Узел соединения полых стержней пространственного каркаса

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ПОЛЫХ СТЕРЖНЕЙ ПРОСТРАНСТВЕННОГО КАРКАСА(71) Заявитель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(72) Авторы Драган Вячеслав Игнатьевич Пчелин Вячеслав Николаевич Левчук Александра Александровна Шалобыта Николай Николаевич(73) Патентообладатель Учреждение образования Брестский государственный технический университет(57) 1. Узел соединения полых стержней пространственного каркаса, содержащий крепежные болты со стопорными гайками и узловой элемент в виде шара, отличающийся тем,что шар выполнен полым с отверстиями в стенках, оголовки стержней снабжены жестко установленными в их полостях дополнительными гайками, а болты пропущены со стороны полости шара через его отверстия с возможностью поворота относительно оси отверстий и вкручивания в дополнительные гайки, причем каждый из болтов снабжен размещенными между шаром и соответствующей дополнительной гайкой стержня тремя стопорными гайками, одна из которых стопорит дополнительную гайку относительно болта, а две других - болт относительно шара, а между головками болтов и внутренней поверхностью шара и наружной поверхностью шара и стопорными гайками установлены шайбы со сферическими, обращенными к шару поверхностями. 25502006.02.28 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная гайка каждого из стержней и шар узлового элемента располагаются друг от друга на расстоянии, принимаемом по выражению шн 3 сгшдгшн 3 сг,где шдг - расстояние между шаром узлового элемента и дополнительной гайкой стержня шн - толщина наружной шайбы по ее оси сг - толщина стопорной гайки- максимально допустимое расстояние между стопорными гайками, обеспечивающее устойчивость болта- минимально возможное расстояние между стопорными гайками, обеспечивающее возможность вкручивания болта в дополнительную гайку. 3. Узел по п. 1 или 2, отличающийся тем, что длина каждого из болтов принимается по выражению бшдгстшвдг,где б - длина болта шдг -расстояние между шаром узлового элемента и дополнительной гайкой стержня ст - толщина стенки шара дг - толщина дополнительной гайки.(56) 1. Трушев А.Г. Пространственные металлические конструкции. - . Стройиздат, 1983,рис. Х.18 б. - С. 120. 2. Трушев А.Г. Пространственные металлические конструкции. - . Стройиздат, 1983,рис. Х.14 а, б. - С. 117. Полезная модель относится к строительству и может быть использована при возведении пространственных стержневых конструкций. Известен узел соединения полых стержней пространственного каркаса, содержащий узловой элемент в виде полого шара с отверстиями в стенках, через которые пропущены стержни, жестко соединенные с шаром посредством сварки 1. Недостатком известного узла является большая трудоемкость сварки при монтажных работах. Известен также узел соединения полых стержней пространственного каркаса, содержащий крепежные болты со стопорными гайками и узловой элемент в виде шара с отверстиями, выполненными с внутренней резьбой под болты, монтированные в оголовках стержней с возможностью вращения и осевого перемещения 2. Недостатком данного узла является необходимость высокой точности изготовления узлового элемента и сборки пространственных конструкций. Кроме того, узел обладает большой материалоемкостью вследствие изготовления узлового элемента сплошным. Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, состоит в том,чтобы обеспечить возможность снижения необходимой точности изготовления узлового элемента и сборки пространственных конструкций и уменьшения материалоемкости узла. Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном узле, содержащем крепежные болты со стопорными гайками и узловой элемент в виде шара, последний выполнен полым с отверстиями в стенках, оголовки стержней снабжены жестко установленными в их полостях дополнительными гайками, а болты пропущены со стороны полости шара через его отверстия с возможностью поворота относительно оси отверстий и вкручивания в дополнительные гайки, причем каждый из болтов снабжен размещенными между шаром и соответствующей дополнительной гайкой стержня тремя стопорными гайками, одна из которых стопорит дополнительную гайку относительно болта, а две других 