RU2844004C1 - Fastening assembly for connection of wooden structures - Google Patents
Fastening assembly for connection of wooden structuresInfo
- Publication number
- RU2844004C1 RU2844004C1 RU2024133029A RU2024133029A RU2844004C1 RU 2844004 C1 RU2844004 C1 RU 2844004C1 RU 2024133029 A RU2024133029 A RU 2024133029A RU 2024133029 A RU2024133029 A RU 2024133029A RU 2844004 C1 RU2844004 C1 RU 2844004C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elastic element
- screw
- diameter
- rod
- parts
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к области строительства к средствам соединения деревянных деталей и может быть использована для сборки конструкций из дерева (бруса, бревна) и других строительных материалов, обладающих свойствами, близкими к свойствам древесины, например, со сходной плотностью, твердостью, тепловой стойкостью и др.The invention relates to the field of construction, to means for joining wooden parts, and can be used for assembling structures made of wood (timber, logs) and other building materials with properties similar to those of wood, for example, with similar density, hardness, thermal resistance, etc.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известен крепежный узел для соединения деревянных конструкций, содержащий шуруп, имеющий головку и стержень, и упругий элемент, имеющий центральное отверстие для размещения на упомянутом стержне шурупа (патент РФ на полезную модель №205948, опубликовано 12.08.2021 г.). В качестве упругого элемента в данном известном средстве используется металлическая пружина с переменным диаметром витков. Недостатком данного известного средства заключается в недостаточной жесткости пружины в ограниченном объеме полостей в соединяемых деталях для размещения крепежного узла. Другим недостатком является изменение свойств пружины с течением времени.The prior art discloses a fastening unit for joining wooden structures, comprising a screw having a head and a rod, and an elastic element having a central hole for placement on the said rod of the screw (RU Patent for Utility Model No. 205948, published on 12.08.2021). A metal spring with a variable diameter of coils is used as an elastic element in this known means. The disadvantage of this known means is the insufficient rigidity of the spring in the limited volume of cavities in the parts to be connected for placing the fastening unit. Another disadvantage is the change in the properties of the spring over time.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Изобретение решает задачу создания универсального крепежного узла для соединения деталей в строительных конструкциях, обладающего более высокими массо-габаритными показателями и широкой областью применения.The invention solves the problem of creating a universal fastening unit for connecting parts in building structures, which has higher weight and size indicators and a wide range of applications.
Достигаемый технический результат заключается в повышении надежности крепления соединяемых деталей в течении всего срока эксплуатации.The achieved technical result consists in increasing the reliability of fastening of the connected parts throughout the entire service life.
Указанный технический результат достигается тем, что крепежный узел для соединения деревянных конструкций содержит шуруп, имеющий головку и стержень, и упругий элемент, имеющий центральное отверстие для размещения на упомянутом стержне шурупа, упомянутый упругий элемент выполнен монолитным в виде тела вращения из упругого эластомера с твердостью от 65 до 100 единиц по шкале Шор А и имеет плоские верхнее и нижнее основания, упомянутое центральное отверстие упругого элемента имеет диаметр, составляющий величину от 1,1 до 1,5 диаметра упомянутого стержня шурупа, при этом наибольший наружный диаметр и высота упомянутого упругого элемента составляют величину от 1,9 до 3,0 диаметра упомянутого центрального отверстия.The said technical result is achieved in that the fastening unit for connecting wooden structures comprises a screw having a head and a rod, and an elastic element having a central hole for placement on the said rod of the screw, the said elastic element is made monolithic in the form of a body of revolution from an elastic elastomer with a hardness of 65 to 100 units on the Shore A scale and has flat upper and lower bases, the said central hole of the elastic element has a diameter equal to 1.1 to 1.5 times the diameter of the said rod of the screw, while the largest outer diameter and the height of the said elastic element are equal to 1.9 to 3.0 times the diameter of the said central hole.
Отличительной особенностью конструкции является выбор оптимального сочетания параметров упругого элемента крепежного узла.A distinctive feature of the design is the selection of the optimal combination of parameters of the elastic element of the fastening unit.
Перечень фигур чертежейList of drawing figures
На Фиг. 1 и Фиг. 2 показаны исходное и деформированное состояния упругого элемента в крепежном узле.Fig. 1 and Fig. 2 show the initial and deformed states of the elastic element in the fastening unit.
