RU2168076C1 - Flanged bolt with shaped head - Google Patents

Abstract

FIELD: machine engineering, possibly automatic assembling of threaded joints. SUBSTANCE: flanged bolt with shaped head includes threaded rod, flange with supporting surface and shaped head with outer engaging members for mounting tool. Said members are in the form of alternating longitudinal dents and recesses joined along radiuses. Supporting surface of flange is in the form of disc with angle γ no less than 0 degrees 20' and no more than 2 degrees. Height h of flange is determined by relation

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может использоваться при автоматической сборке резьбовых соединений. The invention relates to mechanical engineering and can be used in the automatic assembly of threaded joints.

Известен болт с шестигранной головкой с уменьшенным размером под ключ и одновременно уменьшенной высотой головки (Петриков В.Г., Власов А.П. Прогрессивные крепежные изделия. - М.: Машиностроение, 1991. - С. 11). Known bolt with a hexagonal head with a reduced turnkey size and at the same time reduced head height (Petrikov V.G., Vlasov A.P. Progressive fasteners. - M.: Mechanical Engineering, 1991. - S. 11).

Использование уменьшенного размера под ключ характерно для соединений с низким крутящим моментом предварительной затяжки болта; уменьшенной высотой головки болта - для соединений, работающих на поперечный срез. The use of a reduced turnkey size is typical for connections with a low torque pre-tightening the bolt; reduced height of the bolt head - for joints working on a transverse cut.

Подобные болты не пригодны для использования в соединениях, воспринимающих при эксплуатации высокие осевые нагрузки по следующим причинам: во-первых, шестигранные головки с уменьшенным размером под ключ не обеспечивают передачу высоких крутящих моментов, необходимых для создания требуемых усилий предварительной затяжки; во-вторых, на основании практического опыта и экспериментальных данных установлено, что при малой высоте головки происходит ее срез по цилиндрической поверхности диаметром, равным диаметру стержня болта. Поэтому болты с шестигранной головкой высотой менее 0,6 диаметра стержня для этих целей не применяют (Биргер И. А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.: Машиностроение, 1990. - С. 162). Such bolts are not suitable for use in joints that accept high axial loads during operation for the following reasons: firstly, hexagonal heads with a reduced key size do not provide the transmission of high torques necessary to create the required pre-tightening forces; secondly, on the basis of practical experience and experimental data, it is established that at a low head height, it is cut along a cylindrical surface with a diameter equal to the diameter of the bolt rod. Therefore, bolts with a hexagonal head with a height of less than 0.6 of the diameter of the rod are not used for these purposes (Birger I. A., Iosilevich GB, Threaded and flange connections. - M.: Mashinostroenie, 1990. - P. 162).

Для соединений, воспринимающих при эксплуатации высокие осевые нагрузки, применяют высокопрочные болты с шестигранными головками, имеющие размеры под ключ нормального ряда с подкладной плоской шайбой или с фланцем. Эти болты имеют достаточную прочность, но не позволяют решить задачу по уменьшению их веса. For connections that accept high axial loads during operation, high-strength bolts with hexagonal heads are used, which have normal turn-key dimensions with a flat washer or with a flange. These bolts have sufficient strength, but do not allow to solve the problem of reducing their weight.

Известен болт, содержащий фасонную головку с наружными элементами зацепления, выполненными в виде чередующихся продольных выступов и впадин, сопряженных по радиусам (патент РФ 2091617, кл. F 16 B 23/00, 1997). A known bolt containing a shaped head with external engagement elements made in the form of alternating longitudinal protrusions and depressions, mated along the radii (RF patent 2091617, CL F 16 B 23/00, 1997).

Известный болт обладает уменьшенным весом за счет фасонной конструкции головки, но не предназначен для соединений, воспринимающих высокие осевые нагрузки. The known bolt has a reduced weight due to the shaped design of the head, but is not intended for joints that accept high axial loads.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фланцевый болт с фасонной головкой, содержащий резьбовой стержень, фланец с опорной поверхностью и фасонную головку с наружными элементами зацепления под монтажный инструмент, выполненными в виде чередующихся продольных выступов и впадин, сопряженных по радиусам (патент США 5137407, кл. МКИ F 16 B 23/00, НКИ 411/404, 1992). The closest technical solution to the proposed one is a flange bolt with a shaped head containing a threaded rod, a flange with a supporting surface and a shaped head with external gearing elements for the mounting tool, made in the form of alternating longitudinal protrusions and depressions conjugated along the radii (US patent 5137407, cl MKI F 16 B 23/00, NKI 411/404, 1992).

