Стопорная шайба

 

Использование: стопорение резьбовых соединений, в частности, в резонаторах и приспособлениях, работающих в условиях высоких температур и вибраций. Сущность изобретения: в плоской круглой металлической шайбе с центральным отверстием наружный диаметр, диаметр отверстия и толщина связаны соотношением, приведенным в описании. 2 ил.

Изобретение относится к вибрационной испытательной технике и может быть использовано, в частности, для крепления резонансов и приспособлений, работающих в условиях высоких температур и вибраций.

Известна стопорная шайба с подгибной лапкой по ГОСТ 13463-77. Ее применяют в тех случаях, когда головка болта находится вблизи от края одной из соединяемых деталей. Если головка болта размещена вдали от края детали и возможно сверление отверстия для носка шайбы, то используют стопорную шайбу с носиком по ГОСТ 13464-77.

Обе эти шайбы непригодны для болтов, имеющих цилиндрическую или полукруглую головку. Кроме того, вследствие пластичности материала стопорных шайб и их смятия при вибрации и температурных воздействиях, имеет место снижение усилия затяжки резьбового соединения и, как следствие, уменьшение надежности в процессе эксплуатации.

Известны упругие стопорные шайбы: шайба пружинная, шайба стопорная с внутренними или наружными зубьями, шайба из силиконовой резины. Так как контакт между соединяемыми деталями достигается за счет сил упругости упругой шайбы, то при нагружении соединения силой инерции в нем может появиться зазор. Пружинную шайбу применяют при ограниченных вибрациях для редко разбираемых соединений. Не рекомендуется использовать ее в соединениях, находящихся в труднодоступных местах.

Таким образом, известные стопорные шайбы обладают низкой надежностью и имеют ограниченную область применения при высоких температурах и вибрациях.

Предохранение резьбовых соединений от самоотвинчивания путем сварки, пластического деформирования с повреждением резьбы, приклеивание головки винта к соединяемой детали различными связывающими веществами не применяется в резонаторах и приспособлениях, устанавливаемых на столе вибрационного испытательного стенда, так как при испытаниях изделий необходимо осуществлять частую сборку и разборку соединений для замены испытуемых изделий.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является стопорная шайба, выполненная в виде плоской круглой металлической пластины с центральным отверстием.

Существенным недостатком при использовании такой шайбы является низкая надежность резьбового соединения в условиях воздействия высоких температур и вибраций, поскольку она предназначена только для предохранения соединяемых деталей от задиров и смятия.

Цель изобретения расширение области применения и повышение надежности стопорения при высоких температурах и вибрациях.

Цель достигается тем, что известная стопорная шайба, выполненная в виде плоской круглой металлической пластины с центральным отверстием, изготовлена с наружным диаметром D, диаметром отверстия d и толщиной h, определяемыми из условий у (1) h (2) где Fзат усилие затяжки крепежного болта; y и f предел текучести и коэффициент трения материала шайбы соответственно; коэффициент Пуассона.

Сущность изобретения заключается в том, что при объемном нагружении такой шайбы усилием затяжки болта происходит пластическое деформирование ее макрообъемов, вызывающее обминание сопряженных поверхностей и заполнение их микровпадин, что увеличивает силы трения. Для получения объемного нагружения необходимо выполнение двух условий: достижения состояния текучести материала шайбы (1) и отсутствия проскальзывания между шайбой и сопрягаемыми деталями (2).

При больших напряжениях в результате разрушения защитных пленок и пластического деформирования отдельные участки сопряженных поверхностей вступают в такой тесный контакт, при котором приходят в действие силы молекулярного сцепления, вызывающие взаимную диффузию атомов с образованием промежуточных структур. Воздействие повышенной температуры в зоне контакта дополнительно приводит к значительному увеличению сил сцепления и надежности стопорения резьбового соединения.

При невыполнении условия (2) получают не объемное, а плоское напряжение состояние шайбы, при котором шайба не удерживается силами трения в замкнутом объеме (происходит проскальзывание при ее нагружении), поэтому будет интенсивно происходить релаксация напряжений и уменьшение усилия затяжки. Соответственно и микросхватывание сопряженных поверхностей возникает на небольшой площади. Это связано с тем, что в шайбе будут действовать только нормальные напряжения, направленные по ее оси.

