Шайба для использования между резьбовым крепежным средством и объектом, который должен крепиться резьбовым крепежным средством, и узел резьбового крепежного средства

Изобретение относится к резьбовым крепежным средствам и направлено на повышение надежности соединения. Шайба для использования между резьбовым крепежным средством и объектом, прикрепляемым резьбовым крепежным средством, содержит первую грань для непосредственной опоры резьбовым крепежным средством и разгруженную грань для непосредственной опоры на объект, причем шайба является толстой относительно своего диаметра, так что она является по существу жесткой и не является легко деформируемой при приложении к ней нагрузки обжатия во время затягивания резьбового крепежного средства, при этом разгруженная грань выполнена с возможностью гарантирования того, что начальный линейный контакт происходит между шайбой и объектом на наружной периферийной кромке разгруженной грани. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к резьбовым крепежным средствам и, в частности, к улучшенной шайбе для использования с резьбовым крепежным средством.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Широко известно, что следует обеспечивать шайбу между резьбовым крепежным средством и объектом, прикрепляемым резьбовым крепежным средством. Такие шайбы обычно выполнены в форме плоского диска, содержащего пару плоских граней, расположенных параллельно друг другу, и центральное отверстие, через которое, при их использовании, продолжается часть резьбового крепежного средства. В случае, в котором крепежное средство выполнено в форме резьбового болта, стержень болта будет продолжаться через центральное отверстие, а головка болта будет опираться на одну из двух граней шайбы, а другая грань шайбы будет опираться на прикрепляемый объект.

Проблема такой шайбы предшествующего уровня техники состоит в том, что, если болт затягивается с использованием электрического гайковерта, может происходить вращение шайбы во время затяжки. Результат такого вращения или проскальзывания шайбы состоит в снижении нагрузки зажима, при уменьшенной нагрузке зажима, зажимное соединение может не удаваться. Такая несостоятельность может быть серьезной, если резьбовое крепежное средство используется для крепления наиболее важного компонента устройства, например, такого как ведущий шкив вспомогательных устройств двигателя моторного транспортного средства.

Задача изобретения заключается в предложении улучшенной шайбы, которая преодолевает или минимизирует появление вышеупомянутой проблемы.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту изобретения, предложена шайба для использования между резьбовым крепежным средством и объектом, который должен крепиться резьбовым крепежным средством, содержащая первую грань для опоры резьбовым крепежным средством и разгруженную грань для опоры на объект, при этом разгруженная грань выполнена с возможностью гарантирования того, что начальный контакт между шайбой и объектом происходит на наружной периферийной кромке разгруженной грани.

Разгруженная грань может быть вогнутой гранью.

Разгруженная грань может быть образована вогнутой в форме усеченного конуса поверхностью.

Разгруженная грань может быть образована вогнутой сферической поверхностью.

Первая грань может быть по существу плоской гранью.

Первая грань может быть выпуклой в форме усеченного конуса гранью.

Первая грань может быть выпуклой в форме усеченного конуса гранью, разгруженная грань может быть вогнутой в форме усеченного конуса поверхностью, и поверхность первой грани может быть расположена по существу параллельно поверхности разгруженной грани.

Начальный контакт может быть линейным контактом.

Шайба может быть по существу жесткой.

Согласно второму аспекту изобретения, предложен узел резьбового крепежного средства, содержащий резьбовое крепежное средство и шайбу, выполненную в соответствии с упомянутым первым аспектом изобретения, в котором шайба расположена между резьбовым крепежным средством и объектом, прикрепленным резьбовым крепежным средством, при этом по меньшей мере во время начальной затяжки резьбового крепежного средства, резьбовое крепежное средство опирается на часть первой грани шайбы, а наружная периферийная кромка разгруженной поверхности шайбы опирается на прикрепляемый объект.

Резьбовое крепежное средство может быть болтом, содержащим головку, и шайба расположена между головкой болта и объектом.

В качестве альтернативы, резьбовое крепежное средство может быть гайкой, и шайба расположена между гайкой и объектом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее, изобретение, в качестве примера будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - вид сбоку узла крепежного средства первого варианта осуществления согласно второму аспекту изобретения, содержащего шайбу согласно первому аспекту изобретения;

фиг.2 - вид в направлении стрелки Z по фиг.1;

фиг.3a - поперечный разрез шайбы, показанной на фиг.1 и 2;

фиг.3b - вид в увеличенном масштабе области ‘b’, показанной на фиг.3a;

фиг.4 - вид сбоку второго варианта осуществления узла крепежного средства, показанного прикрепляющим шкив к валу;

фиг.5 - схематичный поперечный разрез по первому варианту осуществления шайбы, показанной на фиг.1-4, показывающий форму шайбы в увеличенном виде;

фиг.6 - схематичный поперечный разрез по второму варианту осуществления шайбы, показанной на фиг.1-4, показывающий форму шайбы в увеличенном виде; и

фиг.7 - схематичный поперечный разрез по третьему варианту осуществления шайбы, показанной на фиг.1-4, показывающий форму шайбы в увеличенном виде.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С конкретной ссылкой на фиг.1-3, показан узел 1 крепежного средства, содержащий резьбовое крепежное средство в виде болта 2 и шайбу 10.

