разным шагом резьбы L₁ и L₂, и традиционной гайки (5) (см. Фиг.1-3); а также на использовании в случае соединения конструктивных элементов (8) и (9), снабженных разными резьбовыми формами или накидными элементами (10) и (11), имеющими резьбовые формы (резьбу), гайки (14), снабженной двумя резьбовыми формами, сопряженными с резьбой самих конструктивных элементов (8) и (9) или накидных элементов (10) и (11) (см. Фиг.4). Указанный технический результат обуславливает применение двух резьбовых форм, каждая из которых характеризуется только свойственной ей величиной затягивающего усилия. Конкретная величина затягивающего усилия задана тем или иным шагом резьбы L₁ и L₂ (см. Фиг.1 или 3). Величины L₁ и L₂ могут быть выбраны достаточно большими, исходя из прочности материалов резьбового соединения (например, болта (3), шпильки (7) гаек (4) и (5)), в частности пластмассы, а их разность L₁-L_{2 -} достаточно малой для обеспечения требуемого усилия соединения конструктивных элементов при выбранной величине крутящего момента. Таким образом, использование фиксирующего крепежного элемента - гайки, снабженной двумя различными резьбовыми формами, позволяет достичь прочности и надежности соединения, свойственных при применении резьбы с большим шагом, при величине крутящего момента, свойственной резьбе с мелким шагом.

Применение двух резьбовых форм, обеспечивающих разные величины затягивающего усилия, позволяет уменьшить величину закручивающего момента при затяжке гайки (5) на крепежных элементах - болте (3) (Фиг.1) или шпильке (7) (Фиг.3), не уменьшая усилие соединения конструктивных элементов (1) и (2), или увеличить это усилие, не увеличивая закручивающий момент. Аналогичный эффект имеет место в отношении узла резьбового соединения трубчатых конструктивных элементов (8) и (9) (см. Фиг.4). Таким образом, имеется возможность оптимизации величины закручивающего момента и усилия соединения конструктивных элементов, что препятствует ослаблению и расфиксации узла соединения (Фиг.1-5).

Сочетание резьбовых форм, отличающихся шагом резьбы, компенсирует негативное свойство мелкой резьбы, выражающееся в том, что она при затяжке и воздействиях нагрузки подвержена в большей степени механическим нарушениям, что приводит к снижению надежности и ресурса эксплуатации узла. Само по себе наличие более крупной резьбы, которая хорошо выдерживает воздействие нагрузок, не подвергаясь механическому разрушению, делает предлагаемый узел резьбового соединения более надежным и увеличивает его срок эксплуатации.

Традиционно проблема повышения надежности и увеличения срока эксплуатации решается наложением более жестких требований в отношении механических свойств материалов, из которых изготавливают элементы крепежа. Выбором материалов обеспечиваются механические напряжения, близкие к предельно допустимым, с учетом коэффициента запаса, определяемого механическими свойствами материалов, так чтобы не произошло необратимых деформаций. Таким образом, ассортимент возможных материалов лимитируется ввиду наложения жестких требований в отношении их механических свойств. Наиболее часто в качестве материала для изготовления болтов, шпилек и гаек выбирают, например, сталь марки Ст-35. Это обеспечивает достаточную прочность болтов и шпилек на разрыв и срез, а также стойкость резьбы против смятия и срезания при больших усилиях затяжек. В случае изготовления болтов, шпилек и гаек из более мягких сталей, чем сталь Ст-35, легко будут срезаться или сминаться не только витки резьбы, в особенности в случае применения формы резьбы с мелким шагом, но и грани гайки при многократном заворачивании ее ключом. Более твердый материал, чем сталь Ст-35, что предпочтительно при резьбе с мелким шагом, делает крепеж хрупким, и это также плохо для резьбового соединения.

Довольно часто в сборочных процессах возникает необходимость применения болтов, шпилек и гаек из специфических материалов, отвечающих специфическим требованиям эксплуатации, в частности из более мягких материалов. Крепежные элементы могут изготавливаться из большого числа различных материалов, каждый из которых, например, имеет свой уровень коррозийной стойкости под воздействием различных условий окружающей среды, в зависимости от функциональной области применения. Сочетание резьбовых форм с разным, крупным и мелким, шагом резьбы расширяет ассортимент материалов, из которых могут быть изготовлены крепежные элементы. Так, в отношении более мягких материалов, наличие форм резьбы с крупным шагом компенсирует мягкость используемого материала тем, что сцепленные элементы с крупным шагом резьбы удовлетворительно выдерживают воздействие разных нагрузок, не подвергаясь механическому разрушению. Таким образом, в отдельно взятом узле резьбового соединения резьбовая форма с крупным шагом резьбы обеспечивает выдерживание нагрузок соединением, а резьбовая форма с мелким шагом резьбы - требуемое усилие затяжки, обеспечивая прочное, надежное и долговечное соединение и в случае нетрадиционных, более мягких, материалов.

