PL193003B1 - Śruba z łbem hakowym - Google Patents

Abstract

1. Sruba z lbem hakowym, której leb hakowy ma wierzcholek haka zagiety w kierunku belki poprzecz- nej, i majaca zaokraglenie przejsciowe w trzonie haka, a powierzchnia gardzieli haka obejmuje po- wierzchnie oporowa do przyjmowania obciazenia, przy czym strumien sil obciazenia przebiega do po- przeczki poprzez wygiecie skierowane do wierzchol- ka haka, które to wygiecie dochodzi do trzonu haka o wielokatnym przekroju poprzecznym, który poprzez ciagle zmniejszenie przekroju przechodzi w trzpien gwintowany o przekroju kolowym, znamienny tym, ze leb hakowy (2) jest wygiety tak daleko, ze srodek ciezkosci (S) plaskiej powierzchni oporowej (4), któ- rej zewnetrzne boki (37, 38) sa zbiezne w kierunku wierzcholka (18) haka, i linia dzialania wypadkowej wszystkich sil obciazajacych powierzchnie oporo- wa (4) pokrywaja sie z osia srodkowa (27) trzpienia gwintowanego (20), przy czym szerokosc (b) grzbietu (45) haka jest taka sama jak srednica trzpienia gwin- towanego (20). PL PL PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest śruba z łbem hakowym, której łeb hakowy ma powierzchnię oporową do przyjmowania obciążenia w swojej gardzieli haka oraz ma połączony z tym hakiem trzpień gwintowany do wprowadzania strumienia sił do belki poprzecznej.

Śruba z łbem hakowym według wynalazku jest stosowana głównie w eksploatacji podziemnej razem z obudową stalową chodników, mającą elementy rynnowe. Taka obudowa, stosowana zwłaszcza w chodnikach górnictwa podziemnego, składa się z pojedynczych ram obudowy w postaci elementów mających kształt łuków o różnej długości, a także pełnych kręgów. Te kształty osiąga się za pomocą kilku odcinków takich profilowych elementów, nakładających się na siebie swoimi końcami, włożonymi jeden w drugi, a ponadto mocowanymi z sobą w miejscach nałożenia. Zależnie od wielkości obciążenia takich ram obudowy określa się w praktyce jednostkowy ciężar bieżący profilowego elementu obudowy, przy czym zasadniczo stosuje się tylko dwie różne wartości ciężaru jednostkowego, z których jedna wynosi np. 34 kg/mb, a druga około 40 kg/mb.

Kształt rynnowy i umieszczanie jednego w drugim odcinków profilowych elementów obudowy prowadzi do takiego ukształtowania obudowy, w której na ogół kołnierze elementów, wychodząc z dna profilu rozchodzą się w kierunku na zewnątrz, a na swoich końcach są z reguły wzmocnione pasami profilowymi. Przy tym te profilowe elementy wspierają się na sobie w miejscach nałożenia albo kołnierzami albo dnami. Śruby z łbami hakowymi według wynalazku przenoszą obciążenia na zazwyczaj z lekka wyoblonych i służących jako powierzchnie oporowe zewnętrznych powierzchniach pasów profilowych.

Śruby z łbem hakowym według wynalazku stosuje się zwykle parami i przeprowadza je przez koniec belki poprzecznej, wspierającej się na dnie profilowego elementu. W szczególności istnieją urządzenia podwieszające w postaci tej jednostki konstrukcyjnej, w przypadku których belka poprzeczna ma możliwość przyłączenia dla jednego albo więcej cięgieł, przeważnie w postaci łańcuchów, które ze swej strony przenoszą obciążenie na inne urządzenie chodnikowe, zawieszone na danej ramie obudowy chodnika. Może przy tym chodzić o obciążenia statyczne, jakie pochodzą na przykład od rurociągów, kabli itp., ale przede wszystkim wchodzą w grę takie zawiesia ciężarów dla obciążeń dynamicznych, pochodzących na przykład od podwieszonych urządzeń transportowych a zwłaszcza od jednoszynowych kolei wiszących. Tego rodzaju systemy wywołują na zawieszeniu obciążenia dynamiczne, które przybierają znaczne wartości zwłaszcza, kiedy transportowane są na przykład tarcze obudowy.