2 25502006.02.28 болт относительно шара, а между головками болтов и внутренней поверхностью шара и наружной поверхностью шара и стопорными гайками установлены внутренняя и наружная шайбы со сферическими, обращенными к шару поверхностями. При этом дополнительная гайка каждого из стержней и шар узлового элемента располагаются друг от друга на расстоянии, принимаемом по выражению шн 3 сгшдгшн 3 сг,где шн - толщина наружной шайбы по ее оси сг - толщина стопорной гайки- максимально допустимое расстояние между стопорными гайками, обеспечивающее устойчивость болта шдг - расстояние между шаром узлового элемента и дополнительной гайкой стержня- минимально возможное расстояние между стопорными гайками, обеспечивающее возможность вкручивания болта в дополнительную гайку. Причем длина каждого из болтов принимается по выражению бшдгстшвдг,где б - длина болта 1 шдг -расстояние между шаром узлового элемента и дополнительной гайкой стержня ст - толщина стенки шара шв - толщина внутренней шайбы по ее оси дг - толщина дополнительной гайки. Выполнение шара полым с отверстиями в стенках, через которые пропущены со стороны полости шара болты с возможностью их вкручивания в дополнительные гайки, жестко установленные в полостях оголовков стержней, позволяет, за счет обеспечения возможности поворота на небольшой угол болтов в отверстиях шара, снизить необходимую точность изготовления узлового элемента и сборки пространственных конструкций. Снабжение каждого из болтов тремя стопорными гайками позволяет обеспечить возможность вращения располагаемым снаружи шара гаечным ключом застопоренных относительно друг друга и болта гаек при вкручивании болта в дополнительную гайку стержня,т.е. работоспособность узла, чему способствует также назначение расстояния между дополнительной гайкой и шаром по выражению шн 3 сгшдгшн 3 сг,а длины болта - по выражению бшдгстшвдг,Кроме того, благодаря изготовлению шара полым, снижается материалоемкость узла. Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен собранный узловой элемент в разрезе на фиг. 2 - полусферы, из которых собирается узловой элемент на фиг. 3 - разрез - на фиг. 2 на фиг. 4 - полусфера с отверстиями на фиг. 5 - вид А на фиг. 2 на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 2 на фиг. 7 - положение узлового элемента и полого стержня перед их соединением, разрез на фиг. 8 - то же, узел с вкрученным на первом этапе в дополнительную гайку стержня болтом на фиг. 9 - то же, в положении с открученными до опирания в шар двумя крайними стопорными гайками и застопоренной дополнительной гайкой на фиг. 10 - то же, в положении с отведенными от дополнительной гайки стопорными гайками на фиг. 11 - то же, в проектном положении болта, т.е. при полном вкручивании болта в дополнительную гайку на фиг. 12 - то же, в проектном положении болта и стопорных гаек. Обозначения 1 - полые стержни 2 - крепежные болты 3 - стопорные гайки 4 - шар 5 - отверстия под болты 6 - стенки шара 7 - полусферы 8 оголовки стержней 9 - полости стержней 10 - дополнительные гайки 11 - полость шара 12 - головки болтов 13 - внутренние шайбы 14 - наружные шайбы 15 - кромки полусфер 16 - отверстия под штифты 17 - штифты 18 - сварной стык. Узел соединения полых стержней 1 пространственного каркаса содержит крепежные болты 2 со стопорными гайками 3 и узловой элемент в виде шара 4 (фиг. 112). 3 25502006.02.28 Шар 4 выполнен полым с отверстиями 5 в стенках 6 и собирается из двух полусфер 7. Оголовки 8 стержней 1 снабжены жестко установленными в их полостях 9 дополнительными гайками 10. Болты 2 пропущены со стороны полости 11 шара 4 через его отверстия 5 с возможностью вкручивания в дополнительные гайки 10, причем каждый из болтов 2 снабжен тремя стопорными гайками 3. Стопорные гайки 3 размещены между шаром 4 и дополнительными гайками 10, а между головками 12 болтов и внутренней поверхностью шара 4 и наружной поверхностью шара 4 и стопорными гайками 3 установлены внутренние 13 и наружные 14 шайбы со сферическими, обращенными к шару 4 поверхностями. Дополнительная гайка 10 каждого из стержней 1 и шар 4 узлового элемента располагаются друг от друга на расстоянии, принимаемом по выражению(1) шн 3 сгшдгшн 3 сг,где шн - толщина наружной шайбы 