Болт 2 имеет резьбовой стержень 3 и головку 4. Головка 4 является шестиугольной по форме и имеет фланцевый торец 5 для опоры, при его использовании, на шайбу 10.

Шайба 10 имеет первую грань 11, на которую, при ее использовании, опирается фланцевый торец 5, и вторую разгруженную грань 12, содержащую наружную периферийную кромку 12e для опоры на объект, который должен крепиться на месте болтом 2, так что шайба 10 расположена между головкой 4 болта 2 и объектом.

Шайба 10 имеет наружную круговую грань 14, образующую наружный диаметр ‘D’ шайбы 10, и отверстие 15, образующее внутренний диаметр ‘d’ шайбы 10. При использовании, резьбовой стержень 3 продолжается через отверстие 15 шайбы 10, чтобы закреплять объект, такой как шкив, на месте. Фаска 13 присоединяет плоскую грань 11 к наружной круговой грани 14 шайбы 10.

На фиг.3b показан необязательный признак, в котором наружная периферийная кромка 12e образована ступенькой 14s на наружной круговой грани 14 шайбы 10. В таком случае, наружная периферийная кромка 12e не является совпадающей наружной окружностью шайбы 10, но расположена слегка вложенной от наружной периферии шайбы 10.

Шайба 10 является толстой относительно своего диаметра, так что она не является легко деформируемой посредством нагрузки обжатия, прикладываемой болтом 2, и во время затяжки болта 2 шайба 10 может упоминаться по существу жесткой. То есть, существует минимальный прогиб шайбы 10, когда затягивают болт 2.

Разгруженная грань 12 выполнена так, чтобы только наружная периферийная кромка 12e разгруженной поверхности 12 находилась в контакте с фиксируемым объектом, когда шайба 10 в начале зажимается между фланцевым торцом 5 головки 4 болта и объектом посредством затяжки болта 2. Эта конфигурация шайбы гарантирует, что максимально возможный радиус обеспечивается для расположения контакта между шайбой и фиксируемым объектом. Начальная площадь контакта между шайбой 10 и объектом очень мала, и фактически является линейным контактом, тем самым сильно увеличивая нагрузку на единицу площади.

Комбинация этих двух признаков была найдена авторами очень эффективной в предотвращении вращения шайбы 10, если болт 2 затягивается с использованием гайковерта постоянного тока.

В одном из вариантов осуществления изобретения, шайба 10, имеющая наружный диаметр 40 мм, толщину 6,5 мм и разгруженную грань 12 с вогнутой в форме усеченного конуса поверхностью, расположенной под углами между 0,2 и 0,8 градусов к плоскости, размещенной параллельно первой поверхности 11, при условии увеличения момента проскальзывания между 15 и 20%. То есть больший крутящий момент требовался, чтобы заставить шайбу 10 проскальзывать.

Со ссылкой на фиг.4, показан крепежный узел, альтернативный описанному ранее, но который содержит шайбу 110, содержащую идентичные или подобные признаки описанным со ссылкой на любую из фиг.1-3b.

Единственное значимое различие между этим вариантом осуществления и вариантом осуществления, показанным на фиг.1 и 2, состоит в том, что резьбовое крепежное средство, в этом случае, выполнено гайкой 104 и шпилькой 102, содержащей резьбовую концевую часть 103, вместо болта 2, показанного на фиг.1 и 2.

На фиг.4 шайба 110, которая является по существу такой же, как шайба, описанная ранее, вставлена или расположена между гайкой 104 и шкивом 102, который крепится или фиксируется к валу 130 шпилькой 102 и гайкой 104. Шкив 120 имеет шлицованное отверстие для зацепления со шлицевым выступом 132 вала 130.

Шайба 110, как раньше, имеет разгруженную грань (невидимую на фиг.4) в контакте со шкивом 120, и дополнительную грань 111, которая опирается гайкой 104.

Как раньше, разгруженная грань гарантирует, что начальный контакт между шайбой 110 и шкивом 120 происходит на наружной периферии разгруженной грани, и в этом случае, прилегающей к наружной периферийной грани 114 шайбы 110.

Начальная площадь контакта между шайбой 110 и шкивом 120 очень мала и фактически является линейным контактом, тем самым сильно увеличивая нагрузку на единицу площади.