Dotychczas do obliczania takich, złożonych z pary śrub z łbami hakowymi i belki poprzecznej, zespołów do podwieszania ciężarów wychodzi się z założenia, że wyższa granica obciążalności dla obciążeń statycznych wynosząca np. 50 kN, dla obciążeń dynamicznych musi być odpowiednio obniżona, np. do ok. 30 kN. Okazuje się jednak, że w rzeczywistości taką obniżoną granicą obciążalności nie da się uwzględnić rozmiarów obciążeń zmiennych, występujących w praktyce tak, że albo trzeba zwiększyć ilość zawieszeń albo wzmocnić same zawieszenia.

Podwyższenia granicy obciążalności dla obciążeń narastających rzeczywiście nie można osiągnąć tradycyjnymi śrubami z łbami hakowymi (DE-OS 32 00 085). Z kształtu znanych dotychczas śrub z łbami hakowymi wynika bowiem niekorzystny strumień sił od powierzchni oporowej kołnierza profilowego elementu obudowy w gardzieli haka do rdzenia gwintu śruby z łbem hakowym, przez co w trzonie haka albo w rdzeniu gwintu powstają siły złożone, które wymuszają konieczność obniżenia granicy obciążalności dla obciążeń dynamicznych. Prowadzi to do nadmiernych nakładów i znacznych trudności przy montażu urządzeń przeznaczonych do bardzo dużych obciążeń, pochodzących na przykład od układów jednoszynowych kolei podwieszonych.

Istota wynalazku polega na tym, że śruba z łbem hakowym, której łeb hakowy ma wierzchołek haka zagięty w kierunku belki poprzecznej, i mająca zaokrąglenie przejściowe w trzonie haka, a powierzchnia gardzieli haka obejmuje powierzchnię oporową do przyjmowania obciążenia, przy czym strumień sił obciążenia przebiega do poprzeczki poprzez wygięcie skierowane do wierzchołka haka, które to wygięcie dochodzi do trzonu haka o wielokątnym przekroju poprzecznym, który poprzez ciągłe zmniejszenie przekroju przechodzi w trzpień gwintowany o przekroju kołowym, charakteryzuje się tym, że łeb hakowy jest wygięty tak daleko, że środek ciężkości płaskiej powierzchni oporowej, której zewnętrzne boki są zbieżne w kierunku wierzchołka haka, i linia działania wypadkowej wszystkich sił obciążających powierzchnię oporową pokrywają się z osią środkową trzpienia gwintowanego, przy czym szerokość grzbietu haka jest taka sama jak średnica trzpienia gwintowanego.

PL 193 003 B1

Według wynalazku osiąga się to, że dzięki zmianie kształtu śruby z łbem hakowym przepływ strumienia sił z powierzchni oporowej przez śrubę z łbem hakowym, tzn. przez trzon haka albo odcinek gwintowany, na który z powodu braku momentów obrotowych zasadniczo działają tylko siły rozciągające, następuje bez sił złożonych. Praktycznie uzyskuje się to przez samą zmianę kształtu, a więc bez zwiększania nakładu materiałowego na śrubę z łbem hakowym. Wskutek tego granice obciążalności dla obciążeń statycznych i dynamicznych zmniejszają się tak dalece, że można uniknąć obniżania granicy obciążalności w każdym razie przy dokręcaniu złącza śrubowego. Dlatego wynalazek ma tę zaletę, że umożliwia zastosowanie do wszystkich występujących sił jednakowej śruby z łbem hakowym, która wytrzymuje siły, pochodzące nawet od bardzo obciążonych i podwieszonych na obudowie torów kolejowych.

Korzystnie, śruba z łbem hakowym ma nakrętkę z podporą do wprowadzania strumienia sił do belki poprzecznej mającą powierzchnie stanowiące części powierzchni czaszy kulistej. Dzięki temu strumień sił do belki poprzecznej praktycznie bez obciążania siłami złożonymi odcinka gwintowanego śruby z łbem hakowym. Ruch przegubu praktycznie nie obciąża gwintu. Dotychczas stosowano nakrętki maszynowe z płaską powierzchnią oporową w kształcie pierścienia od spodu belki poprzecznej. W przypadku takiej znanej nakrętki występujące ukośne siły ciągnące, powodowały obciążenie momentem odcinka gwintowanego. Dopiero śruba według wynalazku pozwoliła uniknąć tych niedogodności.