В условиях отсутствия проскальзывания шайба удерживается силами трения в замкнутом объеме, ее материал заполняет микровпадины сопрягаемых поверхностей и схватывание последних будет на большей площади. Дополнительно стопорение обеспечивается микровыступами поверхностей, удерживающих крепежный болт от проворачивания.

Сущность изобретения поясним на примере, в котором рассмотрим два случая: размеры шайбы выбраны по условиям (1) и (2), т.е. когда шайба нагружена до состояния текучести и удерживается в замкнутом объеме силами трения; условие (2) не выполняется, т.е. когда происходит проскальзывание сопрягаемых поверхностей.

На фиг. 1 и 2 показана предлагаемое устройство и расчетная схема.

Схема содержит крепежный болт 1, стопорную шайбу 2, сопрягаемую деталь 3. Зададимся исходными данными: Fзат 16000 Н; материал шайбы сталь Х25Н2Л, для которой примем f 0,1; 0,3; y 144-154 Н/мм2; D 17 мм; d 12 мм.

Первоначально выведем формулы (1) и (2), для чего рассмотрим условие, когда площадь шайбы при ее нагружении усилием затяжки болта не изменяется, а происходит только уменьшение ее толщины h. Это условие имеет место, если действуют достаточные силы трения, препятствующие проскальзыванию шайбы. Тогда в ее материале возникают напряжения в продольном и поперечном направлениях и она будет находиться в объемном напряженном состоянии, при котором применим обобщенный закон Гука.

Относительная деформация шайбы в поперечном направлении по осям ОХ и ОY определяется по выражениям x= - + 0; y= - + 0 (3) где Е модуль упругости; i напряжения, направленные вдоль осей ОХ, ОY, ОZ.

Так как перемещения шайбы вдоль ОХ и ОY отсутствуют (нет проскальзывания), то относительные деформации x и y равны нулю. При h const напряжения x= y. Тогда из (3) получает уравнение - + 0 (4) из которого находим напряжения x= y= (5) Нормальные напряжения, действующие в направлении оси OZ шайбы, определяются по формуле
(6) где А площадь поперечного сечения шайбы.

Результирующая сила, возникающая за счет действия напряжений xи y стремящаяся увеличить площадь шайбы, равна
Nx x hL xh D (7) где L длина шайбы по внешнему контуру.

Сила трения между сопрягаемыми поверхностями
Fmp Fзатf (8)
Отсутствие проскальзывания шайбы будет при условии
Fmp Nx, Fзатf xh D (9) откуда допустимое значение толщины шайбы
h
(10)
Подставив сюда формулы (5) и (6), получим в окончательном виде
h
(11)
По формуле (6) находим нормальные напряжения
z= 140,5 H/мм2 Так как z y, то шайба находится в состоянии текучести (выполняется условие (1). Иначе необходимо было бы изменить значения D и d.

По формуле (11) определяем допустимое значение толщины шайбы
h 0,5 мм Принимаем h 0,4 мм.

Поскольку условия (1) и (2) выполняются, то шайба находится в сложном напряженном состоянии, при котором увеличиваются силы трения.

При h > 0,5 мм сила Nх > Fmp. Следовательно, происходит проскальзывание шайбы между сопрягаемыми деталями.

Стопорная шайба представляет собой плоскую круглую металлическую пластину с наружным диаметром D и центральным отверстием диаметром d.

Шайба работает следующим образом.

Между головкой болта и сопрягаемой деталью устанавливается предлагаемая шайба. При ввинчивании крепежного болта за счет действия его усилия затяжки происходит пластическое деформирование шайбы, в результате чего возникают силы молекулярного сцепления и заполняются микронеровности сопрягаемых поверхностей. Для этого материал шайбы должен обладать достаточной пластичностью. Можно использовать, например, сталь Х25Н2Л. Благодаря малой толщине и пластичности материала уменьшается влияние на работоспособность шайбы высоких температур и вибраций, связанное со снижением механической прочности материала.

Предлагаемая стопорная шайба по сравнению с существующими позволяет расширить область применения: она может применяться при любых формах головки болта. Шайба также отличается простотой конструкции и высокой надежностью стопорения. Ее использование наиболее целесообразно при температурных и вибрационных испытаниях различных изделий.


