RU2419733C1 - Procedure for threaded connection with uniform distribution of load along turns of thread - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: threaded connection is made at initial zero contact in last 2 pair of turns (relative to support end of nut). The rest turns of the nut are made at successively increasing dimension of gaps (in the direction to the support end). Connection is made at successively increasing force of tightening. Turns are successively "engaged" and load onto "engaged" turn rises from zero and is levelled starting from the first one on all turns, (except pair of turns, the last from the support end) in accordance with a preliminary specified parametre of gap increment and value of tightening force increment.

EFFECT: uniform distribution of load on turns of thread.

1 dwg

Description

Изобретение предназначено для использования в машиностроении. Способ воздействует на прочность, надежность и монтаж резьбовых соединений.The invention is intended for use in mechanical engineering. The method affects the strength, reliability and installation of threaded connections.

При нагружении резьбового соединения каждая пара витков воспринимает различную по величине нагрузку. В идеализированной конструкции соединения нагрузка возрастает к нижним относительно опорного торца гайки виткам. Зазоры (технологического свойства) между поверхностями витков винта и гайки существенно влияют на распределение нагрузки между витками резьбы.When loading a threaded connection, each pair of turns perceives a different load. In an idealized joint design, the load increases towards the lower turns relative to the support end face of the nut. The gaps (technological properties) between the surfaces of the screw and nut turns significantly affect the load distribution between the threads.

Известны способы воздействия на закон распределения контактных усилий по виткам резьбовых соединений на стадии проектирования их различных конструктивных параметров.Known methods for influencing the law of the distribution of contact forces over the turns of threaded joints at the design stage of their various structural parameters.

Наиболее близко к заявленному техническому решению подходит способ получения равномерной нагрузки за счет заранее предусмотренных увеличенных зазоров в резьбе. Такие зазоры можно создать путем увеличения среднего диаметра резьбы гайки. Средний диаметр гайки должен изменяться по закону параболы. Каждой расчетной нагрузке соответствует своя кривая среднего диаметра гайки (см. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.: Машиностроение, 1990. - 368 с.).Closest to the claimed technical solution, a method for obtaining a uniform load due to previously provided increased clearances in the thread is suitable. Such clearances can be created by increasing the average diameter of the nut thread. The average diameter of the nut should vary according to the law of the parabola. Each rated load corresponds to its own curve of the average diameter of the nut (see Birger I.A., Iosilevich GB, Threaded and flange connections. - M.: Mashinostroenie, 1990. - 368 p.).

Такой способ получения расчетной нагрузки не учитывает последовательность «включения» витков резьбы. Определение нагрузки по виткам резьбы при наличии зазоров может рассматриваться в аспекте расчета систем с односторонними связями, в которых последовательность «включения» связей (витков) имеет принципиальное значение.This method of obtaining the design load does not take into account the sequence of “turning on” the threads. The determination of the load from the threads in the presence of gaps can be considered in the aspect of the calculation of systems with one-way connections, in which the sequence of "inclusion" of connections (turns) is of fundamental importance.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Резьбовое соединение изготовляется с первоначальным нулевым контактом в последних (по отношению к опорному торцу гайки) двух парах витков. Остальные витки гайки выполняются при последовательно возрастающей (в направлении к опорному торцу) величине зазоров, а монтаж соединения достигается при последовательно возрастающей величине затяжки, витки последовательно «включаются», нагрузка на «включенный» виток возрастает от нуля и выравнивается начиная с 1-го по всем виткам (исключая последнюю от опорного торца пару витков) в соответствии с заранее установленными параметрами приращения зазора и величиной приращения усилия затяжки.A threaded connection is made with the initial zero contact in the last (with respect to the nut end face) two pairs of turns. The remaining turns of the nut are performed with a successively increasing (in the direction of the supporting end) gap, and the installation of the connection is achieved with a sequentially increasing magnitude of tightening, the turns are “turned on” sequentially, the load on the “turned on” turn increases from zero and is equalized from the 1st to all turns (excluding the last pair of turns from the support end) in accordance with the pre-set parameters of the increment of the gap and the magnitude of the increment of the tightening force.