Korzystnie, nakrętka stanowi jedną całość z ruchomą częścią przegubu, który jest utworzony wspólnie z nieruchomą częścią przegubu stanowiącą wybranie w belce poprzecznej, przy czym nieruchoma część przegubu włącznie ze swoimi krawędziami końcowymi znajduje się w odstępie od powierzchni przekroju obwiedniowego walca gwintu śruby z łbem hakowym, przy czym odstęp ten jest większy od zakresu ruchu przegubu. Takie ukształtowanie zapobiega nawlekaniu swobodnej części, mianowicie czaszy kulistej na rdzeń gwintu śruby i umożliwia przez to nieprzerwany strumień sił w ruchomej części przegubu, tzn. od tej ruchomej części do czaszy kulistej i od tej czaszy kulistej do nieruchomej części przegubu w belce poprzecznej, który to przegub mimo możliwości ruchu we wszystkich kierunkach nie przenosi momentów obrotowych na rdzeń gwintu i dlatego nie obciąża go dodatkowo siłami złożonymi.

Występujące zwykle obciążenia na styku między nakrętką a belką poprzeczną są tak duże, że nie można wykluczyć niszczenia materiału na powierzchniach wzajemnego styku ruchomych względem siebie części. Zwłaszcza w przypadku znanych śrub z łbami hakowymi, obciążonych siłami złożonymi i opierających się pierścieniową powierzchnią nakrętki na krawędzi wybrania w postaci podłużnego albo okrągłego otworu w belce poprzecznej, przy skośnych siłach ciągnących dochodzi do nierównomiernych obciążeń powierzchni oddzielających.

Korzystnie, oś przegubu leży na osi środkowej trzpienia gwintowanego. Dzięki temu środek obrotu przegubu leży na osi środkowej a powierzchnia w postaci części powierzchni czaszy kulistej opiera się w całości we wklęsłej powierzchni w postaci czaszy kulistej, wskutek czego powstaje duża powierzchnia styku. Unika się przez to nacisków na krawędziach, które dotychczas stanowią główną przyczynę uszkadzania materiału na styku nakrętki z belką poprzeczną.

Strumień sił bez wywołania momentów z powierzchni oporowej w gardzieli haka do rdzenia gwintu śruby z łbem hakowym daje się tak skierować, że wypadkowa wszystkich sił, obciążających powierzchnię oporową, w zasadzie pokrywa się z osiową linią środkową odcinka gwintowanego śruby z łbem hakowym dzięki temu, że punkt ciężkości pola powierzchni oporowej znajduje się w osi trzpienia gwintowanego, a korzystnie dzięki temu, że wierzchołek haka, zagiętego w kierunku belki poprzecznej i powierzchnia gardzieli haka z zaokrągleniem przejściowym do grzbietu haka obejmują powierzchnię oporową, której zewnętrzne boki są zbieżne w kierunku wierzchołka haka.

Korzystnie, w śrubie według wynalazku poczynając od wielokątnego, opatrzonego zaokrągleniami przekroju trzonu haka, wygięcie ma przekrój zmniejszający się w sposób ciągły i zmieniający się kształt aż do przejścia w walec zewnętrzny gwintu śruby. Uzyskuje się dzięki temu smukłe przejścia trzonu haka w odcinek gwintowany, co umożliwia stosowanie jednakowych śrub z łbem hakowym do różnych profilowych elementów obudowy o różnym ciężarze i różnych belek poprzecznych. Te okrągłe otwory należy uznać za zasadniczo korzystniejsze od podłużnych, ponieważ wymagają mniej wybrania materiału w belce poprzecznej i mniej ją osłabiają.

Korzystnie przekrój trzpienia, począwszy od wygięcia ma po obu stronach powierzchni grzbietu obrzeża, rozszerzające się w sposób ciągły aż do powierzchni oporowej, które wybiegają zbieżnie w wierzchołek haka.