Такой болт может применяться в соединениях, воспринимающих высокие осевые нагрузки. Он имеет фасонную головку с уменьшенным весом и фланец с опорной поверхностью, но обладает некоторыми недостатками. Such a bolt can be used in joints that accept high axial loads. It has a shaped head with reduced weight and a flange with a supporting surface, but has some disadvantages.

1. Исполнение опорной поверхности фланца плоской приводит к неравномерному распределению контактного давления и увеличивает концентрацию напряжений под головкой, вследствие чего для обеспечения требуемой прочности не представляется возможным существенно уменьшить высоту фланца, а следовательно, и вес болта. 1. The execution of the supporting surface of the flange flat leads to an uneven distribution of contact pressure and increases the stress concentration under the head, as a result of which it is not possible to significantly reduce the height of the flange and, consequently, the weight of the bolt, to ensure the required strength.

2. Поскольку осевая прочность данной фасонной головки с фланцем зависит от высоты фланца, а известное техническое решение не определяет высоту фланца, то практическое применение данного болта является затруднительным, так как возникает необходимость в проведении большого количества экспериментальных работ по определению наименьшей высоты фланца, сохраняющей при этом высокую осевую прочность фасонной головки с фланцем для каждого конкретного типоразмера болта. 2. Since the axial strength of a given shaped head with a flange depends on the height of the flange, and the known technical solution does not determine the height of the flange, the practical application of this bolt is difficult, since there is a need for a large number of experimental works to determine the smallest height of the flange, which retains this high axial strength of the shaped head with a flange for each specific size of the bolt.

3. Болт не имеет стопорящих свойств. 3. The bolt has no locking properties.

Предлагаемым изобретением решается задача создания фланцевого болта с фасонной головкой, обладающего низким весом и высокой прочностью в осевом направлении; обеспечивающего высокую стабильность затяжки и имеющего стопорящие свойства. The present invention solves the problem of creating a flange bolt with a shaped head having low weight and high strength in the axial direction; providing high tightening stability and having locking properties.

Для достижения указанного технического результата у фланцевого болта с фасонной головкой, содержащего резьбовой стержень, фланец с опорной поверхностью и фасонную головку с наружными элементами зацепления под монтажный инструмент, выполненными в виде чередующихся продольных выступов и впадин, сопряженных по радиусам, согласно изобретению, опорная поверхность фланца выполнена тарельчатой с углом γ не менее 0^o20' и не более 2^o, при этом высота фланца h определяется соотношением

где d_с - диаметр стержня болта на нагруженном участке с наименьшем сечением;
D_г - наружный диаметр головки по выступам;
D_ф - диаметр фланца;
γ - угол наклона опорной поверхности;
d_п - диаметр подголовка.To achieve the specified technical result, a flange bolt with a shaped head containing a threaded rod, a flange with a supporting surface and a shaped head with external gearing elements for mounting tools made in the form of alternating longitudinal protrusions and depressions mated along the radii according to the invention, the supporting surface of the flange is made dish-shaped with an angle γ of not less than 0 ^o 20 'and not more than 2 ^o , while the height of the flange h is determined by the ratio

where d _with - the diameter of the bolt rod in the loaded area with the smallest section;
D _g - the outer diameter of the head along the protrusions;
D _f - the diameter of the flange;
γ is the angle of inclination of the supporting surface;
d _p - the diameter of the head.

При небольшой высоте фланца наличие угла на опорном торце позволяет обеспечить при затяжке равномерное распределение контактного давления на опорной поверхности и уменьшить концентрацию напряжений под головкой. Величина угла выбирается конструктивно из указанного интервала, установленного экспериментальным путем. With a small height of the flange, the presence of an angle on the supporting end allows for a uniform distribution of contact pressure on the supporting surface during tightening and to reduce the stress concentration under the head. The value of the angle is selected constructively from the specified interval, established experimentally.

