PL190596B1 - Szczelna para gwintów - Google Patents

Abstract

1. Szczelna para gwintów do przenoszenia sil osiowych, zawierajaca dwie przyporzadkowane gwintowane czesci z gwintem o jednakowym skoku, polaczone ze soba silowo i ksztaltowo, w których zwój gwintu jest wypelniony masa uszczelniajaca, znamienna tym, ze co najmniej jedna gwintowana czesc (1) ma na swej osiowej dlugosci (7) cylin- dryczna czesc wspierajaca podstawowego korpu- su (8) i niecylindryczna czesc wspierajaca podsta- wowego korpusu (9), przy czym przy skreceniu gwintowanych czesci (1, 2) w obszarze niecylin- drycznej czesci wspierajacej podstawowego korpu- su (9), w punkcie o maksymalnej promieniowej róznicy wzgledem podstawowego korpusu wspiera- jacego gwintowanej czesci (2), wystepuje liniowy styk przeciwleglych boków (4) z naprezeniem wstepnym, zapewniajacym unieruchomienie gwin- towanych czesci (1, 2) i utworzenie luzu (11) po- miedzy umieszczonymi swobodnie wzgledem siebie bokami (4) zwoju (5) gwintu, a ponadto gwintowane czesci maja bezzderzakowy osiowy zakres regula- cji (10), zas luz (11) pomiedzy bokami (4) gwintu jest wypelniony masa uszczelniajaca (6). Fig. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest szczelna para gwintów składająca się z dwóch gwintowanych części. Ta para gwintów jest szczelnie zamknięta przez umieszczoną pomiędzy nimi masę uszczelniającą. Taką parę gwintów stosuje się korzystnie tam, gdzie przy określonym położeniu osiowym musi być zapewniony stały kąt obrotu gwintowanych części, a równocześnie koniecznym jest uzyskanie szczelnego połączenia zabezpieczonego przed obróceniem.

Ze stanu techniki znane są różne rozwiązania. Przy zwykłym doborze gwintów dwóch skręcanych ze sobą części gwintowanych, skręcanie przeprowadza się przeważnie aż do osiowego oporu jednej z tych gwintowanych części, na skutek czego w połączeniu z dopuszczalnym osiowym obciążeniem w postaci naprężenia wstępnego otrzymuje się połączenie kształtowe i siłowe. Uzyskuje się to z jednej strony przez kształtowe wzajemne sprzężenie powierzchni gwintów, a z drugiej strony przez dociskanie boków gwintów, powodowane przy wstępnie naprężonych częściach gwintowanych.

Szczelne połączenie gwintowe przedstawiono przykładowo w publikacji niemieckiego wzoru użytkowego DE29604120U1. W rozwiązaniu tym, z częścią gwintowanej tulei mającą kształt wydrążonego cylindra, połączony jest mający zasadniczo kształt wydrążonego cylindra człon przyjmujący, przy czym przejście ma stopień, który jest wykonany jako element uszczelniający i który przyjmuje przyporządkowany element współpracujący, przy czym uszczelnienie zapewniane jest przez odkształcenie sprężyste lub plastyczne. Przy tego rodzaju połączeniu gwintowym dalszy obrót jednego z tych członów gwintowanych poza kąt obrotu

190 596 określony przez osiowy zderzak jest uniemożliwiony, ponieważ na skutek osiowego ograniczenia zderzakowego istnieje jednoznaczne przyporządkowanie, a każdy dalszy obrót spowodowałby niedopuszczalne zakleszczenie lub nadmierne naprężenie. Anomalie położenia gwintowanych członów względem siebie polegają po pierwsze na uniemożliwianiu swobodnego obrotu, a po drugie na położeniu osiowym, sztywno określonym przez zderzak. Tego rodzaju jednoznaczne przyporządkowania wzajemnego położenia członów gwintowych wymagają w produkcji seryjnej często dokładnych dopasowań lub ustawianych ograniczeń zderzaka, co wpływa w sposób nieuzasadniony na wzrost kosztów produkcji.

