Бесхомутное зажимное соединение

Бесхомутное зажимное соединение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к зажимному соединению на распорном элементе для стыковочного соединения узлов или деталей, например деталей ходовой части. Согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения зажимное соединение содержит в себе концевую область трубчатой распорки распорного элемента, а также резьбовую шпильку.

Из уровня техники известны распорные элементы, посредством которых различные детали или узлы соединяются между собой. При этом речь может идти о жестких распорках, например, таких как распорки каркаса или опоры, которые по существу неподвижно располагаются между деталями и, тем самым, препятствуют относительным перемещениям деталей между собой.

Из уровня техники известны также подвижные распорные элементы, такие как, например, соединительные стойки, качательные опоры, распорки ходовой части и продольные или поперечные рулевые тяги, которые в большинстве случаев на обоих концах подвижно или шарнирно соединены с соответствующими соединительными деталями или узлами, например, чтобы сочленять друг с другом соединительные детали относительно степени свободы перемещения или чтобы управлять положением или наклонным положением узлов, таких как, например, поворотных цапф безрельсового транспортного средства.

Прежде всего, в транспортном машиностроении к подобным распорным элементам предъявляются высокие требования, в том числе, прежде всего, относительно высокой допустимой нагрузки и усталостной прочности, высокой устойчивости к поломкам, а также высокой коррозионной стойкости. Одновременно подобные распорные элементы по возможности должны занимать мало монтажного пространства для предотвращения возможных столкновений с соседними узлами или чтобы не ограничивать свободу перемещения других деталей и узлов, прежде всего в области ходовой части. В большинстве случаев общим требованием к подобным распорным элементам является также возможность регулировки по длине, которая обычно реализована посредством разделения распорки на две части с резьбовым соединении обеих частей.

Из уровня техники известны продольные и поперечные рулевые тяги или же вообще распорные элементы, у которых в большинстве случаев трубчатая распорка на одном или обоих концах снабжена внутренней резьбой, которая служит для монтажа резьбовой шпильки. В свою очередь, резьбовая шпилька может быть связана с соединительными деталями, например с шаровой головкой шарового шарнира. Для установки нужной длины распорного элемента, например, для возможности регулировки геометрии ходовой части или угла поворота рулевого колеса на безрельсовом транспортном средстве, резьбовую шпильку ввинчивают в резьбу трубчатой распорки до достижения нужной длины распорки. Для предотвращения люфта или самопроизвольного перемещения распорного элемента затем необходимо безлюфтовое и прочное закрепление резьбовой шпильки во внутренней резьбе распорки.

В уровне техники это требование обычно выполняется за счет того, что снабженная внутренней резьбой концевая область распорки имеет осевую прорезь, причем одновременно на внешней стороне распорки в области внутренней резьбы или же осевой прорези распорки размещается зажимный хомут. За счет затяжки зажимного хомута (с резьбовой шпилькой на нужную глубину завинчивания) распорка в области ее внутренней резьбы радиально сжимается, закрепляя таким образом резьбовую шпильку.

Однако такое известное из уровня техники закрепление резьбовой шпильки распорного элемента в нужном осевом положении имеет недостатки. Так, с необходимым рядом осевых прорезей в резьбовой области распорки, прежде всего, связано существенное ослабление конца распорки относительно кручения, изгиба и прочности при продольном изгибе. Далее за счет осевой прорези в резьбовой области созданы реакционные поверхности для коррозии, в то время как вода или другие корродирующие среды могут попадать на резьбу распорки или же резьбовой шпильки или даже внутрь распорки. Вследствие этого может происходить дальнейшее ослабление распорки или внутренняя резьба распорки и резьбовая шпилька могут приржаветь, что может затруднить последующее регулирование или демонтаж распорного элемента.

Далее необходимый для сжатия конца распорки в резьбовой области зажимный хомут обычно требует значительного монтажного пространства, вследствие чего используемое распорным элементом в этой области пространство зачастую увеличивается почти вдвое. Вследствие этого могут происходить столкновения с соседними деталями или узлами, тем более что позицию зажимного хомута под углом в резьбовой области распорки обычно нельзя более точно определить или задать. Тем самым зажимный хомут в принципе может выступать в любых направлениях от распорки, что опять-таки должно учитываться при конструировании и испытании на столкновение набора окружающих узлов.