PL 193 003B1

W korzystnej postaci wynalazku zbieżne boki zewnętrzne tworzą wystające do wewnątrz krawędzie.

Zgodnie z kolejnym wariantem wykonania wynalazku krawędzie wierzchołka haka, gardzieli haka i trzonu haka, jak też wygięcia są we wszystkich płaszczyznach przekroju zaokrąglone promieniowo.

Ponadto korzystnie, gwint nakrętek śruby z łbem hakowym jest rolowany albo walcowany.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia śrubę z łbem hakowym w widoku z boku, fig. 2 - śrubę z fig. 1w widoku z góry, fig. 3 -śrubęz łbem hakowym według fig. 1i 2 w widoku od strony grzbietu, fig. 4 - śrubę z fig. 1do 3 w widoku perspektywicznym, przy czym przez zakreskowanie haka uwydatniono jego kształt, a wygięcie przedstawiono wyraźniej poszczególnymi przekrojami poprzecznymi przez trzon, fig. 5 - współdziałanie śruby z łbem hakowym według fig. 1 do 4 z profilowym elementem rynnowym obudowy, fig. 6 przedmiot z fig. 5 z pominięciem śruby z łbem hakowym w widoku z boku i fig. 7 - nakrętkę w widokach z dołu, z boku i z góry.

Śruba 1z łbem hakowym pokazana na fig. 1ma hakowy łeb 2, obejmujący gardziel 3 haka. W gardzieli 3 haka jest ukształtowana powierzchnia oporowa 4, przedstawiona dokładniej na fig. 2 jako powierzchnia F pod grzbietem łba hakowego 2. Śruba 1z łbem hakowym styka się powierzchnią oporową 4 na przedstawionym na fig. 5 rynnowym elemencie 6 obudowy, mającym dno 7i dwa rozbieżne na zewnątrz ramiona 8 i 9, zakończone wzmocnionymi pasami 5 i 5a.

Śruba współpracuje z belką poprzeczną 10i drugą śrubą 1a z łbem hakowym, identyczną jak śruba 1z łbem hakowym, przy czym śruby 1i 1a są obrócone względem siebie o 180°.

Belka poprzeczna 10 jest wykonana z wykroju z blachy zagiętego w kształcie litery U o równoległych ramionach 12 i 14 mających po jednym otworze 15 i 16, przy czym te otwory są współosiowe.

Trzon 17 haka 16 przechodzi przez skierowane w kierunku wierzchołka 18 haka wygięcie 19 w gwintowany trzpień 20.

Dzięki gwintowanemu trzpieniowi 20 strumień sił przepływa poprzez nakrętkę sześciokątną i poprzez wybranie w postaci okrągłego otworu w odpowiednim końcu belki poprzecznej do spodu 22 belki poprzecznej.

Powierzchnia oporowa F (fig. 2) ma zasadniczo trapezowy kształt, przy czym krótszy bok 24 tej powierzchni jest skierowany do wierzchołka 18 haka, a dłuższy bok 25 jest skierowany do zakrzywionego przejścia 26 gardzieli haka w trzon haka. Na fig. 2 pokazano środek ciężkości S powierzchni oporowej 4 leżący na przedłużonej osi 27 gwintowanego odcinka 28, która jak to uwidoczniono na fig. 1 przechodzi przez gardziel haka. Na fig. 2 walcowy obrys gwintu zaznaczono linią kreskową.

Dzięki temu strumień sił od powierzchni oporowej 4 do gwintowanego trzpienia 20 przebiega w praktyce zasadniczo bez wywołania momentów. W przypadku takiego ukształtowania linia działania wypadkowej wszystkich obciążeń działających na powierzchnię oporową 4, przyłożonej w środku ciężkości S powierzchni oporowej, zasadniczo pokrywa się z osią środkową 27 gwintowanego trzpienia 20.