Wiadomo ponadto, że zamknięte siłowo, klinowe urządzenia łączące lub uszczelniające wykorzystywane są do przenoszenia osiowych sił rozciągających lub hydraulicznych. Publikacja niemieckiego wynalazku DE4439250C1 przedstawia przykładowo element uszczelniający rurę, który ma klinową wargę, która w połączeniu z osiowym pierścieniem klinowym tworzy rozłączalne siłowe połączenie i uszczelnienie. Tego rodzaju połączenia siłowe są przeważnie niewystarczająco ustalone pod względem wzajemnego przyporządkowania położenia łączonych części oraz często są rozłączane tylko z trudnością lub nie dają się rozłączyć, a w szczególności nie ma możliwości przeprowadzenia regulacji położenia.

Ponadto znane są podparcia pływające. Istnieje wtedy tylko kształtowe przyporządkowanie części gwintowanych, tak że ze względu na brak naprężenia wstępnego gwintowane części mają względem siebie pewien luz. Tego rodzaju podparcie jest czysto kształtowe określone przez przyporządkowanie położenia części gwintowanych. Na skutek tego istnieje konieczność zabezpieczenia tego przyporządkowania położenia, przykładowo przed obróceniem. Taki luz w wielu zastosowaniach jest niedopuszczalny.

Znane jest w celu uszczelnienia pary gwintów zamykanie zwoju gwintu odpowiednimi masami uszczelniającymi. Takie masy uszczelniające, przeważnie w postaci ciekłej lub pastowatej, wprowadza się w zwój gwintu przed ostatecznym skręceniem, a następnie przeważnie utwardza się. Dzięki temu zapewnione jest, że taki zwój gwintu nie ma żadnego otworu. Równocześnie uzyskuje się zabezpieczenie położenia przez unieruchomienie pary gwintów.

W przypadku zwykłego kształtowego i siłowego połączenia gwintowego uszczelnienie za pomocą odpowiedniej masy uszczelniającej nie jest jednak możliwe, ponieważ ze względu na jednostronne dociągnięcie pary gwintów i związane z tym naprężenie pracujące powierzchnie gwintów nie mogą być wypełnione ściśle pomiędzy parą gwintów, które są do siebie dociśnięte. Wynikiem tego są niewielkie pęknięcia w masie uszczelniającej i przy zarysie powierzchni gwintu, które rozszerzają się z czasem i z obciążeniem oraz powodowana przez to nieszczelność pary gwintów. Z tego powodu takie wypełnianie zwoju gwintu, które działa wystarczająco wypełniające tylko pomiędzy swobodnymi bokami, stosowane jest wyłącznie do ustalania położenia za pomocą kleju. Natomiast działanie uszczelniające nie nadaje się tu do wykorzystania.

Natomiast przy pływającym podparciu tego rodzaju uszczelnienie za pomocą odpowiedniej masy uszczelniającej można z powodzeniem stosować, ponieważ oba boki zwoju gwintu można wystarczająco wypełnić masą uszczelniającą. Części gwintowane nie opierają się jednak swymi bokami bezpośrednio o siebie, ale są miękko wprowadzone w masę uszczelniającą, na skutek czego powstaje znacznie mniejsza sztywność części niż przy zwykłym połączeniu gwintowanym. Dla wielu zastosowań sztywność ta jest niewystarczająca.

Celem wynalazku jest przezwyciężenie powyższych wad oraz opracowanie zarówno ustawianej osiowo jak i obracanej pary gwintów, która równocześnie przez siłowe podparcie boków zapewnia wystarczająco sztywne skręcenie oraz szczelne połączenie przez wypełnienie kształtowe zamkniętego zwoju gwintu masą uszczelniającą. W szczególności w przypadku cylindrów roboczych napędzanych sprężonym czynnikiem powinno być zapewnione łatwe mocowanie technologicznie prowadzącej części zamykającej lub dennej części zamykającej do rury cylindra.

Rozwiązanie według wynalazku charakteryzuje się tym, że co najmniej jedna gwintowana część ma na swej osiowej długości cylindryczną część wspierającą podstawowego korpusu i niecylindryczną część wspierającą podstawowego korpusu, przy czym przy skręceniu gwintowanych części w obszarze niecylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu, w punkcie o maksymalnej promieniowej różnicy względem podstawowego korpusu wspierającego gwintowanej części, występuje liniowy styk przeciwległych boków z naprężeniem

190 596 wstępnym, zapewniającym unieruchomienie gwintowanych części i utworzenie luzu pomiędzy umieszczonymi swobodnie względem siebie bokami zwoju gwintu, a ponadto gwintowane części mają bezzderzakowy osiowy obszar regulacji, zaś luz pomiędzy bokami gwintu jest wypełniony masą uszczelniającą.