Наконец, для безопасного и надлежащего монтажа подобных распорок в резьбовой области на конце распорки обычно требуется обегающий кольцевой паз для того, чтобы при монтаже зажимного хомута обеспечить заданное осевое положение зажимного хомута. Как нанесение осевой прорези, так и кольцевого паза представляют собой не только ослабление конца распорки, но и требуют при изготовлении дополнительных технологических операций, с которыми связаны соответствующие затраты на обработку.

При таких предпосылках задачей настоящего изобретения является создание зажимного соединения для распорного элемента, с помощью которого преодолеваются существующие в уровне техники указанные ограничения и недостатки. Зажимное соединение согласно изобретению должно при этом надежно и прочно соединять распорку и резьбовую шпильку распорного элемента, не приводя к ослаблению структуры распорки или не создавая реакционных участков для коррозии. К тому же для зажимного соединения согласно изобретению должно быть достаточно минимального монтажного пространства, оно должны быть легко монтируемым и изготавливаться с низкими производственными расходами.

Эта задача решена посредством зажимного соединения с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Прежде всего, зажимное соединение известным самим по себе образом является частью распорного элемента для стыковочного соединения узлов или деталей и содержит в себе концевую область по существу трубчатой распорки, а также резьбовую шпильку для соединения с трубчатой распоркой.

Однако согласно изобретению зажимное соединение отличается резьбовой втулкой, расположенной в концевой области трубчатой распорки в радиальной кольцевой канавке между резьбовой шпилькой и внутренним поперечным сечением распорки. Резьбовая втулка имеет коническую внешнюю резьбу, а также сопряженную с резьбой резьбовой шпильки внутреннюю резьбу и, по меньшей мере, в области ее относящегося к распорке конца выполнена радиально эластичной. Конец распорки имеет при этом сопряженную с внешней резьбой резьбовой втулки коническую внутреннюю резьбу.

Зажимное соединение согласно изобретению обеспечивает тем самым монтаж распорки и резьбовой шпильки посредством расположенной на конце распорки конической внутренней резьбы и расположенной в ней резьбовой втулки с коническим внешним контуром. Для этого резьбовая втулка посредством своей внутренней резьбы принимает резьбовую шпильку распорного элемента. Тогда резьбовая шпилька может быть, прежде всего, обычным образом ввинчена на нужную глубину в конец распорки или же в расположенную там резьбовую втулку, чтобы таким образом установить требуемую длину распорного элемента.

Затем по достижении требуемой глубины ввинчивания или требуемой эффективной длины распорного элемента расположенную в конической внутренней резьбе на конце распорки резьбовую втулку затягивают. При этом вследствие выполненной, по меньшей мере, частично или же на ее относящемся к распорке конце упругой радиальном направлении резьбовой втулки, а также вследствие конической резьбы распорки и резьбовой втулки происходит радиальное сжатие резьбовой втулки и, тем самым, фрикционное закрепление резьбовой шпильки относительно трубчатой распорки.

Другими словами, это значит, что благодаря изобретению может быть получено прочное соединение между распоркой и резьбовой шпилькой, не требующее для этого ряда прорезей на конце распорки или применения зажимного хомута. Таким образом, отпадают связанное с рядом прорезей ослабление распорки и созданная ими реакционная поверхность для коррозии, а также обычный до сих пор опоясывающий паз на конце распорки для закрепления зажимного хомута. К тому же с отказом от зажимного хомута решающим образом сокращается необходимое в области конца распорки монтажное пространство и исчезает связанная с принятыми до сих пор зажимными хомутами опасность столкновения с соседними деталями или узлами.

При этом внутренняя резьба распорки и внешняя резьба резьбовой втулки предпочтительно выполнены в форме конического участка и имеют одинаковый угол раствора конуса. Таким образом резьбу можно изготавливать с оптимальными затратами, и резьбовая втулка сначала может быть легко ввинчена во внутреннюю резьбу на конце распорки, после чего резьбовая шпилька ввинчивается в резьбовую втулку до требуемой глубины завинчивания. Затем происходит радиальная деформация резьбовой втулки за счет законтривания резьбовой втулки относительно распорки.