Один из вариантов предлагаемого узла резьбового соединения конструктивных элементов схематически приведен на Фиг.1. Узел содержит конструктивные элементы (1) и (2) с выполненными в них совмещенными отверстиями для их соединения, крепежные элементы - соединяющие и фиксирующие. Соединяющий крепежный элемент, в качестве которого использован болт (3) (как показано на Фиг.1), установлен в отверстиях с зазором или без него, соединяя конструктивные элементы (1) и (2). Второй вариант узла резьбового соединения конструктивных элементов приведен на Фиг.3, в нем в отличие от Фиг.1 в качестве соединяющего крепежного элемента использована шпилька (7). Фиксирующие крепежные элементы установлены со стороны конструктивного элемента (1) или/и (2), фиксируя болт (3) или шпильку (7) в отверстиях и обеспечивая неподвижность соединения конструктивных элементов (1) и (2) за счет приложения требуемого затягивающего усилия. Для фиксации соединяющего крепежного элемента, в частности болта (3) или шпильки (7), и неподвижности соединения в узле выполнен второй фиксирующий крепежный элемент (гайка (5) см. Фиг.1 и 3). Первый фиксирующий крепежный элемент (гайка (4) см. Фиг.1 и 3) связан непосредственно с соединяющим крепежным элементом, болтом (3) или шпилькой (7), резьбой. Указанный фиксирующий элемент выполнен с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте. Второй фиксирующий крепежный элемент выполнен с использованием одной резьбовой формы и связан с соединяющим крепежным элементом опосредованно, через первый из указанных фиксирующих крепежных элементов, упираясь в конструктивный элемент. При этом одна резьбовая форма первого из указанных фиксирующих крепежных элементов сопряжена с резьбой соединяющего крепежного элемента, а его вторая резьбовая форма сопряжена с резьбой второго фиксирующего крепежного элемента.

В качестве первого фиксирующего крепежного элемента, связанного непосредственно с соединяющим крепежным элементом и выполненного с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, использована гайка (4), которая снабжена внутренней резьбой, образующей одну резьбовую форму, и внешней резьбой, образующей вторую резьбовую форму. Для получения разных величин затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте резьбовые формы выполнены с разным шагом резьбы L ₁ и L₂, L₁>L₂. Шаг резьбы постоянен. Направление резьбы одинаково. Внешняя резьба гайки (4) сопряжена с резьбовой формой второго фиксирующего крепежного элемента. В качестве второго фиксирующего крепежного элемента, выполненного с использованием одной резьбовой формы и связанного с соединяющим крепежным элементом опосредованно, через первый из указанных фиксирующих крепежных элементов, использована гайка (5). Второй фиксирующий элемент - гайка (5) выполнен традиционно и имеет свободный ход на трубке гайки (4) до заданной второй величины закручивающего момента, при достижении которой монтирование узла завершается.

Третий вариант узла резьбового соединения конструктивных элементов приведен на Фиг.4, в отличие от Фиг.1 и 3 данный вариант предназначен для соединения конструктивных элементов, непосредственно снабженных резьбой или снабженных накидными элементами, имеющими резьбовые формы (резьбу).

В общем случае выполнения узел содержит крепежный и конструктивные элементы. При этом в узле могут быть выполнены также накидные элементы. Каждый соединяемый конструктивный элемент (8) и/или (9) снабжен резьбой, обеспечивающей только свойственную ей величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте, либо снабжен накидным элементом (10) или (11), имеющим резьбу, обеспечивающую только свойственную ей величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте. Конструктивные элементы (8) и (9) соединены и зафиксированы фиксирующим крепежным элементом (гайкой (14)), выполненным с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте. При этом фиксирующий крепежный элемент (гайка (14)) соединен непосредственно с конструктивным элементом (8) и/или (9) или с его накидным элементом (10) или (11) посредством резьбы. Одна резьбовая форма фиксирующего крепежного элемента (гайки (14)) сопряжена с резьбой первого конструктивного элемента (8) или (9) или его накидного элемента (10) или (11), а его вторая резьбовая форма сопряжена с резьбой второго конструктивного элемента соответственно (9) или (8) или его накидного элемента соответственно (11) или (10).