Korzystnym jest, że kształt geometryczny niecylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu oraz kształt geometryczny przeciwległych boków i skok jest dobrany w zależności od żądanego promieniowego naprężenia wstępnego liniowego styku niecylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu, w zakresie osiowej długości bezzderzakowego osiowego obszaru regulacji. Niecylindryczna część wspierająca podstawowego korpusu ma korzystnie postać stożkową, przy czym para gwintów według wynalazku zawiera ponadto drugą parę gwintów o przeciwnym kierunku obrotu, zapewniającą ciągłą regulację położenia osiowego oraz obrót obu par gwintowanych części. Również korzystnym jest, że gwintowane części stanowią uszczelniane części cylindra roboczego, ze sprężonym czynnikiem, w postaci prowadzącej części zamykającej i/lub dennej części zamykającej z cylindryczną rurą.

Unieruchomienie połączenia gwintowego jest zapewnione poprzez tarcie statyczne powierzchni gwintów, a ponadto przez bezpośrednie dociśnięcie powierzchni gwintów zapewniona jest w porównaniu z podparciem pływającym duża sztywność połączenia. Przy pozbawionym osiowego naprężenia wstępnego skręceniu tego obszaru wzdłużnego pary gwintów występuje tylko liniowy styk przeciwległych boków wewnątrz całego zwoju gwintu, mianowicie w punkcie o maksymalnej promieniowej różnicy w stosunku do korpusu podstawowego przyporządkowanej części gwintowanej. Na skutek takiego promieniowego naprężenia wstępnego przeciwległe wierzchołki powierzchni gwintów ustawiają się względem siebie symetrycznie, przy skręceniu osiowo pozbawionym naprężenia wstępnego na całej długości gwintu, a poza tym przynajmniej w otoczeniu liniowego styku. Przyporządkowana każdemu położeniu osiowemu promieniowa różnica korpusów podstawowych przyporządkowanych części gwintowanych jest bezpośrednią miarą luzu boków gwintu uzyskanego przez kształt boków i ich pochylenie.. W szczególności ten luz powierzchni gwintu poza liniowym stykiem jest większy od zera, a wierzchołki powierzchni gwintów są względem siebie usytuowane symetrycznie. Zapewnia to wprowadzenie masy uszczelniającej do obu stron powierzchni gwintu i spełniony jest przez to warunek skutecznego uszczelnienia.

Promieniowa różnica, a w związku z tym promieniowe naprężenie wstępne jest zależne od położenia części gwintowanych względem siebie i od kształtu geometrycznego poszczególnych korpusów podstawowych. Przykładowo przy zadanym osiowym obszarze regulacji pary gwintów i dopuszczalnym promieniowym interwale naprężenia wstępnego jako warunkach brzegowych do wyboru jest zatem wiele odpowiednich niecylindrycznych korpusów podstawowych. Korzystnie sięga się do obszarów częściowo stożkowych. W zależności od kształtu geometrycznego powierzchni gwintów i korpusów podstawowych oraz od dopuszczalnego promieniowego interwału naprężenia wstępnego zapewniona jest zatem zawsze możliwość regulacji względnego położenia obu części gwintowanych. Jeśli chodzi o obrót, jest on ciągły, a przy zadanym kącie obrotu, jeśli chodzi o położenie osiowe, dyskretny w zależności od skoku gwintu. Poprzez kombinację z podobną drugą parą gwintów o przeciwnym kierunku obrotu powstaje możliwość ciągłej regulacji zarówno obrotu jak i położenia osiowego. Ponadto rozwiązanie według wynalazku zapewnia technologicznie prostą produkcję takich par gwintów, zapewnienie szczelności przy równoczesnej możliwości regulacji oraz dużą sztywność połączenia w porównaniu z pływającym podparciem.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zasadę współpracy pary gwintów jako powiększony szczegół X z fig. 2, zaś fig. 2 przedstawia przykład wykonania pary gwintów w cylindrze roboczym z płynnym czynnikiem ciśnieniowym.