Фиг.5-7 показывают три возможных конфигурации для шайбы 10, 110, показанной на фиг.1-4. В каждом случае, конфигурация шайбы показана увеличенной в целях иллюстрации.

На фиг.5 шайба 210 содержит по существу плоскую планарную грань 211, расположенную перпендикулярно к центральной оси шайбы 210, разгруженную грань 212, отверстие 215 и наружную круговую грань 214. В этом случае, разгруженная грань образована вогнутой в форме усеченного конуса поверхностью 212. Поверхность 212 в форме усеченного конуса расположена под углом θ к плоскости, размещенной параллельно плоской поверхности 211. Угол θ очень мал и типично попадает в диапазон от 0,1 до 2,0 градусов, так что образуется прилежащий угол Φ между 179,9 и 176 градусами. В одном из примеров, прилежащий угол 178 градусов использовался с хорошим результатом.

Назначение вогнутой в форме усеченного конуса поверхности 212 состоит в том, чтобы гарантировать, что начальный контакт между шайбой 210 и фиксируемым объектом происходит на наружной периферийной кромки 212e вогнутой грани 212. В этом случае, наружная периферийная кромка 212e расположена на стыке вогнутой грани 212 с наружной круговой гранью 214 шайбы 210, тем самым доводя до максимума эффективный радиус контакта между шайбой 210 и объектом. Как раньше, шайба 210 является толстой относительно своего диаметра, так что она является по существу жесткой, когда зажимается резьбовым крепежным средством, таким как болт или гайка. Это гарантирует, что сохраняется большой эффективный радиус контакта во время начальной затяжки резьбового крепежного средства, и только во время конечных стадий затяжки будет возникать сколько-нибудь значительный прогиб шайбы 210, посредством которого временное проскальзывание шайбы 210 не может происходить вследствие приложенной нагрузки.

Как раньше, начальная площадь контакта между шайбой 210 и прикрепляемым объектом очень мала, и контакт фактически является линейным контактом, тем самым сильно увеличивая нагрузку на единицу площади.

На фиг.6 шайба 310 содержит первую вогнутую в форме усеченного конуса планарную грань 311, вогнутую разгруженную грань 312, отверстие 315 и наружную круговую грань 314.

В этом случае, разгруженная грань образована вогнутой в форме усеченного конуса поверхностью 312, в которой коническая поверхность 312 расположена под углом θ к плоскости, расположенной параллельно плоскости 311’, размещенной перпендикулярно к центральной оси шайбы 310. Угол θ очень мал и типично попадает в диапазон от 0,1 до 2,0 градусов, так что образуется прилежащий угол Φ между 179,9 и 176 градусами. В одном из примеров, прилежащий угол 178 градусов использовался с хорошим результатом.

Назначение вогнутой в форме усеченного конуса поверхности 312 состоит в том, чтобы гарантировать, что начальный контакт между шайбой 310 и фиксируемым объектом происходит на наружной периферийной кромке 312e вогнутой грани 312. В этом случае, наружная периферийная кромка 312e расположена на стыке вогнутой грани 312 с наружной круговой гранью 314 шайбы 310, тем самым доводя до максимума эффективный радиус контакта между шайбой 310 и объектом.

Как раньше, шайба 310 является толстой относительно своего диаметра, так что, она является по существу жесткой, когда зажимается резьбовым крепежным средством, такой как болт или гайка. Это гарантирует, что сохраняется большой эффективный радиус контакта во время начальной затяжки резьбового крепежного средства, и только во время конечных стадий затяжки будет возникать сколько-нибудь значительный прогиб шайбы 310, посредством которого временное проскальзывание шайбы 310 не может происходить вследствие приложенной нагрузки.

Первая вогнутая в форме усеченного конуса планарная грань 311 расположена под таким же углом θ к плоскости 311’, размещенной перпендикулярно к центральной оси шайбы 310. Как раньше, угол θ очень мал и типично попадает в диапазон от 0,1 до 2,0 градусов, так что образуется внешний угол δ между 180,2 и 184 градусами. В одном из примеров, внешний угол 182 градусов использовался с хорошим результатом.

Поэтому поверхность, образующая первую выпуклую в форме усеченного конуса планарную грань 311, расположена по существу параллельно вогнутой в форме усеченного конуса грани 312. То есть шайба 310 имеет по существу равномерную толщину.

Такая шайба может производиться посредством изготовления в начале полностью плоской шайбы по требуемым размерам, а затем горячим прессованием или штамповкой шайбы в пресс-форме для создания двух граней 311, 312 в форме усеченного конуса. При таком способе производства, предпочтительно, если ступенчатая структура кромки, показанная на фиг.3b, используется для образования наружной кромки для вогнутой в форме усеченного конуса поверхности 312.