Dla spowodowania przepływu strumienia sił do końca belki poprzecznej, także bez wywołania momentów, nakrętka sześciokątna 21 jest zaopatrzona w pierścień oporowy 29, stanowiący z nią jedną całość, który od strony gardzieli haka jest zaopatrzony w powierzchnię pierścieniową 30, stanowiącą część powierzchni czaszy kulistej. Oparcie następuje we wklęsłej powierzchni 31 panewki przegubu, która stosownie do przykładu wykonania według fig. 5 jest wyoblona z okrągłego otworu w końcu belki poprzecznej tak, że krawędź wybrania znajduje się w odstępie względem walca obwiedniowego gwintu 28. To oparcie na powierzchniach stanowiących część powierzchni czaszy kulistej jest ukształtowane tak, że zwrócona ku trzonowi haka górna krawędź 33 otworu nie jest ostra, a zatem nie wcina się w gwintowany trzpień. Utworzone dzięki temu przeguby obrotowe 32 i 34 są pokazane liniami przerywanymi na fig. 6.

Na fig. 5 pokazano, że wierzchołek 18 haka jest zgięty w dół w kierunku belki poprzecznej 10. Powierzchnia 36 gardzieli haka w wierzchołku 18 haka i pokazane na fig. 2 zaokrąglone przejście 26 w grzbiet 17 haka zamykają powierzchnię oporową 4, której zewnętrzne boki 37 i 38 są zbieżne w kierunku wierzchołka 18 haka.

Podwójną linią 38 na fig. 1są pokazane wystające do wewnątrz, a przez to w kierunku kołnierzy profilowych elementów obudowy, ostre krawędzie powierzchni oporowej 24. Powodują one zwiększony nacisk powierzchniowy na zewnętrzną stronę pasów elementów i przyczyniają się do zabezpieczania śrub z łbami hakowymi przed ześliźnięciem. Nie muszą być one hartowane.

Na fig. 4 pokazano, że przekrój poprzeczny trzonu 17 haka ma zasadniczo trapezowy kształt o wklęsłych bokach zbieżnych w kierunku wewnętrznej strony zagięcia. Przekroje 40 i 41 zakrzywienia

PL 193 003 B1 zmniejszają się w kierunku gwintu 28, nie zmieniając kształtu, ale z ciągłą zmianą wielkości przekroju 42i 43i przechodzą w końcu w przekrój okrągły 43 i 44. Osiąga się przez to równomierny strumień sił, który zapobiega spiętrzeniom obciążenia. Obciążalność jest przy tym zabezpieczona dzięki temu, że grzbiet 45 haka ma w zasadzie szerokość niezmienną względem gwintowanego trzpienia 20, wyznaczoną krótkimi bokami trapezu 49 w przekroju 40. Przekrój trzpienia wszakże, wychodząc z zakrzywienia 19 (fig. 3) i z opisanej niezmienionej szerokości b, która według fig. 3 ciągnie się aż do wierzchołka haka, ma po obu stronach integralne obrzeża 46 i 47, rozszerzające się w sposób ciągły po obu stronach powierzchni 48 grzbietu aż do powierzchni oporowej, tzn. w zasadzie do dłuższego boku 25 trapezu (fig. 2), aby potem zbiegać się aż do wierzchołka 18 haka.

Na fig. 1do 3 są zaznaczone strzałkami promienie między innymi krawędzie wierzchołka 18 haka, gardzieli 3haka i trzonu 17 haka, jak też zakrzywienia 19, określające ich krzywizny albo zaokrąglenia.

Na fig. 7 pokazano nakrętkę 21 w półprzekroju i zaznaczono promień krzywizny R kołnierzy przegubowych przegubu. Przecina on oś 50 przegubu w punkcie 51 tak, że przy wystąpieniu skośnych sił ciągnących leżący w punkcie 51 środek obrotu przegubu znajduje się na środkowej osi śruby (rysunek środkowy).

W widoku z góry (górny rysunek) pokazano żłobkowanie 52 tej powierzchni 53 przegubu, którą wypukła powierzchnia pierścieniowa 30 otacza się po powierzchni nośnej wklęsłej czaszy kulistej. Stanowi to zabezpieczenie nakrętki przed odkręcaniem, jeżeli została dociągnięta odpowiednio dużym momentem.

