Самостопорящееся шпилечное соединение

Самостопорящееся шпилечное соединение

Реферат

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к резьбовым соединениям со средствами стопорения.

Известно соединение крышки с корпусной деталью из мягких металлов и пластиков посредством стандартной резьбовой шпильки и самоврезающейся втулки с внутренней резьбой, на верхнем участке наружной поверхности которой имеется поясок мелких продольных шлицев, а на нижнем - разрезные лепестки, подогнутые к центру, с несколькими наружными кольцевыми гребешками треугольного профиля. При установке втулки в гнездо корпуса продольные шлицы врезаются в стенки гнезда, предотвращая проворот втулки относительно корпуса. При завертывании шпильки ее посадочный конец разжимает разрезные лепестки, которые заформовываются в стенки гнезда, обеспечивая связь между втулкой и корпусом (см. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Кн.3. - М.: Машиностроение, 1977. - С.28).

Недостатком данного соединения является то, что оно не обеспечивает надежного стопорения, создаваемого радиальным натягом резьбы втулки и шпильки, который может снизиться в процессе работы и уменьшить силы трения в резьбе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является соединение крышки с корпусом, состоящее из шпильки и резьбовой втулки, завинчиваемой в гнездо корпуса, при этом резьба на концах шпильки выполнена в разном направлении, а на боковой поверхности гнезда корпуса резьба выполнена с направлением, противоположным направлению резьбы в отверстии корпуса. Стопорная втулка на наружной и внутренней поверхностях имеет резьбовые нарезки одного направления и шага, сопрягаемые с нарезками гнезда и шпильки. При сборке соединения шпилька и втулка поочередно заворачиваются соответственно в отверстие корпуса и гнездо корпуса, соединяя одновременно резьбовой профиль боковой поверхности гнезда и наружный резьбовой профиль верхнего конца шпильки. При вывинчивании шпильки стопорная втулка будет препятствовать ее вращению, поскольку снабжена встречной резьбой (см. А.с. 537203. Устройство для стопорения шпильки / Ю.С.Соколов. F 16 B 39/02. Заявл. 12.01.68. 1209820/27. Опубл. 30.11.76. БИ № 44).

Данное соединение обладает тремя существенными недостатками. Во-первых, в ступенчатом отверстии корпуса необходимо выполнить две резьбовые нарезки, причем разного направления, что повышает трудоемкость процесса. Во-вторых, после завинчивания шпильки в резьбовое отверстие корпуса нарезка гнезда и верхнего конца шпильки могут не совпасть с резьбой втулки, что приведет к смятию какой-либо из нарезок и снизит надежность сборки. В третьих, данное соединение можно собрать только при наличии зазоров в резьбовых контактах "шпилька-отверстие", "шпилька-втулка", "втулка-отверстие". При затяжке шпильки со втулкой обеспечивается надежный замок только в первоначальный момент сборки соединения. При работе, особенно при наличии динамических нагрузок, затяжка гаечного конца может ослабнуть, что приведет к вибрациям в системе "шпилька-втулка-отверстие" от наличия зазоров. Таким образом, надежное стопорение не обеспечивается.

Техническим результатом изобретения является улучшение стопорящих свойств соединения.

Сущность изобретения состоит в том, что самостопорящееся шпилечное соединение крышки с корпусной деталью, содержащее установленную в отверстиях соединяемых деталей шпильку, гайку и втулку, завинчивающуюся в гнездо корпуса, выполнено таким образом, что внутренняя и наружная поверхности втулки имеют винтовые шлицы одного направления, посадочный конец шпильки имеет винтовые шлицы противоположного направления, диаметр средней части шпильки больше диаметра гаечного и посадочного концов, гнездо и отверстие корпуса, а также средняя часть шпильки имеют гладкие поверхности, с диаметрами под выдавливание винтовых шлицев. При этом угол наклона винтовых шлицев на втулке и шпильке ≥45°, твердость материала посадочного конца шпильки выше твердости материала корпуса, а твердость материала втулки выше твердости материалов корпуса и средней части шпильки.

Наличие винтовых шлицев на внутренней и наружной поверхностях втулки, а также на посадочном конце шпильки с твердостью выше твердости материалов, в которые они внедряются, позволяет совмещать процесс сборки с выдавливанием ответных профилей на соответствующих поверхностях. При этом нет необходимости совмещать профили на шпильке и в гнезде, как это требуется в прототипе. Сборка может производиться последовательно за один ход на одном и том же оборудовании путем вдавливания с вращением. Полученное таким образом соединение, в отличие от прототипа, не имеет зазоров в контактах "шпилька-отверстие корпуса", "шпилька-втулка", "втулка-гнездо корпуса". Последеформационная усадка выдавливаемого материала обеспечивает высокий натяг в указанных контактах, обеспечивающий надежное стопорение. Разнонаправленность винтовых шлицев втулки и посадочного конца шпильки препятствует вращению шпильки, обеспечивая самостопорение.

В силу того что винтовые шлицевые профили имеют угол наклона ≥45°, вдавливание с вращением более производительно, чем обычное завинчивание.

Таким образом, наличие винтовых шлицев на втулке и посадочном конце шпильки, их разнонаправленность, применение материалов различной твердости и выполнение поверхностей под выдавливание винтовых шлицев гладкими позволяют получить тугое шпилечное соединение с самостопорящими свойствами.

На чертеже представлено самостопорящееся шпилечное соединение, состоящее из корпуса 1, крышки 2, стягивающихся шпилькой 3, втулкой 4 и гайкой 5 с шайбой 6. В корпусе имеются гладкие цилиндрические гнездо 7 и отверстие 8. Для демонтажа соединения служат отверстия на верхнем торце втулки 4.

Работа соединения осуществляется следующим образом. Вначале шпилька вдавливается с одновременным вращением в гладкое отверстие 8 до упора утолщенной средней частью в дно гнезда 7, при этом создается натяг в соединении "шпилька-отверстие корпуса". Затем между боковой поверхностью гнезда 7 и средней частью шпильки вдавливается втулка 4 с одновременным вращением противоположным вращению шпильки, при этом создается натяг в системе "втулка - средняя часть шпильки - гнездо корпуса". Далее соединение собирается, как обычное шпилечное. При затяжке гайкой 5 шпилька расклинивается между противоположно направленными нарезками посадочного конца шпильки и втулки 4, вследствие чего происходит ее стопорение.

Предложенное техническое решение позволяет улучшить стопорящие свойства известных соединений за счет устранения зазоров в контактах и обеспечивает больший ресурс безотказной работы соединений в условиях динамических нагрузок.

1. Самостопорящееся шпилечное соединение крышки с корпусной деталью, содержащее установленную в отверстиях соединяемых деталей шпильку, гайку и втулку, завинчивающуюся в гнездо корпуса, отличающееся тем, что внутренняя и наружная поверхности втулки выполнены с винтовыми шлицами одного направления, посадочный конец шпильки выполнен с винтовыми шлицами противоположного направления, диаметр средней части шпильки больше диаметров гаечного и посадочного концов, а гнездо и отверстие корпуса и средняя часть шпильки выполнены гладкими с диаметрами под выдавливание винтовых шлицев.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что угол наклона винтовых шлицев на втулке и шпильке больше или равен 45°.

3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что твердость материала посадочного конца шпильки выше твердости материала корпуса, а твердость материала втулки выше твердости материалов корпуса и средней части шпильки.