Заявленное техническое решение направлено на регулирование контактных усилий в зависимости от технологии изготовления резьбы и способа монтажа соединения. При постепенном нагружении и контролируемом усилии затяжки происходит последовательное «включение» витков, а затем выравнивание контактных усилий.The claimed technical solution is aimed at regulating contact forces, depending on the manufacturing technology of the thread and the method of mounting the connection. With gradual loading and a controlled tightening force, the turns are sequentially “turned on” and then the contact forces are equalized.

Согласно заявленному способу резьбовое соединение содержит (см. чертеж) гайку 1 и болт 2. Первоначальный нулевой контакт достигается в последних (по отношению к опорному торцу) двух парах витков k и k-1, где k - число нагружаемых витков соединения. В витках k-2 зазор h, а в последующих (в направлении к 1-му витку) зазор последовательно возрастает на ту же величину h.According to the claimed method, the threaded connection contains (see the drawing) a nut 1 and a bolt 2. The initial zero contact is achieved in the last (in relation to the supporting end) two pairs of turns k and k-1, where k is the number of loaded turns of the connection. In turns k-2, the gap h, and in subsequent (towards the 1st turn), the gap increases sequentially by the same value of h.

При затяжке резьбового соединения на всех этапах нагружения проводится контроль величин нагрузки и смещений «включаемых» витков, устанавливаемый на основе расчета систем линейных уравнений порядка k+1. В матричной записи система уравнений примет вид:When tightening the threaded connection at all stages of loading, the load values and the displacements of the “turn-on” turns are controlled, which is established based on the calculation of linear equation systems of order k + 1. In the matrix notation, the system of equations will take the form:

гдеWhere

Здесь: w, мм - совместное единичное перемещение контактирующих витков резьбы; d, мм - суммарное единичное перемещение растяжения и сжатия тела винта и гайки; h_i=1-k, мм - натяги в стержне между витками резьбы; X_i=1-k - неизвестные контактные усилия;

, мм - условное смещение; Р, Н - усилие затяжки (см. журнал «Вестник машиностроения», 2002, №5, с.22-23).Here: w, mm - joint unit displacement of the contacting threads; d, mm - the total unit displacement of tension and compression of the body of the screw and nut; h _{i = 1-k} , mm - interference in the rod between the threads; X _{i = 1-k} - unknown contact forces;

, mm - conditional displacement; P, N - the tightening force (see the journal "Bulletin of mechanical engineering", 2002, No. 5, p.22-23).

Зазоры в соединении устанавливаются таким образом, что первоначальный нулевой контакт достигается в двух последних (относительно опорного торца гайки) парах витков k и k-1. В остальных витках величины зазоров последовательно возрастают в направлении к опорному торцу.The gaps in the connection are set so that the initial zero contact is achieved in the last two (relative to the nut end face) pairs of turns k and k-1. In the remaining turns, the gaps gradually increase in the direction of the supporting end.

При установлении величины параметра h учитываются технологические возможности обеспечения величины зазоров и прочность материалов соединения.When establishing the value of the parameter h, technological capabilities of ensuring the size of the gaps and the strength of the joint materials are taken into account.

При равномерном натяге (между всеми витками резьбы) связь между параметром h и усилием затяжки Р устанавливается по зависимостиWith a uniform tightness (between all threads), the relationship between the parameter h and the tightening force P is established by

Число витков не ограничивается, параметр h может быть небольшим. Параметр h интерпретируется как натяг в стержне болта между витками i и i-1. При выборе зазора на величину h происходит «включение» витка i-2, величина заносится в столбец Δ уравнения (1). В момент «включения» витка величина контактного усилия равна нулю. Величина технологического зазора устанавливается с учетом кинематического смещения болта.The number of turns is not limited; the parameter h can be small. The parameter h is interpreted as an interference fit in the bolt shaft between turns i and i-1. When choosing a gap by the value of h, the “turn-on” of i-2 occurs, the value is entered in the Δ column of equation (1). At the moment of “turning on” the coil, the magnitude of the contact force is zero. The size of the technological gap is set taking into account the kinematic displacement of the bolt.

