Винт и устройство для его удерживания и завинчивания
Владельцы патента RU 2313008:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Читинский государственный университет (ЧитГУ) (RU)
Изобретение относится к области машиностроения. Винт содержит головку со шлицевой полостью и стержень с резьбовой поверхностью. В нижней части шлицевой полости выполнено коническое углубление на высоту, превышающую высоту шлицевой полости, соответствующее коническому хвостовику устройства для удерживания и завинчивания винтов, обеспечивающему удержание винта за счет силы трения. При этом стержень выполнен с резьбовым переходным участком, расположенным между головкой и резьбовой поверхностью стержня, а резьба переходного участка по внутреннему диаметру выполнена с конусностью, соответствующей конусности конического углубления. Устройство для удерживания и завинчивания винтов содержит корпус с завинчивающим наконечником, конфигурация которого соответствует конфигурации шлицевой полости головки винта. Корпус снабжен стаканом и штоком, разделенными пружиной и расположенными внутри корпуса. Шток установлен с возможностью продольного перемещения и углового отклонения. В средней части шток выполнен с полусферой, прижатой пружиной к полусферическому дну внутренней полости корпуса. Верхняя часть штока заострена и размещена с возможностью совмещения с фаской стакана для центрирования штока с винтом. Нижняя часть штока выполнена с коническим хвостовиком, соответствующим коническому углублению винта. В результате повышается надежность ориентирования и автоматической сборки винтов за счет повышения надежности процесса сопряжения. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Группа изобретений относится к области машиностроения и приборостроения, в частности к производству соединительных операций с помощью автоматического оборудования.
Известен винт, содержащий головку с конической шлицевой полостью и стержень с резьбовой поверхностью, при этом коническая полость образована пазами кругового поперечного сечения, разделенными призматическими выступами, имеющими наклон относительно продольной оси винта (патент RU №2239105 С2, кл. F16В 23/00, В25В 15/00, 1999 г.).
Недостатком данного винта является то, что призматические выступы при передаче крутящего момента имеют площадь среза меньшую, чем общая площадь контакта инструмента по боковой поверхности конической полости. Таким образом, они могут быть срезаны инструментом при завинчивании.
Кроме того, коническая полость винта с выступами не имеет ориентирующих участков для надежного сопряжения с инструментом автоматических завинчивающих устройств, а высота конической полости соразмерна с ее диаметром у верхней грани головки и не обеспечивает надежного заклинивания в момент захвата, особенно при сборке в горизонтальном положении.
Известно устройство для удерживания и затягивания винтов в виде корпуса с завинчивающим наконечником, при этом конфигурация наконечника соответствует конфигурации конической полости винта (патент RU №2239105 С2, кл. F16В 23/00, В25В 15/00, 1999 г.).
Использование данного устройства затруднительно в автоматическом завинчивающем оборудовании в силу того, что оно не имеет элементов, обеспечивающих надежное попадание выступов наконечника в коническую полость головки винта. Поэтому при захвате винта может возникнуть ситуация, когда выступы наконечника попадут на выступы конической полости. Данное устройство не имеет элементов, устраняющих подобную ситуацию.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является винт, содержащий головку с двухступенчатым углублением со ступенями равной высоты. В верхней ступени выполнены шлицы в форме шестиконечной звезды по стандарту Torx® (ISO 10664), а в нижней - коническое углубление (патент RU №2262011 С2, кл. F16В 23/00, 35/06, В25В 15/00, 2000 г.).
Недостатком данного изобретения является необходимость увеличения высоты головной части винта и сложность ее формы. Это ограничивает область применения и требует дополнительных затрат при подготовке отверстий в плотных материалах, например в легких металлических сплавах. Увеличение высоты головки винта уменьшает длину резьбовой части, что существенно снижает стопорящие свойства винта. Изготовление таких внутренних полостей в полукруглых и потайных головках винтов невозможно, т.к. дно шлицевой полости может пересечь прилегающую поверхность головки или ослабить ее сечение.
Кроме того, шлицевая полость не имеет ориентирующих элементов для устройства удерживания, т.к. ее высота равна высоте конического углубления, что делает бесполезным наличие последнего. Вначале необходимо совместить шлицы завинчивающего устройства со шлицевой полостью головки винта, и только после этого центральный конический наконечник попадает в коническое углубление. Это исключает автоматический режим сборки и ограничивает область применения.