Однако в зависимости от выполнения, толщины стенок и радиальной жесткости резьбовой втулки и/или распорки углы раствора конуса внутренней резьбы распорки и внешней резьбы втулки могут выполняться с незначительными конструктивными отличиями. Тем самым, например, возможное радиальное расширение диаметра распорки на внешнем конце распорки вследствие потери резьбовой втулкой упругости в радиальном направлении и, при определенных обстоятельствах, связанной с этим тугости хода при законтривании резьбовой втулки относительно распорки может быть уменьшено или предотвращено. По тем же причинам для формы резьбы внешней резьбы резьбовой втулки и/или внутренней резьбы распорки может быть выбрана незначительно отличающаяся от конической формы конфигурация. Например, внутренняя резьба распорки может быть выполнена конической, а внешняя резьба втулки конической с бочкообразным наложением, чтобы таким образом, прежде всего, избежать максимальных напряжений при законтривании резьбовой втулки относительно распорки.

Изобретение осуществляется также независимо от того, каким образом реализована радиальная упругость резьбовой втулки по меньшей мере в области ее относящегося к распорке конца. Однако резьбовая втулка предпочтительно имеет для этого в области ее относящегося к распорке конца по меньшей мере одну радиальную прорезь. Особо предпочтительно резьбовая втулка имеет в области ее относящегося к распорке конца несколько равномерно расположенных по контуру резьбовой втулки радиальных прорезей. Таким образом не происходит отрицательного воздействия на функцию внешней, а также внутренней резьбы резьбовой втулки, и одновременно для закрепления с геометрическим замыканием резьбовой шпильки в конце распорки обеспечивается необходимая радиальная упругость резьбовой втулки.

Осевая длина по меньшей мере одной радиальной прорези резьбовой втулки или же длина распределенных по контуру втулки нескольких радиальных прорезей составляет при этом предпочтительно более половины, особо предпочтительно более двух третей, осевой длины резьбовой втулки. За счет того, что радиальная прорезь или радиальные прорези резьбовой втулки занимают по возможности большую часть длины резьбовой втулки, оптимальным образом обеспечивается необходимая для эффективного зажима резьбовой шпильки радиальная упругость резьбовой втулки в конце распорки.

Согласно следующим предпочтительным вариантам осуществления изобретения резьбовая втулка имеет область заплечика по меньшей мере с одной плоскостью под ключ или же распорка имеет участок под ключ по меньшей мере с одной плоскостью под ключ. Таким образом облегчается монтаж зажимного соединения и законтривание резьбовой втулки относительно распорки, причем необходимый для этого крутящий момент может быть введен через соответствующие плоскости под ключ на резьбовой втулке и/или на распорке.

Следующий, особо предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что на внешнем контуре распорки в области соединения с резьбовой втулкой расположено усилительное кольцо. Тем самым расположенное в области конической внутренней резьбы на конце распорки или вблизи конца распорки усилительное кольцо служит, прежде всего, при тонкостенных распорках, для усиления конца распорки в радиальном направлении. Поскольку при законтривании резьбовой втулки относительно распорки вследствие конической резьбы распорки и резьбовой втулки создается радиальное давление внутрь на резьбовую шпильку и наружу на стенки распорки, при тонкостенных распорках это могло бы в противном случае приводить к нежелательному расширению конца распорки и, тем самым, к связанному с ним возможному ослаблению зажимного соединения, что предотвращается посредством усилительного кольца.

При таких предпосылках еще один предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что на усилительном кольце расположена по меньшей мере одна относящаяся к распорке плоскость под ключ. Таким образом, прежде всего опять-таки при тонкостенных распорках, возможное ослабление распорки предотвращается посредством нанесения плоскостей под ключ, причем плоскости под ключ располагаются не непосредственно на распорке, а на расположенном на распорке усилительном кольце, на котором имеется достаточная для этого толщина стенок. С целью надежной передачи крутящего момента от усилительного кольца на распорку усилительное кольцо, при необходимости, может быть неразъемно соединено с распоркой, например, сварными точками или т.п.

