202310. lajstromszámú szabadalom • Csavarszerkezet adott terhelésviszonyok mellett előre meghatározott menetes kapcsolaton belüli axiális terheléseloszlás megvalósítására
1 HU 202310 B 2 A találmány tárgya térheléskiegyenlltett csavarszerkezet, főleg nagy teherbírású csavarkötésként történő alkalmazásra. A csavarszerkezet statikus és kifáradási teherbírását a szerkezet elemeinek, és különösen meneteinek szilárdsági és felületi igénybevétele határozza meg. Külön problémát jelent, hogy a terhelés eloszlása a menetes kapcsolatokban axiális irányban nem egyenletes, hanem a szélső menet, illetve menetek irányában növekszik. A szélső meneteken jelentkező csúcsterhelés ráadásul a menetszám növelésével nem lineárisan, hanem egyre kisebb mértékben csökkenthető. Ezek a terhelési csúcsértékek különösen csavarhajtásoknál és kifáradási igénybevételnek erősebben kitett kőtómeneteknél a szerkezet teherbírását erősen korlátozzák. A szélső menetekre eső terheléscsúcsok csökkentésére, illetve a menetek mentén történő axiális terheléskiegyenlitéBre számos javaslat ismert. Az úgynevezett menettő-alászúrás lényege például, hogy csökkenti a belső menettel ellátott rész (anya) szélső meneteinek merevségét és ezáltal a terhelésátadás intenzitását (Ten Bosch: Gépelemek, 277. oldal, Műszaki Könyvkiadó, 1957). A megoldás hátránya, hogy csak nagy méretek - 50 mm-nél nagyobb átmérők - esetén alkalmazható, költséges technológia. Ismert módszer az anya szélső meneteinek fokozatos csonkítása is, amelynek révén a terhelésátadás a külső menettel ellátott rész (orsó) meneteinek külső átmérője felé tolódik el, ami a menetlehajlás növekedését, tehát látszólagos merevségcsökkenést eredményez (Tochtermann-Bodenstein: Konstruktionselemente des Maschinenbaues, 167. oldal, Springer-Verlag, 1979). A megoldás hiányossága, hogy a csonkított meneteken a felületi nyomás a kis érintkező felületek miatt a csökkenő terhelésátadás-intenzitás ellenére is nő. Alkalmazása ezért mozgató csavarszerkezeteknél nem célszerű, csupán a menettó-kifáradás korlátozott mértékű csökkentésére alkalmas. A fentieken kivül ismert módszer a kötócsavaroknál szokásos ellenirányú terhelésű kapcsolat helyett egyirányú terhelésű kötés kialakítása (Tochtermann-Bodenstein: Konstruktionselemente des Maschinenbaues, 167. oldal, Springer-Verlag, 1979). A csavarkötés terheléseloszlásának javítására, egyenletesebb terheléseloszlás kialakítására további javaslatok is ismertek. A 2 439 832 számú NSZK-beli szabadalmi leírás például olyan megoldást ismertet, amelyben a csavarorsó menete az anya meneténél kisebb menetemelkedéssel van kialakítva. Ez a megoldás - más módosításokkal együtt (például menetszelvény módosítás) a csavarkötés kifáradási szilárdságának jelentős növekedését eredményezte. A kedvező hatás magyarázata, hogy ilyen kialakítás esetén a terheléscsúcs - az adott geometriai viszonyoktól és a terhelésszinttől függően - csökken. Egyenletes terheléseloszlást azonban ez a megoldás nem biztosit. A 2 102 910 számú NSZK-beli szabadalmi leírás szerinti megoldás a fenti javaslathoz hasonlóan az orsónak az anya menetemelkedésénél kisebb menetemelkedéssel kívánja a terheléscsúcsot csökkenteni, speciálisan kialakított menetprofil esetén. Az előző megoldáshoz képest elvi különbséget jelent, hogy itt az axiális menethézag a becsavarási hosszra eső menetemelkedés-különbségnél nagyobb, így szereléskor a túlfedésból, a menetprofilok nagy felületi terheléséből adódó berágódási veszély csökken. A javaslat további lényeges eleme, hogy az orsónál és az anyánál eltérő menetprofilt javasol, ami az érintkezés kezdeti szakaszában a felületi érintkezés helyett vonalérintkezést eredményez, igy a kötés elemeinek plasztikus alakváltozása ugyancsak a terheléseloszlás kiegyenlítődése irányába hat. A szereléskor kialakuló, folyáshatárt meghaladó felületi terhelések a felületek egymáshoz viszonyított elmozdulása esetén berágódáshoz vezethetnek, ezért meghúzáskor és oldáskor a kötést speciális szerelökészülékkel tehermentesíteni kell. Egyenletes terheléseloszlás kialakítására ez a javaslat sem ad kitanitást. Az orsómenetben ébredő terheléscsúcs csökkentésére a 3 933 074 számú USA-beli szabadalmi leírás a csavarkötés nagyobb terhelésű anyameneteinek átvágását javasolja. Az anya meneteiben kialakított axiális hornyok csökkentik a menetek rugómerevségét, és igy azok mintegy kitérhetnek a terhelés elöl. A javaslat tartalmazza a legnagyobb terhelésű anyamenet átvágásának mértékét, nem ad kitanitást azonban a csavarkötés hossztengelye mentén történő célszerű változtatásokra vonatkozóan. A kötésben kialakuló terheléseloszlás tehát véletlenszerű, nem egyenletes. A találmánnyal célunk főleg nagy terhelésnek kitett csavarszerkezetek statikus és kifáradási teherbírásának növelése. A megoldandó feladat olyan csavarszerkezet kialakítása, amelyben adott terhelésviszonyok mellett az axiális terheléseloszlás a menetes kapcsolat hossza mentén a csavarszerkezet funkciója szempontjából előnyös előre meghatározott terheléseloszlás-függvény - egyenletes eloszlás esetén például lineáris függvény - szerint változó. A kitűzött feladatot azáltal oldottuk meg, hogy menetes kapcsolatot létrehozó menetes orsóból és menetes anyából kialakított csavarszerkezetben az orsót ós/vagy az anyát úgy képeztük ki, hogy f (x) axiális menethézag a menetes kapcsolat hossza mentén meghatározott összefüggés Bzerint változik. Ez az összefüggés a találmány szerint az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