В частном случае реализации узла резьбового соединения, показанном на Фиг.4, узел содержит конструктивные элементы (8) и (9), накидные элементы (10) и (11), разрезные стопорные кольца (12) и (13), гайку (14) (Фиг.4а)). Накидные элементы (10) и (11) при сборке узла зафиксированы стопорными винтами (Фиг.4б)). Соединяемые конструктивные элементы (8) и (9) выполнены трубчатыми или цилиндрическими. Гайка (14) - фиксирующий крепежный элемент, выполненный с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте; она снабжена внутренней резьбой, образующей две резьбовые формы, которые для получения разных величин затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте выполнены с разным шагом резьбы. Шаг резьбы постоянен.

В частном случае в узле конструктивные элементы (8) и/или (9) и/или накидные элементы (10) и/или (11) могут быть выполнены из пластмассы.

В показанном на Фиг.5 частном случае выполнения узла резьбового соединения соединяемые конструктивные элементы, трубчатый конструктивный элемент (15) и заглушка (16), снабжены резьбой. Трубчатый конструктивный элемент (15) и заглушка (16) соединены и зафиксированы фиксирующим крепежным элементом (гайкой (14)), выполненным с использованием двух резьбовых форм, обеспечивающих, каждая в отдельности, разные величины затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте. Узел не содержит накидных элементов. Одна резьбовая форма фиксирующего крепежного элемента (гайки (14)) сопряжена с резьбой трубчатого конструктивного элемента (15), а его вторая резьбовая форма сопряжена с резьбой заглушки (16). При сборке узла (см. Фиг.5б)) между конструктивными элементами устанавливают для дополнительной герметизации соединения уплотнительное кольцо (17). Узел в целом может быть выполнен, например, из пластмассы.

Во всех вариантах узла резьбового соединения использованы недеформируемые резьбовые формы.

Предлагаемая гайка для вариантов узла резьбового соединения конструктивных элементов, представленных на Фиг.1 и 3, приведена на Фиг.2. Гайка содержит элемент для передачи крутящего момента, причем указанный элемент может быть выполнен сплошным и снабжен полым элементом с внутренней резьбой, образующей первую резьбовую форму (см. Фиг.2 а)), или указанный элемент выполнен со сквозным в его центральной часта отверстием с резьбой, образующей первую резьбовую форму (см. Фиг.2б)). Элемент для передачи крутящего момента в обоих случаях снабжен полым элементом, несущим вторую резьбовую форму, обеспечивающую по сравнению с первой резьбовой формой другую величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте. Основания элемента для передачи крутящего момента и полого элемента совмещены по центру. Полый элемент, несущий вторую резьбовую форму, выполнен в виде трубки, на внешней поверхности которой выполнена вторая резьбовая форма. Вторая резьбовая форма выполнена с другим шагом резьбы. В гайке использованы недеформируемые резьбовые формы. В резьбовых формах шаг резьбы постоянен.

Предлагаемая гайка для варианта узла резьбового соединения конструктивных элементов, представленного на Фиг.4, схематически показана на Фиг.4а) - гайка (14). Гайка (14) содержит элемент для передачи крутящего момента, выполненный со сквозным в его центральной части отверстием с резьбой, образующей первую резьбовую форму, и резьбой образующей вторую резьбовую форму. Вторая резьбовая форма обеспечивает по сравнению с первой резьбовой формой другую величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте. Резьбовые формы выполнены с разным шагом резьбы, являются недеформируемыми резьбовыми формами. Шаг резьбы постоянен.

В частном случае реализации гайка (14) может быть выполнена из пластмассы.

Предлагаемая группа изобретений используется следующим образом (см. Фиг.1 и 3).