14 по ее оси сг - толщина стопорной гайки 3- максимально допустимое расстояние между стопорными гайками 3, обеспечивающее устойчивость болта 2 шдг - расстояние между шаром 4 узлового элемента и дополнительной гайкой 10 стержня 1- минимально возможное расстояние между стопорными гайками 3, обеспечивающее возможность вкручивания болта 2 в дополнительную гайку 10 (1520 мм). В этом случае обеспечивается прочность узлового соединения и возможность закручивания болта 2 в гайку 10 с минимальными трудозатратами. Длина каждого из болтов принимается по выражению(2) бшдгстшвдг,где б - длина болта 2 ст - толщина стенки шара 4 шв - толщина внутренней шайбы 13 по ее оси дг - толщина дополнительной гайки 10. При этом обеспечивается полное взаимодействие резьбы гайки 10 с болтом 2. Изготовление узлового элемента на заводе производится в следующем порядке. Вначале выштамповываются или вытачиваются полусферы 7 с фрезерованием диаметральных кромок 15 (фиг. 3). Затем в диаметрально расположенных точках кромок 15 образуются отверстия 16 под штифты 17, а в стенках полусфер 7 - отверстия 5 под болты 2(фиг. 16). В одной из полусфер 7 разделывается кромка 15 под сварку. Далее через отверстия 5 пропускаются болты 2 с шайбами 13, 14, на болты 2 навинчиваются стопорные гайки 3, в отверстия 16 одной из полусфер 7 устанавливаются штифты 17, полусферы 7 фиксируются относительно друг друга, посредством одевания одной из полусфер 7 на штифты 17, и соединяются сварным стыком 18 (фиг. 1). Сборка узла соединения полых стержней 1 пространственного каркаса производится в следующем порядке. Стопорные гайки 3 устанавливаются рядом друг с другом и стопорятся относительно друг друга и болтов 2 (фиг. 7), при этом расстояние 1 от торца каждого из болтов 2 до дополнительной гайки 10 стержня 1 принимается из условия обеспечения возможности поворота болта 2 относительно оси отверстия 5 при сборке пространственных стержневых конструкций, благодаря чему облегчается процесс сборки (1510 мм, в зависимости от диаметра болта 2), а расстояние от стопорных гаек 3 до дополнительной гайки 10 - менее принятого расстояния между гайками 3 в проектном положении. Стопорение гаек 3 осуществляется посредством их поворота с затягиванием навстречу друг другу. Затем болт 2, путем вращения застопоренных гаек 3 с болтом 2, ввинчивается в дополнительные гайку 10 стержня 1 до упора гаек 3 в гайку 10 (фиг. 8). 4 25502006.02.28 После чего левая и средняя стопорные гайки 3 вращаются в обратную сторону до момента их опирания в наружную шайбу 14, при застопоренных с болтом 2 правой 3 и дополнительной 10 гайках, и производится стопорение левой и средней гаек 3 путем их стягивания относительно болта 2 (фиг. 9). Далее правая стопорная гайка 3 свинчивается в сторону шара 4 до опирания в левую и среднюю стопорные гайки 3 (фиг. 10). Затем болт 2, путем вращения застопоренных левой и средней гаек 3 с болтом 2, ввинчивается в дополнительные гайку 10 стержня 1 до упора головки 12 болта 2 вместе с шайбой 13 в шар 4 (фиг. 11). На заключительном этапе правой гайкой 3 стопорится дополнительная гайка 10 относительно болта 2, а средней и левой гайками 3 - болт 2 относительно шара 4 (фиг. 12). Аналогично соединяются в узле остальные стержни 1. Снабжение каждого из болтов 2 тремя стопорными гайками 3 позволяет обеспечить возможность вращения располагаемым снаружи шара 4 гаечным ключом застопоренных относительно друг друга и болта 2 гаек 3 при вкручивании болта 2 в дополнительную гайку 10 стержня 1, т.е. работоспособность узла, чему способствует также назначение расстояния между дополнительной гайкой 10 и шаром 4 по выражению (1), а длины болта 2 по выражению (2). Выполнение шара 4 полым с отверстиями 5 в стенках 6, через которые пропущены со стороны полости 11 шара 4 болты 2 с возможностью их вкручивания в дополнительные гайки 10, жестко установленные в полостях 9 оголовков 8 стержней 1, позволяет, за счет обеспечения возможности поворота болтов 2 в отверстиях 5 шара 4, снизить необходимую точность изготовления узлового элемента и сборки пространственных конструкций. Кроме того, благодаря изготовлению шара 4 полым, снижается материалоемкость узла. Фиг. 12 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.