Благодаря оптимальной высоте фланца достигается уменьшение веса болта без снижения его прочности. Наибольшее значение высоты фланца задают исходя из технологических условий. Due to the optimum height of the flange, a reduction in the weight of the bolt without reducing its strength is achieved. The greatest value of the height of the flange is set on the basis of technological conditions.

При этом фланец играет роль упругого элемента, который повышает стабильность затяжки, а также имеет стопорящие свойства против самоотвинчивания. In this case, the flange plays the role of an elastic element, which increases the stability of the tightening, and also has locking properties against self-unscrewing.

Таким образом, выполнение головки фасонной конструкции, позволяющей снизить вес в сравнении с головками других видов, в совокупности с минимально допустимой высотой фланца позволяет изготовить болт с существенно улучшенными характеристиками и широкими возможностями его использования. Thus, the execution of the head of the shaped structure, which allows to reduce weight in comparison with the heads of other types, together with the minimum permissible height of the flange, makes it possible to manufacture a bolt with significantly improved characteristics and wide possibilities for its use.

Изобретение поясняется чертежом, где показан предлагаемый болт. The invention is illustrated in the drawing, which shows the proposed bolt.

Болт содержит резьбовой стержень 1, фасонную головку 2 и фланец 3. Фасонная головка имеет впадины 4 и выступы 5, сопряженные между собой по радиусам. Опорная поверхность фланца выполнена тарельчатой с углом γ не мене 0^o20' и не более 2^o, причем меньшее значение угла соответствует большему значению выбранного диаметра фланца 3. Последний выполнен высотой h, которая связана соотношением с наружным диаметром D_г головки болта по выступам, диаметром d_с стержня болта на нагруженном участке с наименьшим сечением, диаметром подголовка d_п, диаметром фланца D_ф, углом на торце γ.The bolt contains a threaded rod 1, a shaped head 2 and a flange 3. The shaped head has depressions 4 and protrusions 5, interfaced along radii. The supporting surface of the flange is made dish-shaped with an angle of γ not less than 0 ^o 20 'and not more than 2 ^o , the smaller value of the angle corresponding to the larger value of the selected diameter of the flange 3. The latter is made with a height h, which is connected by the ratio with the outer diameter D _{g of the} bolt head along the protrusions, the diameter d _{from the} bolt rod in the loaded section with the smallest cross-section, the diameter of the head d _p , the diameter of the flange D _f , the angle at the end γ.

Использование предлагаемой конструкции болта позволяет уменьшить его вес за счет оптимизации высоты фланца при сохранении высокой прочности, повысить качество автоматической сборки за счет стабильности затяжки резьбовых соединений, предотвратить самоотвинчивание и, как следствие, гарантирует надежную эксплуатацию всего рабочего узла. Using the proposed design of the bolt can reduce its weight by optimizing the height of the flange while maintaining high strength, improve the quality of automatic assembly due to the stability of the tightening of threaded joints, prevent self-loosening and, as a result, guarantee reliable operation of the entire working unit.

Claims (1)

Фланцевый болт с фасонной головкой, содержащий резьбовой стержень, фланец с опорной поверхностью и фасонную головку с наружными элементами зацепления под монтажный инструмент, выполненными в виде чередующихся продольных выступов и впадин, сопряженных по радиусам, отличающийся тем, что опорная поверхность фланца выполнена тарельчатой с углом γ не менее 0^o20' и не более 2^o, при этом высота h фланца определяется соотношением

где d_c - диаметр стержня болта на нагруженном участке с наименьшим сечением;
D_г - наружный диаметр головки по выступам;
D_ф - диаметр фланца;
γ - угол наклона опорной поверхности;
d_п - диаметр подголовка.A flange bolt with a shaped head containing a threaded rod, a flange with a supporting surface and a shaped head with external gearing elements for mounting tools made in the form of alternating longitudinal protrusions and depressions, mated along the radii, characterized in that the supporting surface of the flange is made of a plate with an angle γ not less than 0 ^o 20 'and not more than 2 ^o , while the height h of the flange is determined by the ratio

where d _c is the diameter of the bolt rod in the loaded section with the smallest section;
D _g - the outer diameter of the head along the protrusions;
D _f - the diameter of the flange;
γ is the angle of inclination of the supporting surface;
d _p - the diameter of the head.