W przypadku dużych obciążeń przeważnie stosuje się gwint nakrętki śruby wzmocniony zgniotem powierzchniowym, tzn. drogą walcowania albo rolowania.

Claims (11)

1. Śruba z łbem hakowym, której łeb hakowy ma wierzchołek haka zagięty w kierunku belki poprzecznej, i mająca zaokrąglenie przejściowe w trzonie haka, a powierzchnia gardzieli haka obejmuje powierzchnię oporową do przyjmowania obciążenia, przy czym strumień sił obciążenia przebiega do poprzeczki poprzez wygięcie skierowane do wierzchołka haka, które to wygięcie dochodzi do trzonu haka o wielokątnym przekroju poprzecznym, który poprzez ciągłe zmniejszenie przekroju przechodzi w trzpień gwintowany o przekroju kołowym, znamienna tym, że łeb hakowy (2) jest wygięty tak daleko, że środek ciężkości (S) płaskiej powierzchni oporowej (4), której zewnętrzne boki (37, 38) są zbieżne w kierunku wierzchołka (18) haka, i linia działania wypadkowej wszystkich sił obciążających powierzchnię oporową (4) pokrywają się z osią środkową (27) trzpienia gwintowanego (20), przy czym szerokość (b) grzbietu (45) haka jest taka sama jak średnica trzpienia gwintowanego (20).

2. Śruba według zastrz. 1, znamienna tym, że ma nakrętkę (21) z podporą do wprowadzania strumienia sił do belki poprzecznej (10) mającą powierzchnie (30, 31) stanowiące części powierzchni czaszy kulistej.

3. Śruba według zastrz. 2, znamienna tym, że nakrętka (21) stanowi jedną całość z ruchomą częścią przegubu, który jest utworzony wspólnie z nieruchomą częścią przegubu stanowiącą wybranie w belce poprzecznej, przy czym nieruchoma część przegubu włącznie ze swoimi krawędziami końcowymi (34) znajduje się w odstępie od powierzchni przekroju (43, 44) obwiedniowego walca gwintu śruby z łbem hakowym (1), przy czym odstęp ten jest większy od zakresu ruchu przegubu.

4. Śruba według zastrz. 1, znamienna tym, że oś przegubu leży na osi środkowej (27) trzpienia gwintowanego (20).

5. Śruba według zastrz. 1albo 2, albo 3, albo 4, znamienna tym, że poczynając od wielokątnego, opatrzonego zaokrągleniami przekroju trzonu (17) haka, wygięcie (19) ma przekrój zmniejszający się w sposób ciągły i zmieniający się kształt aż do przejścia w walec zewnętrzny gwintu śruby (1).

6. Śruba według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienna tym, że przekrój trzpienia, począwszy od wygięcia (19) ma po obu stronach powierzchni grzbietu (48) obrzeża (46, 47), rozszerzające się w sposób ciągły aż do powierzchni oporowej (4), które wybiegają zbieżnie w wierzchołek (18) haka.

7. Śruba według zastrz. 5, znamienna tym, że przekrój trzpienia, począwszy od wygięcia (19) ma po obu stronach powierzchni grzbietu (48) obrzeża (46, 47), rozszerzające się w sposób ciągły aż do powierzchni oporowej (4), które wybiegają zbieżnie w wierzchołek (18) haka.

PL 193 003B1

8. Śruba według zastrz. 1, znamienna tym, że zbieżne boki zewnętrzne (37, 38) tworzą wystające do wewnątrz krawędzie.

9. Śruba według zastrz. 1, znamienna tym, że krawędzie wierzchołka (18) haka, gardzieli (3) haka i trzonu haka, jak też wygięcia (19) są we wszystkich płaszczyznach przekroju zaokrąglone promieniowo.

10. Śruba według zastrz. 5, znamienna tym, że krawędzie wierzchołka (18) haka, gardzieli (3) haka i trzonu haka, jak też wygięcia (19) są we wszystkich płaszczyznach przekroju zaokrąglone promieniowo

11. Śruba według zastrz. 2 albo 3, znamienna tym, że gwint nakrętek śruby z łbem hakowym jest rolowany albo walcowany.