Еще один предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что шаги резьбы внешней резьбы и внутренней резьбы резьбовой втулки одинаковы. Таким образом при монтаже зажимного соединения может происходить заключительное законтривание резьбовой втулки и распорки, причем осевое относительное положение резьбовой шпильки и распорки не меняется. Предпосылкой для такого варианта осуществления (однако не предпосылкой для осуществления изобретения) является то, что внешняя резьба и внутренняя резьба резьбовой втулки имеют одинаковое направление шага резьбы, что тем самым как внешняя резьба, так и внутренняя резьба резьбовой втулки выполнены в виде правой резьбы или что обе резьбы выполнены в виде левой резьбы.

Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что внешняя резьба и/или внутренняя резьба резьбовой втулки имеют неразъемное стопорением. Подобное неразъемное стопорение, при котором, прежде всего, речь может идти о клее для фиксации резьбы, вводится между витками резьбы распорки и резьбовой втулки или же между витками резьбы резьбовой шпильки и резьбовой втулки, и после отверждения или полимеризации дополнительно препятствует ослаблению резьбового соединения между распоркой и резьбовой втулкой или же между резьбовой шпилькой и резьбовой втулкой.

Изобретение принципиально не зависит от конструкции и цели применения распорного элемента. Однако, особо предпочтительно, в случае резьбовой шпильки вести речь о части опорной детали в качестве составной части распорного элемента. В случае опорной детали, которая служит для приложения силы к распорному элементу или же для привязки распорного элемента к соединительным деталям, речь может идти, прежде всего, об эластомерной опоре или о шаровом шарнире. Согласно этому варианту осуществления резьбовая шпилька может представлять собой, прежде всего, цельную приформованную часть шарового шарнира или корпуса шарнира для шарового шарнира или эластомерной опоры.

Еще один особо предпочтительный вариант осуществления изобретения предусматривает, что зажимное соединение является частью распорки ходовой части, например продольной или поперечной рулевой тяги, прежде всего для стыковочного соединения деталей ходовой части. Этот вариант осуществления имеет те предпосылки, что зажимное соединение согласно изобретению с особым преимуществом можно использовать в области ходовой части и подвески колес безрельсовых транспортных средств, т.к. здесь особенно хорошо могут быть применены решающие преимущества согласно изобретению, прежде всего существенная экономия монтажного пространства, повышенная коррозионная стойкость и значительно уменьшенная опасность столкновения с соседними деталями.

Далее изобретение подробнее поясняется с помощью рисунков, изображающих только примеры осуществления. При том показано:

Фиг.1 - схематический вид, частично в разрезе, концевой области распорного элемента с одним вариантом осуществления зажимного соединения согласно изобретению,

Фиг.2 - конец распорки в продольном разрезе и зажимное соединение распорного элемента согласно фиг.1,

Фиг.3 - изображение в разобранном виде зажимного соединения распорного элемента согласно фиг.1 и фиг.2,

Фиг.4 - резьбовая втулка зажимного соединения согласно фиг.1-3 в изометрическом изображении, и

Фиг.5 - вид резьбовой втулки с тыльной стороны согласно фиг.4.

На фиг.1 показана концевая область распорного элемента с расположенным там зажимным соединением в одном варианте осуществления согласно изобретению. В первую очередь, в качестве компонентов распорного элемента видна трубчатая распорка 1, а также расположенная в ее концевой области 5 резьбовая шпилька 2. В изображенном варианте осуществления резьбовая шпилька 2 представляет собой выполненную цельной часть корпуса 3 шарнира шарового шарнира 4.

Согласно изобретению в радиальной кольцевой канавке между концевой областью 5 распорки 1 и резьбовой шпилькой 2 расположена резьбовая втулка 6 с внутренней резьбой 12 и внешней резьбой 8. На изображениях фиг.1, 3, 4 и 5 для лучшей наглядности резьбы на резьбовой шпильке 2, распорке 1 и резьбовой втулке 6 отдельно не показаны.