Известно также устройство для завинчивания винтов, содержащее корпус с завинчивающим наконечником в форме, ответной шлицевому углублению по стандарту Torx®, и конический хвостовик, ответный коническому углублению нижней ступени в головке винта (патент RU №2262011 С2, кл. F16В 23/00, 35/06, В25В 15/00, 2000 г.).
Недостатком данного устройства также является невозможность надежного сопряжения с элементами головки винта в начальный момент захвата. Это связано с тем, что выступы шлицевой части устройства могут совпасть с выступами первой ступени углубления винта, поэтому для надежного сопряжения в автоматическом режиме необходимы дополнительные средства распознавания такой ситуации и выработки команды на ее устранение.
В силу того, что шлицевая и гладкая ступень имеют цельную конструкцию и равную высоту, они не могут обеспечить надежного сопряжения с устройством, т.к. вначале завинчивающий наконечник должен войти в шлицевое углубление, и только после этого соединяются конический хвостовик и коническое углубление винта. При несовпадении шлицев устранить данную ситуацию невозможно.
Высота центрального конического хвостовика может колебаться относительно высоты ответного углубления в головке винта, при этом может возникнуть ситуация образования зазора между этими участками. Тогда «удержание за счет трения винта на инструменте», как это указано в изобретении, станет невозможным и центральный конический хвостовик устройства окажется бесполезным.
В известном изобретении устройство для удерживания имеет цельную жесткую конструкцию, что не позволяет ему последовательно совершать такие переходы захвата и удерживания винта, как поиск, совмещение осей, стыковку и совмещение шлицевой части и соответствующей полости винта. Таким образом, все эти переходы должны быть реализованы одновременно, а это возможно только в режиме ручной сборки, что ограничивает область применения устройства. Кроме того, известное устройство не способно производить сборку винтов стандартной конструкции, что также ограничивает область его применения.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности ориентирования и автоматической сборки винтов за счет повышения надежности процесса сопряжения.
Сущность изобретения заключается в том, что винт, содержащий головку со шлицевой полостью и стержень с резьбовой поверхностью, отличается тем, что в нижней части шлицевой полости выполнено коническое углубление на высоту, превышающую высоту шлицевой полости, соответствующее коническому хвостовику устройства для удерживания и завинчивания винтов, обеспечивающему удержание винта за счет силы трения, при этом стержень выполнен с резьбовым переходным участком, расположенным между головкой и резьбовой поверхностью стержня, а резьба переходного участка по внутреннему диаметру выполнена с конусностью, соответствующей конусности конического углубления.
Сущность изобретения заключается также в том, что устройство для удерживания и завинчивания винтов, содержащее корпус с завинчивающим наконечником, конфигурация которого соответствует конфигурации шлицевой полости головки винта, отличается тем, что корпус снабжен стаканом и штоком, разделенными пружиной и расположенными внутри корпуса, при этом шток установлен с возможностью продольного перемещения и углового отклонения, в средней части шток выполнен с полусферой, прижатой пружиной к полусферическому дну внутренней полости корпуса, а верхняя часть штока заострена и размещена с возможностью совмещения с фаской стакана для центрирования штока с винтом, при этом нижняя часть штока выполнена с коническим хвостовиком, соответствующим коническому углублению винта.
В предлагаемой конструкции винта шлицевое углубление располагается в головке винта и не требует ее особой конфигурации. Дно полости не ослабляет несущего сечения винта, т.к. коническое углубление расположено ниже, в области переходного участка. Такое расположение увеличивает базовую длину захвата и удерживания винта.
Наличие переходного резьбового участка с увеличивающимся в сторону головки внутренним диаметром резьбы повышает стопорящие свойства, т.к. внутренний профиль, сформированный основной резьбовой частью, уплотняется увеличивающимися по высоте впадинами переходного участка.
В силу того, что высота конического углубления превышает высоту шлицевой полости, конический хвостовик устройства вначале попадает в коническое углубление, и только затем совмещаются шлицы инструмента и впадины шлицевой полости винта.
При этом незначительное изменение высоты конического углубления винта, например по причине брака, не оказывает существенного влияния на процесс сборки. В данном случае шток автоматически устанавливается по высоте конического углубления.
Кроме того, сборка предлагаемых винтов возможна стандартным инструментом при условии соответствия формы приводных шлицев форме впадин головки винта, тем самым расширяется область применения данного крепежа.