Формула изобретения

Стопорная шайба, выполненная в виде плоской круглой металлической пластины с центральным отверстием, отличающаяся тем, что она изготовлена с наружным диаметром D, диаметром отверстия d и толщиной h, определяемыми из условий


где Fзат усилие затяжки крепежного болта;
у и f предел текучести и коэффициент трения материала шайбы соответственно;
коэффициент Пуассона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению, а именно к резьбовым соединениям со стопорными средствами

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях крепежных деталей для крепления верхнего строения железнодорожного пути

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при стопорении резьбовых соединений

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для стопорения резьбовых соединений

Изобретение относится к машиностроению и служит для стопорения резьбовых соединений

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при стопорении резьбовых соединений (болтов, шпилек)

Изобретение относится к области машиностроения и горного дела и предназначено для использования в различных соединениях, преимущественно работающих в условиях ударных или вибрационных нагрузок

Изобретение относится к области машиностроения, к резьбовым разъемным соединениям, применяемым в машинах и механизмах, конструкциям различных самостопорящих приспособлений и конструктивным элементам крепежных деталей, препятствующим самоотвинчиванию

Изобретение относится к резьбовым соединениям

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соединения деталей, подвергающихся воздействию динамических и вибрационных нагрузок

Изобретение относится к самоконтрящемуся комплекту болт-гайка, и направлено на устранение ослабления соединения в результате вибрации

Изобретение относится к стопорной шайбе, которая предназначена для вставки между опорным элементом и завинчиваемым элементом и которая включает в себя два венца шайбы, каждый из которых имеет поверхность контактного взаимодействия. Указанные венцы, которые входят в контактное взаимодействие друг с другом и удерживаются сжатыми под действием осевого давления между указанным завинчиваемым элементом и указанным опорным элементом, выполнены с возможностью - при отвинчивании указанного завинчиваемого элемента - входить в контактное взаимодействие соответственно с указанным завинчиваемым элементом и указанным опорным элементом с возможностью поворота для обеспечения поворота указанных венцов шайбы друг относительно друга с целью фиксации указанного завинчиваемого элемента от поворота. В соответствии с изобретением указанная стопорная шайба имеет форму усеченного конуса, и указанная стопорная шайба выполнена с возможностью упругого деформирования для обеспечения возможности ее уплощения с образованием пружинящего элемента так, что указанное осевое давление поддерживается по существу постоянным. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Настоящее изобретение относится к металлической стопорной шайбе, предназначенной для установки в системе винт/гайка так, чтобы она была установлена между гайкой и несущим элементом с обеспечением контактного взаимодействия с ними. Техническим результатом является повышение трения между элементами. Металлическая стопорная шайба имеет контактную торцевую сторону, выполненную с возможностью входа в контакт с одним или другим из элементов, представляющих собой гайку и несущий элемент, при этом указанная контактная торцевая сторона имеет поверхность, которая выполнена с возможностью ее ввода во фрикционное взаимодействие с одним или другим из элементов, представляющих собой гайку и несущий элемент, при самоотвинчивании гайки. На указанную контактную торцевую сторону посредством термического проекционного осаждения добавочного материала нанесено шероховатое покрытие, образующее шероховатую поверхность для обеспечения возможности увеличения сил трения между контактной торцевой стороной металлической шайбы и одним или другим из элементов, представляющих собой гайку и несущий элемент. 10 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.

Изобретение относится к комплекту стопорных шайб и направлено на повышение надежности соединения элементов. Комплект стопорных шайб предназначен для использования вместе с винтом и содержит первую стопорную шайбу и вторую стопорную шайбу. Первая и вторая стопорные шайбы содержат средства для контактного взаимодействия с элементом, подлежащим прикреплению посредством резьбового соединения. Стопорные шайбы содержат средства для контактного взаимодействия друг с другом. Первая стопорная шайба имеет центральное сквозное отверстие, которое больше центрального отверстия второй стопорной шайбы, при этом вторая стопорная шайба имеет такой диаметр центрального сквозного отверстия, который позволяет предотвратить вход зубьев второй стопорной шайбы в контактное взаимодействие с головкой винта, которая имеет скос или закругление в переходной зоне между головкой винта и стержнем винта, вместе с которым она должна использоваться. Сквозное отверстие имеет такой диаметр, что если шайба будет размещена наиболее близко к головке винта, имеющей закругление или скос, имеющий два закругления, вторая стопорная шайба, будучи параллельной по отношению к нижней стороне головки винта, будет образовывать зазор, при этом первая и вторая стопорные шайбы представляют собой шайбы типа кулачкового зажима. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к вибрационной испытательной технике и может быть использовано, в частности, для крепления резонансов и приспособлений, работающих в условиях высоких температур и вибраций

Наверх