На фиг.1 видно также расположенное в концевой области 5 распорки 1 усилительное кольцо 7. В изображенном варианте осуществления зажимного соединения усилительное кольцо 7, с одной стороны, служит для радиального усиления стенки трубчатой распорки 1 в ее концевой области 5, т.к. стенка распорки в области 5 вследствие расположенной на резьбовой втулке 6 конической внешней резьбы 8 при законтривании зажимного соединения 2, 5, 6 радиально расширяется наружу или же подвергается нагрузке, и к тому же стенка имеет в этой области уменьшающуюся к концу распорки толщину. Следующая задача усилительного кольца 7 в изображенном варианте осуществления состоит в том, чтобы обеспечить относящиеся к распорке плоскости 9 под ключ, с помощью которых распорку 1 при законтривании резьбовой втулки 6 можно придерживать с помощью ее плоскостей 10 под ключ.

На фиг.2 зажимное соединение согласно фиг.1 показано еще раз в продольном разрезе. Видны распорка 1 с расположенным на ней усилительным кольцом 7, резьбовая шпилька 2 шарового шарнира 4, а также расположенная в кольцевой канавке между резьбовой шпилькой 2 и трубчатой распоркой 1 резьбовая втулка 6. Резьбовая втулка 6 на своем внешнем контуре имеет конически проходящую внешнюю резьбу 8, которая в области 5 соединения ввинчена в сопряженную, тоже коническую внутреннюю резьбу 11 распорки 1.

На внутреннем контуре резьбовая втулка 6 имеет внутреннюю резьбу 12, которая выполнена сопряженной с цилиндрической резьбой резьбовой шпильки 2. При этом для монтажа распорного элемента резьбовая втулка 6 свободно ввинчивается в коническую внутреннюю резьбу 11 распорки 1. Затем шаровой шарнир 4 посредством резьбовой шпильки 2 можно ввинтить в резьбовую втулку 6 или же, следовательно, в конец распорки 1 до требуемой глубины ввинчивания или же до требуемой длины распорки. Таким образом можно, например, регулировать угол схождения оси безрельсового транспортного средства, если под распорным элементом имеется в виду продольная или поперечная рулевая тяга. Внешняя резьба 8 резьбовой втулки 6 проходит при этом по всей (конической) области 5 соединения резьбовой втулки 6, в то время как внутренняя резьба 12 резьбовой втулки 6 проходит во всей длине резьбовой втулки 6.

После происшедшего таким образом определения длины распорного элемента распорка 1 и резьбовая втулка 6 взаимно контрятся. Для этого распорка 1 имеет расположенные на усилительном кольце 7 плоскости 9 под ключ, а резьбовая втулка 6 имеет заплечик с другими плоскостями 10 под ключ. За счет законтривания распорки 1 и резьбовой втулки 6 вследствие конического выполнения внешней резьбы 8 резьбовой втулки 6 и внутренней резьбы 11 распорки 1 резьбовая втулка в распорке 1, прежде всего в области его относящегося к распорке конца 14, сжимается в радиальном направлении, вследствие чего внутренняя резьба 11 распорки 1, внешняя резьба 8, а также внутренняя резьба 12 резьбовой втулки 6 и резьба резьбовой шпильки 2 прижимаются друг к другу в радиальном направлении. Тем самым получается прочное соединение с осевым геометрическим замыканием и с силовым замыканием в направлении окружности между резьбовой шпилькой 2 или же шаровым шарниром 4 и распоркой 1.

На фиг.3 еще раз в разобранном виде показано изображенное на фиг.1 и фиг.2 в собранном виде зажимное соединение. Здесь, прежде всего, отчетливо виден ряд прорезей резьбовой втулки 6, за счет которых резьбовая втулка 6 в области 5 соединения с распоркой 1 приобретает свою необходимую для закрепления резьбовой шпильки 2 радиальную упругость, причем радиальная упругость резьбовой втулки 6 наиболее сильно выражена в области ее относящегося к распорке конца 14.