В предлагаемой конструкции завинчивающий наконечник и конический хвостовик отделены друг от друга. При этом последний расположен в нижней части штока с возможностью «качания» и «плавания» относительно корпуса устройства за счет полусферы штока и пружины, разделяющей стакан корпуса и шток.
Такая конструкция позволяет захватить винт, перенести его к отверстию и произвести завинчивание, скомпенсировав радиальные и угловые погрешности начального несовпадения осей отверстия и завинчивающего устройства. Достоинством предлагаемого устройства является возможность производить сборку в труднодоступных местах, где невозможно применение наружных зажимных губок.
Раздельная конструкция конического хвостовика и завинчивающего наконечника позволяет расширить область применения, включив в нее стандартные винты без внутреннего конического углубления, т.к. при сборке таких винтов конический хвостовик перемещается во внутреннюю полость устройства, и винт будет сопрягаться только по шлицевой полости головки и завинчивающему наконечнику устройства.
На фиг.1 представлен винт: а) с круглой головкой; б) с потайной головкой. Винт содержит головку винта 1 и резьбовой стержень 2. Резьбовой стержень содержит резьбу 3 и переходной резьбовой участок 4. В головке винта выполнена шлицевая полость 5 для привода, в нижней части которой находится коническое углубление 6 вдоль продольной оси винта.
При этом глубина шлицевой полости равна hшл, высота головки hг, глубина конического углубления hкон, высота переходного резьбового участка hпу и длина резьбового стержня hc. Базовая длина удерживания винта равна LБ. Общая длина винта равна L=hc+hпу+hг, а конусности конического углубления 6 и переходного резьбового участка 4 примерно равны друг другу А≈Б. При этом выдерживаются следующие соотношения:
На фиг.2 показано устройство для удерживания и завинчивания винтов. Устройство содержит корпус 7, расположенные внутри корпуса стакан 8 и шток 9, в средней части которого находится полусфера 10. Шток содержит конический хвостовик 11. Шток и стакан разделены пружиной 12, при этом стакан неподвижно закреплен внутри корпуса, а шток имеет возможность продольного перемещения и углового отклонения. Форма завинчивающего наконечника соответствует форме шлицевой полости винта.
На фиг.3 представлены устройство для завинчивания, крепежный винт и сопрягаемая деталь 13 в процессе ориентирования винта на сборочной позиции. При этом конический хвостовик 11 устройства сопряжен с соответствующим коническим углублением 6 винта.
На фиг.4 представлен процесс завинчивания винта, показаны устройство для завинчивания, крепежный винт и отверстие в детали.
На фиг.5 показана сборка предложенным устройством винтов с обычной конфигурацией приводных шлицев (без конического углубления).
На фиг.6 показана сборка предложенного винта (с коническим углублением) обычным инструментом без конического хвостовика.
Конструкция винта включает шлицевую полость 5, расположенную в головке винта 7, а в силу того, что hшл<hг, дно шлицевой полости 5 не пересекает сечения (а-а) и тем самым не ослабляет его. При условии, что конусности А и Б примерно равны, несущее сечение не ослабляется по всей длине конического углубления 6 и переходного резьбового участка 4. Последний также необходим для повышения стопорящих свойств, т.к. увеличивающийся внутренний диаметр резьбы винта создает эффект посадки его по сбегу резьбы.
Условие hкон>hшп улучшает ориентацию винта за счет того, что в процессе сборки винт первоначально захватывается и удерживается коническим хвостовиком 11 и только после ориентации в шлицевую полость 5 головки винта 1 вводится завинчивающий наконечник. Наличие конического углубления 6 увеличивает длину базового размера LБ для захвата и удерживания винта, что повышает надежность автоматического сопряжения винта с устройством.
Процесс сборки винта с сопрягаемой деталью с помощью устройства для удерживания и завинчивания осуществляется следующим образом. Первоначально конический хвостовик 11 штока 9 выдвинут из завинчивающего инструмента под действием пружины 12. Устройство начинает перемещение в сторону винта, конический хвостовик 11 попадает в шлицевую полость 5, а затем в коническое углубление 6 винта. Конический хвостовик 11 удерживает винт за счет силы трения, при этом завинчивающий наконечник устройства еще не совмещен со шлицевой полостью 5 головки винта. Наличие подпружиненного штока 9 с полусферой 10 обеспечивает возможность «качания» штока 9 вместе с удерживаемым винтом, компенсируя погрешность от несовпадения осей устройства и отверстия сопрягаемой детали 13.