Усилие первоначальной затяжки устанавливается из уравнения (1) по результатам расчета соединения для двух пар витков (k и k-1) при нулевом зазоре 1 из условия равенства смещения витков k-1 величине h. При «включении» витка k-2 параметр h заносится в столбец Δ в качестве натяга между витками k-1 и k-2.The initial tightening force is established from equation (1) according to the results of the calculation of the connection for two pairs of turns (k and k-1) with zero clearance 1 from the condition that the displacement of the turns k-1 is equal to h. When “turning on” the turn k-2, the parameter h is entered in the column Δ as an interference between turns k-1 and k-2.

Монтаж соединения достигается при последовательно возрастающей величине затяжки, витки последовательно «включаются», нагрузка на «включенный» виток возрастает от нуля и выравнивается начиная с 1-го по всем виткам (исключая последнюю от опорного торца пару витков) в соответствии с заранее установленным параметром приращения зазора h и величиной приращения усилия затяжки.Installation of the connection is achieved with a sequentially increasing value of tightening, the turns are sequentially “turned on”, the load on the “turned on” turn increases from zero and is equalized starting from the 1st for all turns (excluding the last pair of turns from the support end) in accordance with a pre-set increment parameter the gap h and the magnitude of the increment of the tightening force.

Выравнивание контактных усилий достигается окончательным образом после «включения» 1-го (от опорного торца) витка при усилии

соответствующем смещениюThe alignment of contact forces is achieved in a final way after the "turn on" of the 1st (from the support end) coil with the force

corresponding offset

Перечень последовательностейSequence listing

Предлагаемый способ реализуется в следующей последовательности.The proposed method is implemented in the following sequence.

1. С учетом зависимости (2) устанавливается параметр приращения зазора h.1. Taking into account dependence (2), the gap increment parameter h is set.

2. Для двух пар витков (k=2) по зависимости (1) устанавливается величина первоначальной затяжки из условия равенства смещения витков k-1 параметру h.2. For two pairs of turns (k = 2) according to dependence (1), the initial tightening value is established from the condition that the displacement of the turns k-1 is equal to the parameter h.

3. По параметру h «включается» 3-й виток и затем все остальные витки при соответственно тарированном по отношению к каждому «включаемому» витку усилии затяжки. При подсчете величин затяжки используются уравнения (1) при соответствующем значении «включенных» витков k.3. According to the parameter h, the 3rd turn is “turned on” and then all the other turns are respectively calibrated with respect to each “switched on” turn of the tightening torque. When calculating the tightening values, equations (1) are used with the corresponding value of the “turned on” turns k.

4. Выравнивание контактных усилий достигается после «включения» 1-го (по отношению к опорному торцу гайки) витка при величине смещения

и окончательном значении усилия затяжки Р, определяемыми на основе расчета соединения по зависимости (3) и (1) соответственно.4. The alignment of contact forces is achieved after the "turn on" of the 1st (with respect to the support end face of the nut) coil with the magnitude of the displacement

and the final value of the tightening force P, determined on the basis of the calculation of the connection according to dependencies (3) and (1), respectively.

Claims (1)

Способ получения резьбового соединения с возможностью равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы, отличающийся тем, что резьбовое соединение выполняют с первоначальным нулевым контактом в последних (по отношению к опорному торцу гайки) двух парах витков, остальные витки гайки выполняют при последовательно возрастающей (в направлении к опорному торцу) величине зазоров, а монтаж соединения достигается при последовательно возрастающей величине затяжки, витки последовательно «включаются», нагрузка на «включенный» виток возрастает от нуля и выравнивается, начиная с 1-го, по всем виткам (исключая последнюю от опорного торца пару витков) в соответствии с заранее установленными параметром приращения зазора и величиной приращения усилия затяжки. A method of obtaining a threaded connection with the possibility of evenly distributing the load along the threads, characterized in that the threaded connection is made with the initial zero contact in the last (with respect to the nut end face) two pairs of turns, the remaining nut turns are performed at a sequentially increasing (towards the reference end) the size of the gaps, and the installation of the connection is achieved with a sequentially increasing value of tightening, the turns are sequentially "turned on", the load on the "turned on" turn It melts from the ground and aligned, starting from the 1st, all coils (excluding the last from the face a couple of turns), in accordance with a predetermined gap increment parameter and value increment tightening efforts.