Резьбовая втулка 6 представлена еще раз в увеличенном виде на фиг.4 и фиг.5. При этом для лучшей наглядности на фиг.4 и фиг.5 внешняя резьба 8 и внутренняя резьба 12 резьбовой втулки 6 также графически не изображены. Видны радиальные прорези 13, которые простираются по большей части длины резьбовой втулки 6. Для лучшего показа конической геометрии резьбовой втулки 6 на фиг.5 тыльный торец 14 резьбовой втулки 6 изображен слегка заштрихованным.

В итоге становится ясно, что посредством изобретения создается зажимное соединение, с помощью которого распорка и резьбовая шпилька распорного элемента могут быть надежно и прочно соединены между собой, без ослабления структуры распорки вследствие зажимного соединения. По сравнению с основными деталями «распорка» и «резьбовая шпилька» зажимное соединение согласно изобретению почти не требует дополнительного монтажного пространства, отпадает необходимость в ослабляющих распорку и создающих реакционные поверхности для коррозии прорезях или пазах на конце распорки, и устраняется существующая при уровне техники опасность столкновения зажимного хомута в области конца распорки с соседствующими деталями или узлами.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 распорка

2 резьбовая шпилька

3 корпус шарнира

4 шаровой шарнир

5 область соединения

6 резьбовая втулка

7 усилительное кольцо

8 внешняя резьба втулки

9, 10 плоскость под ключ

11 внутренняя резьба распорки

12 внутренняя резьба втулки

13 радиальные прорези

14 торец втулки, концевая область втулки

1. Зажимное соединение распорного элемента для стыковочного соединения узлов соединения узлов или деталей, причем зажимное соединение включает в себя концевую область (5) по существу трубчатой распорки (1), а также резьбовую шпильку (2), отличающееся расположенной в концевой области (5) трубчатой распорки (1) в радиальной кольцевой канавке между резьбовой шпилькой (2) и внутренним поперечным сечением распорки (1) резьбовой втулкой (6) с конической внешней резьбой (8) и соответствующей резьбовой шпильке (2) внутренней резьбой (12), причем конец (5) распорки имеет соответствующую внешней резьбе (8) резьбовой втулки (6) коническую внутреннюю резьбу (11) и причем резьбовая втулка (6) по меньшей мере в области ее относящегося к распорке конца (14) выполнена радиально эластичной.

2. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что внешняя резьба (8) резьбовой втулки (6) и/или внутренняя резьба (11) распорки (1) выполнены в форме конического участка.

3. Зажимное соединение по п.2, отличающееся тем, что углы раствора конуса внутренней резьбы (11) распорки и внешней резьбы (8) резьбовой втулки имеют одинаковую величину.

4. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что резьбовая втулка (6) в области ее относящегося к распорке конца (14) имеет по меньшей мере одну радиальную прорезь (13).

5. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что резьбовая втулка (6) в области ее относящегося к распорке конца (14) имеет несколько равномерно распределенных вдоль ее контура радиальных прорезей (13).

6. Зажимное соединение по п.4 или 5, отличающееся тем, что осевая длина по меньшей мере одной радиальной прорези (13) резьбовой втулки (6) больше половины, предпочтительно больше двух третей, длины резьбовой втулки (6).

7. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что резьбовая втулка (6) имеет область заплечика по меньшей мере с одной плоскостью (10) под ключ.

8. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что распорка (1) имеет участок под ключ по меньшей мере с одной плоскостью (9) под ключ.

9. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что на внешнем контуре распорки (1) в области (5) соединения с резьбовой втулкой (6) расположено усилительное кольцо (7).

10. Зажимное соединение по пп.8 и 9, отличающееся тем, что на усилительном кольце (7) расположена по меньшей мере одна относящаяся к распорке плоскость (9) под ключ.

11. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что шаги резьбы внешней резьбы (8) и внутренней резьбы (12) резьбовой втулки (6) имеют одинаковую величину.

12. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что внешняя резьба (8) и/или внутренняя резьба (12) закреплены посредством неразъемного стопорения.

13. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что резьбовая шпилька (2) является частью опорной детали (4) распорного элемента.

14. Зажимное соединение по п.1, отличающееся тем, что зажимное соединение является частью распорки, например продольной или поперечной рулевой тяги, для стыковочного соединения деталей ходовой части.