На фиг.3 показана работа устройства в процессе ориентации винта на сборочной позиции при несовпадении оси устройства и отверстия. Шток 9 устройства имеет возможность «качания» внутри корпуса 7 в пределах угла α. Погрешность начального углового положения винта не должна превышать величины
где fo - ширина фаски отверстия сопрягаемой детали 13;
LБ - длина удерживаемой части стержня винта 2 при касании его привалочной плоскости сопрягаемой детали 13.
Только при выполнении данного условия произойдет совмещение винта и отверстия по фаскам. Для его реализации необходимо выполнение условия α<γ.
После ориентации винта на сборочной позиции включается вращение V вокруг оси устройства, после создания осевого усилия Рo происходит совмещение сначала фасок винта и отверстия, а затем и их осей.
При вращении V и осевом перемещении устройства в сторону сопрягаемой детали 13 происходит продольное перемещение штока 9 в сторону стакана 8. Сжимающаяся при этом пружина 12 создает необходимое осевое усилие для наживления винта. Фаски штока 9 и стакана 8 совмещаются, происходит центрирование штока 9 с винтом по оси устройства и отверстия сопрягаемой детали 13.
Дальнейшая работа устройства показана на фиг.4. При вращательном движении устройства крепежная деталь завинчивается. В процессе ориентации и сборки постоянно сохраняется жесткая связь между штоком 9 и винтом посредством клинового эффекта между коническим хвостовиком 11 штока 9 и соответствующим коническим углублением 6 в головке винта 1.
После завинчивания устройство совершает поступательное движение в сторону от сопрягаемой детали 13, приводные элементы выходят из шлицевой полости 4 головки винта. Шток 9 упирается полусферой 10 в полусферическое дно внутренней полости корпуса, перемещается в сторону от винта и освобождает его тем самым от удерживания.
Сборка предложенным инструментом винтов со стандартными приводными элементами осуществляется известными методами и обычным порядком. В процессе сборки обычных винтов шток 9 с коническим хвостовиком 11 полностью перемещается во внутреннюю полость корпуса и не является препятствием для сборки указанных винтов (фиг.5).
Аналогично не представляет затруднений сборка предложенных винтов с коническим углублением 6 обычным инструментом без конического хвостовика (фиг.6).
Предложенное техническое решение позволяет удерживать и перемещать винт на сборочную позицию в процессе автоматической сборки, компенсируя радиальные и угловые перекосы винта. Конструкция винта не ослабляет его несущее сечение, а наличие конического углубления увеличивает базовую длину удерживания винта. Наличие гладких стенок предложенного конического углубления в головке винта и гладкая поверхность конического хвостовика приводят к быстрому и надежному сопряжению завинчивающего устройства и винта. При этом сохраняется возможность сборки обычными инструментами предложенного винта, а также возможность сборки предложенным завинчивающим устройством обычных крепежных деталей.
1. Винт, содержащий головку со шлицевой полостью и стержень с резьбовой поверхностью, отличающийся тем, что в нижней части шлицевой полости выполнено коническое углубление на высоту, превышающую высоту шлицевой полости, соответствующее коническому хвостовику устройства для удерживания и завинчивания винтов, обеспечивающему удержание винта за счет силы трения, при этом стержень выполнен с резьбовым переходным участком, расположенным между головкой и резьбовой поверхностью стержня, а резьба переходного участка по внутреннему диаметру выполнена с конусностью, соответствующей конусности конического углубления.
2. Устройство для удерживания и завинчивания винтов, содержащее корпус с завинчивающим наконечником, конфигурация которого соответствует конфигурации шлицевой полости головки винта, отличающееся тем, что корпус снабжен стаканом и штоком, разделенными пружиной и расположенными внутри корпуса, при этом шток установлен с возможностью продольного перемещения и углового отклонения, в средней части шток выполнен с полусферой, прижатой пружиной к полусферическому дну внутренней полости корпуса, а верхняя часть штока заострена и размещена с возможностью совмещения с фаской стакана для центрирования штока с винтом, при этом нижняя часть штока выполнена с коническим хвостовиком, соответствующим коническому углублению винта.