Конструктивные элементы (1) и (2) совмещают относительно отверстий и устанавливают в них соединяющий крепежный элемент, болт (3) или шпильку (7) (см. Фиг.1 или 3), с зазором или без него. Второй фиксирующий крепежный элемент, гайку (5), навинчивают на полый элемент гайки (4), представляющий собой трубку, на внешней поверхности которой выполнена вторая резьбовая форма, их резьбы сопряжены. Второй фиксирующий элемент - гайка (5), выполненный традиционно, имеет свободный ход на трубке гайки (4) до заданной второй величины закручивающего момента. Гайку (4) с навинченной на ее полый элемент гайкой (5) навинчивают на болт (3) или шпильку (7), при этом гайка (5) располагается между конструктивным элементом (1)/(2) и элементом для передачи крутящего момента гайки (4). В случае шпильки (7) указанные действия могут осуществлять в отношении обоих соединяемых неподвижных конструктивных элементов (1) и (2). Внутренняя резьба гайки (4) сопряжена с резьбой болта (3) или шпильки (7). Гайка (4), снабженная двумя резьбовыми формами, имеет свободный ход на болте (3) или шпильке (7) и соединяет конструктивные элементы (1) и (2) посредством первой резьбовой формы, являющейся внутренней резьбой, при достижении первой величины закручивающего момента, обеспечивающей заданную величину исходной предварительной нагрузки на элементы. Таким образом, осуществляют предварительную фиксацию. При этом первой резьбовой форме свойственна меньшая величина затягивающего усилия за счет более крупного шага резьбы L₁ по сравнению со второй резьбовой формой (L₂) при одном и том же крутящем моменте, но крупный шаг резьбы позволяет хорошо выдерживать нагрузки. Окончательную фиксацию и завершение монтирования узла осуществляют посредством гайки (5). Гайка (5) связана с болтом (3) или шпилькой (7) опосредованно, через гайку (4), снабженную двумя резьбовыми формами. Для окончательной затяжки и фиксации узла гайку (5) вращают на резьбе трубки гайки (4), перемещая ее в направлении конструктивного элемента, до заданной второй величины закручивающего момента, при котором гайка (5) упирается в соединяемый конструктивный элемент. При вращении гайки (5) гайка (4), болт (3) или шпилька (7) остаются неподвижными относительно соединяемых элементов (1) и (2), например, за счет использования дополнительного гаечного ключа.

Также предварительную фиксацию можно осуществлять посредством гайки (5), а окончательную - посредством гайки (4). Перед закручиванием гайки (4) на болте (3) или шпильке (7) гайку (5), свободно вращающуюся на гайке (4), приводят в соприкосновение с неподвижным, например, конструктивным элементом (2) так, что между ним и гайкой (4) был зазор величиной, достаточной для затяжки резьбового соединения в целом. Положение гайки (5) относительно болта (3) или шпильки (7) фиксируют, осуществляя предварительную фиксацию. В этом случае при затяжке резьбового соединения - окончательной фиксации на каждый оборот гайки (4), гайка (5) будет либо сближаться с неподвижным конструктивным элементом (2) на расстояние, равное разности шага внутренней и внешней резьбовых форм гайки (4), L₁ - L₂ , либо создавать усилие соединения неподвижных конструктивных элементов (1) и (2), соответствующее усилию, достигаемому при том же вращающем моменте в обычном резьбовом соединении с шагом резьбы L₁-L₂.

Предлагаемая группа изобретений используется следующим образом (см. Фиг.4 и 5).

Устанавливают через разрезные стопорные кольца (12) и (13) на соединяемые конструктивные элементы (8) и (9) соответственно накидные элементы (10) и (11) (Фиг.4), каждый из которых имеет резьбу, обеспечивающую только свойственную ей величину затягивающего усилия при одном и том же крутящем моменте. Накидные элементы (10) и (11) фиксируют винтами (см. Фиг.4 б)). Далее конструктивные элементы (8) и (9) (см. Фиг.4) или трубчатый конструктивный элемент (15) и заглушку (16) (см. Фиг.5) соединяют посредством фиксирующего крепежного элемента - гайки (14) (см. Фиг.4 или 5). В последнем случае между конструктивными элементами устанавливают уплотнительное кольцо (17).

Предварительную фиксацию осуществляют посредством гайки (14), вращая ее относительно какого-либо из соединяемых конструктивных элементов до окончания ее свободного хода в отношении резьбовой формы данного конструктивного элемента или его накидного элемента. Приступают к окончательно фиксации. При затяжке резьбового соединения - окончательной фиксации на каждый оборот гайки (14), соединяемые конструктивные элементы (8) и (9) или трубчатый конструктивный элемент (15) и заглушка (16) будут либо сближаться на расстояние, равное разности шага резьбовых форм гайки (14), либо создавать усилие соединения указанных конструктивных элементов, соответствующее усилию, достигаемому при том же вращающем моменте в обычном резьбовом соединении с шагом резьбы, равном разнице шага резьбовых форм гайки (14).