Jak przedstawiono na fig. 1, dwie przyporządkowane sobie gwintowane części 1 i 2 są połączone ze sobą siłowo i kształtowo oraz mają gwint o takim samym skoku 3. Utworzony pomiędzy bokami 4 zwój 5 gwintu jest przy tym wypełniony masą uszczelniającą 6 lub utwardzonym pastowatym, albo podobnym do lakieru tworzywem sztucznym. W przykładzie wykonania według wynalazku co najmniej jedna gwintowana część 1 pary gwintów pod względem swej osiowej długości 7 gwintu złożona jest z cylindrycznej części wspierającej

190 596 podstawowego korpusu 8 i z niecylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu 9. Przy skręceniu z przyporządkowaną gwintowaną częścią 2 w osiowym obszarze długości niecylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu 9 przy punkcie maksymalnej promieniowej różnicy w stosunku do posiadającego powierzchnię gwintu, podstawowego korpusu przyporządkowanej gwintowanej części 2 powstaje liniowy styk przeciwległych boków 4 z promieniowym naprężeniem pomiędzy bokami 4. To promieniowe naprężenie zapewnia z jednej strony względne mocowanie gwintowanych części 1, 2 poprzez boki 4, a z drugiej strony zapewnia również stały obrót gwintowanych części 1, 2 w pozbawionym zderzaków osiowym zakresie regulacji 10. Równocześnie to promieniowe naprężenie zapewnia, że w zwoju 5 gwintu boki 4, istniejące na całej cylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu 8, są usytuowane względem siebie z luzem 11 pomiędzy. Dzięki temu luzowi 11 obie strony boków 4 są całkowicie pokryte masą uszczelniającą 6, przez co zapewnione jest niezawodne uszczelnienie.

Według fig. 2 i zgodnie ze szczegółem X z fig. 1 tego rodzaju parę gwintów można korzystnie stosować w cylindrze roboczym z płynem hydraulicznym. Gwintowana część 1 cylindrycznej rury 12 cylindra roboczego złożona jest w odniesieniu do swej osiowej długości gwintu 7 z cylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu 8 i z niecylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu 9, korzystnie w postaci stożkowej. Cylindryczna rura 12, korzystnie na obu swych końcach jest wyposażona w taką parę gwintów. Obydwa rodzaje gwintu gwintowanej części 1, w przykładzie wykonania cylindrycznej rury 12, mają taki sam skok 3 i są skręcane z przyporządkowaną gwintowaną częścią 2, w przykładzie wykonania z prowadzącą częścią zamykającą 13 i z denną częścią zamykającą 14. Przy skręcaniu zawsze powstaje promieniowe naprężenie wstępne pomiędzy cylindryczną rurą 12 a prowadzącą częścią zamykającą 13 lub denną częścią zamykającą 14. Na skutek tego promieniowego naprężenia wstępnego działa moment obrotowy przyczepności, który zapewnia ustalenie położenia połączenia gwintowego, a równocześnie tworzy wolny zwój 5 gwintu. W tę wolną przestrzeń wprowadza się masę uszczelniającą 6, która w ten sposób zapewnia skuteczne uszczelnienie płynowego czynnika ciśnieniowego. Sprzężenie cylindrycznej rury 12 z prowadzącą częścią zamykającą 13 lub denną częścią zamykającą 14 umożliwia regulację po obu stronach rury cylindrycznej 12, pod warunkiem, że cylindryczna rura 12 nie jest skręcona tak, że styka się ze końcowym zderzakiem 15 prowadnicy lub końcowym zderzakiem 16 dna. Przy skręceniu powierzchnie czołowe cylindrycznej rury 12 są trzymane w odstępie bezzderzakowego osiowego zakresu regulacji 10 od końcowego zderzaka 15 prowadnicy lub końcowego zderzaka 16 dna, który korzystnie wynosi połowę skoku 3.