В одном из вариантов осуществления такой шайбы 310, шайба имела общий диаметр 48 мм, толщину 8 мм, и уклон (θ) каждой из двух поверхностей 311, 312 в форме усеченного конуса к плоскости, расположенной перпендикулярно к центральной оси шайбы 310 имел значение 1 градус.

Как раньше, начальная площадь контакта между шайбой 310 и прикрепляемым объектом очень мала, и контакт фактически является линейным контактом, тем самым сильно увеличивая нагрузку на единицу площади.

На фиг.7, шайба 410 содержит первую по существу планарную плоскую грань 411, разгруженную грань 412, отверстие 415 и наружную окружность 414. В этом случае, разгруженная грань образована вогнутой сферической поверхностью 412. Кривизна частично сферической поверхности 412 такова, что вогнутость глубиной от 0,2 до 0,8 мм создается по сравнению с ситуацией, если бы должна была использоваться плоская поверхность. Назначение вогнутой сферической поверхности 412 состоит в том, чтобы гарантировать, что начальный контакт между шайбой 10 и фиксируемым объектом происходит на наружной периферийной кромки 412e разгруженной грани 412. В этом случае, наружная периферийная кромка 412e находится на стыке конической грани 412 с наружной круговой гранью 414 шайбы 410, тем самым доводя до максимума эффективный радиус контакта между шайбой 410 и объектом.

Как раньше, шайба 410 является толстой относительно своего диаметра, так что она является по существу жесткой, когда зажимается резьбовым крепежным средством, таким как болт или гайка. Это гарантирует, что сохраняется большой эффективный радиус контакта во время начальной затяжки резьбового крепежного средства, и только во время конечных стадий затяжки будет возникать сколько-нибудь значительный прогиб шайбы 410, посредством которого временное проскальзывание шайбы 410 не может происходить вследствие приложенной нагрузки.

Как раньше, начальная площадь контакта между шайбой 410 и прикрепляемым объектом очень мала, и контакт фактически является линейным контактом, тем самым сильно увеличивая нагрузку на единицу площади.

Хотя изобретение было описано со ссылкой на вариант осуществления, в котором шкив крепится к валу, следует принимать во внимание, что изобретение может быть применено к любому использованию резьбового крепежного средства, при котором является проблемой проскальзывание шайбы во время затяжки резьбового крепежного средства.

Предпочтительно, шайба является толстой, так чтобы она была по существу жесткой, тем самым, поддерживая большой радиус контакта до тех пор, пока не была устранена опасность проскальзывания.

Специалистам в данной области техники следует принимать во внимание, что, хотя изобретение было описано в качестве примера со ссылкой на несколько вариантов осуществления, оно не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, и что альтернативные варианты осуществления могут быть созданы, не выходя из объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

1. Шайба для использования между резьбовым крепежным средством и объектом, прикрепляемым резьбовым крепежным средством, содержащая первую грань для непосредственной опоры резьбовым крепежным средством и разгруженную грань для непосредственной опоры на объект, причем шайба является толстой относительно своего диаметра, так что она является по существу жесткой и не является легко деформируемой при приложении к ней нагрузки обжатия во время затягивания резьбового крепежного средства, при этом разгруженная грань выполнена с возможностью гарантирования того, что начальный линейный контакт происходит между шайбой и объектом на наружной периферийной кромке разгруженной грани.

2. Шайба по п. 1, в которой разгруженная грань является вогнутой гранью.

3. Шайба по п. 1, в которой разгруженная грань образована вогнутой поверхностью в форме усеченного конуса.

4. Шайба по п. 1, в которой разгруженная грань образована вогнутой сферической поверхностью.

5. Шайба по любому из п. 1, в которой первая грань является по существу плоской гранью.

6. Шайба по любому из п. 1, в которой первая грань является выпуклой гранью в форме усеченного конуса.

7. Шайба по п. 6, в которой поверхность первой грани расположена по существу параллельно поверхности разгруженной грани.

8. Узел резьбового крепежного средства, содержащий резьбовое крепежное средство и шайбу по любому из пп. 1-7, при этом шайба расположена между резьбовым крепежным средством и объектом, прикрепленным резьбовым крепежным средством, причем по меньшей мере во время начальной затяжки резьбового крепежного средства, резьбовое крепежное средство опирается на часть первой грани шайбы, а наружная периферийная кромка разгруженной поверхности шайбы опирается на прикрепляемый объект.

9. Узел по п. 8, в котором объект представляет собой шпильку.

10. Узел по п. 8 или 9, в котором резьбовое крепежное средство является болтом, содержащим головку, а шайба расположена между головкой болта и объектом.

11. Узел по п. 8 или 9, в котором резьбовое крепежное средство является гайкой и шайба расположена между гайкой и объектом.