Gwint do stosowania w pneumatycznym cylindrze roboczym w zakresie ciśnienia 0,2-2 MPa lub w hydraulicznym cylindrze roboczym w zakresie ciśnienia 2-100 MPa jest korzystnie wykonany w granicach następujących parametrów:

kąt stożka 18^-1^:18 skok gwintu 0,5 mmi - 5 nm

Dwie szczelne pary gwintów o takim samym kierunku obrotu, istniejące przy cylindrycznej rurze 12 umożliwiają ciągłą/dyskretną regulację osiowego przyporządkowania położenia końcowego zderzaka 15 prowadnicy do końcowego zderzaka 16 dna, przez co uzyskuje się żądaną dokładną regulację skoku, a po drugie dyskretną/ciągłą regulację przyporządkowania kąta obrotu prowadzącej części zamykającej 13 do dennej części zamykającej 14 lub odwrotnie. Obie regulacje są, jeśli chodzi o wielkość będącego do dyspozycji osiowego zakresu regulacji 10 bez zderzaka, ograniczone przez dopuszczalny promieniowy interwał naprężenia wstępnego. Ze względu na te warunki brzegowe zapewniona jest możliwość regulacji względnego położenia skręconych części, której dokładność zależy od skoku 3 gwintu, a szczelność przy wybraniu odpowiedniej masy uszczelniającej 6 określana jest przez luz 11 powierzchni gwintu pomiędzy bokami 4 wewnątrz cylindrycznej pary gwintów. Szczelna para gwintów przy końcach cylindrycznej rury 12 może być wykonana jako gwint prawy, gwint lewy lub, w celu dokładniejszej regulacji położenia prowadzącej części zamykającej 13 względem dennej części zamykającej 14, po jednej stronie z gwintem lewym, a po drugiej stronie z gwintem prawym, tak że możliwa jest ciągła regulacja, zarówno osiowa jak i obrotowa.

190 596

Lista oznaczeń

- gwintowana część

- gwintowana część

- skok gwintu

- bok

- zwój gwintu

- masa uszczelniająca

- osiowa długość gwintu

- cylindryczna część wspierająca podstawowego korpusu

- niecylindryczną część wspierająca podstawowego korpusu

- bezzderzakowy osiowy zakres regulacji

- luz pomiędzy bokami gwintów

- cylindryczna rura

- prowadząca część zamykająca

- denna część zamykająca

- końcowy zderzak prowadnicy

- końcowy zderzak dna

190 596

190 596

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Szczelna para gwintów do przenoszenia sił osiowych, zawierająca dwie przyporządkowane gwintowane części z gwintem o jednakowym skoku, połączone ze sobą siłowo i kształtowo, w których zwój gwintu jest wypełniony masą uszczelniającą, znamienna tym, że co najmniej jedna gwintowana część (1) ma na swej osiowej długości (7) cylindryczną część wspierającą podstawowego korpusu (8) i niecylindryczną część wspierającą podstawowego korpusu (9), przy czym przy skręceniu gwintowanych części (1, 2) w obszarze niecylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu (9), w punkcie o maksymalnej promieniowej różnicy względem podstawowego korpusu wspierającego gwintowanej części (2), występuje liniowy styk przeciwległych boków (4) z naprężeniem wstępnym, zapewniającym unieruchomienie gwintowanych części (1, 2) i utworzenie luzu (11) pomiędzy umieszczonymi swobodnie względem siebie bokami (4) zwoju (5) gwintu, a ponadto gwintowane części mają bezzderzakowy osiowy zakres regulacji (10), zaś luz (11) pomiędzy bokami (4) gwintu jest wypełniony masą uszczelniającą (6).
2. 2. Szczelna para gwintów według zastrz. 1, znamienna tym, że kształt geometryczny niecylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu (9) oraz kształt geometryczny przeciwległych boków (4) i skok (3) jest dobrany w zależności od żądanego promieniowego naprężenia wstępnego liniowego styku niecylindrycznej części wspierającej podstawowego korpusu (9), w zakresie osiowej długości bezzderzakowego osiowego zakresu regulacji (10).
3. 3. Szczelna para gwintów według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że niecylindryczną część wspierająca podstawowego korpusu (9) ma postać stożkową.
4. 4. Szczelna para gwintów według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera ponadto drugą parę gwintów o przeciwnym kierunku obrotu, zapewniającą ciągłą regulację położenia osiowego oraz obrót obu par gwintowanych części (1, 2).
5. 5. Szczelna para gwintów według zastrz. 1, znamienna tym, że gwintowane części (1, 2) stanowią uszczelniane części cylindra roboczego, ze sprężonym czynnikiem, w postaci prowadzącej części zamykającej (13) i/lub dennej części zamykającej (14) z cylindryczną rurą (12).