На Фиг. 3 - Фиг.5 показаны виды упругого элемента.Fig. 3 - Fig. 5 show types of the elastic element.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
В процессе строительства зданий из бруса, бревна в деревянном домостроении или сборки иных конструкций из досок, брусьев, балок различных профилей и сечений, например в каркасном строительстве, необходимо максимально плотно и качественно сплотить стыки деталей между собой, устранив любые зазоры между деталями уже на этапе сборки, строительства.In the process of constructing buildings from timber, logs in wooden house building or assembling other structures from boards, beams, beams of various profiles and sections, for example in frame construction, it is necessary to join the joints of the parts together as tightly and efficiently as possible, eliminating any gaps between the parts already at the stage of assembly and construction.
В строительстве зданий и сооружений из древесины (бревна естественной сушки или брус обрезной, профилированный или клееный и др.) и других материалов с близкими свойствами (древесно-стружечные, древесноволокнистые, OSB, МДФ, некоторые виды пластиков) применяются различные крепежные элементы - деревянные нагели, гвозди, шурупы, скобы, металлические резьбовые шпильки - обеспечивающие цельность конструкции, так как усушка деталей уменьшает размеры деталей и заложенные природой в древесине силы проявляются в виде деформаций, короблений деталей, формирующих спиральное скручивание деталей, в результате чего образуются зазоры стыков (щели), через которые в дальнейшем влага проникает в сформированные короблением пустоты, в результате чего соединения, соединения теряют целостность, стены герметичность и снижается долговечность таких конструкций, зданий и сооружений.In the construction of buildings and structures from wood (naturally dried logs or edged, profiled or glued beams, etc.) and other materials with similar properties (particle board, wood fiber, OSB, MDF, some types of plastics), various fasteners are used - wooden dowels, nails, screws, staples, metal threaded studs - ensuring the integrity of the structure, since shrinkage of parts reduces the size of the parts and the forces inherent in wood by nature manifest themselves in the form of deformations, warping of parts, forming a spiral twisting of parts, resulting in the formation of gaps in joints (cracks), through which moisture subsequently penetrates into the voids formed by warping, as a result of which the joints, connections lose integrity, walls lose their tightness and the durability of such structures, buildings and structures is reduced.
Известные пружинные крепежные узлы представляют собой стальное крепление, состоящее из шурупа по дереву и стальной пружины сжатия цилиндрической, конической или фасонной форм, соединенных с шурупом различными способами в единый крепежный узел. Однако для полноценного исключения негативных последствия от естественных процессов в деталях из дерева и аналогичных материалов необходимо многократно увеличивать силу стягивания деталей шурупами, увеличивать силу фиксации резьбовой части стержня шурупа в материалы и что особенно важно увеличивать жесткость упругого элемента, так как именно он противодействует силам коробления деталей в течение срока службы деталей, оказывая на соединительный стык деталей огромное усилие. Существующие конструкции пружин, в приемлемых для области строительства габаритных размерах, не обладают достаточной жесткостью для компенсации многочисленных факторов деградации материала. В крупноразмерных конструкциях, например, из древесины естественной влажности не прошедших камерную сушку, силы коробления настолько велики, что возможен разрыв стержня шурупов, стальных резьбовых шпилек.Known spring fastening units are a steel fastener consisting of a wood screw and a steel compression spring of cylindrical, conical or shaped forms, connected to the screw in various ways into a single fastening unit. However, in order to fully eliminate the negative consequences of natural processes in parts made of wood and similar materials, it is necessary to repeatedly increase the force of tightening the parts with screws, increase the force of fixing the threaded part of the screw rod in the materials and, what is especially important, increase the rigidity of the elastic element, since it counteracts the warping forces of the parts during the service life of the parts, exerting an enormous force on the connecting joint of the parts. Existing spring designs, in overall dimensions acceptable for the construction industry, do not have sufficient rigidity to compensate for numerous factors of material degradation. In large-sized structures, for example, made of wood of natural moisture that has not undergone chamber drying, the warping forces are so great that the screw rod and steel threaded studs may break.
Применяемые в строительстве в настоящее время стальные пружины сжатия обладают жесткостью в общепринятых габаритных размерах не более 320 кг, при их полном сжатии шурупом. Шуруп обеспечивает силу сжатия не более 1300 кг при монтаже и скреплении деталей, при этом пружины сжатия при воздействии таких сил от шурупа как правило подвержены междувитковому сдвигу (полное разрушение) и если они сохраняют целостность при монтаже, то всегда довольно быстро деградируют (усталость металла). Все это снижает эффективность известных крепежных пружинных узлов и делает невозможным их использование в конструкциях, например, из молодой (рыхлой) хвойной древесины в строительстве.The steel compression springs currently used in construction have a rigidity of no more than 320 kg in generally accepted overall dimensions, when fully compressed by a screw. A screw provides a compression force of no more than 1300 kg during installation and fastening of parts, while compression springs, when exposed to such forces from a screw, are usually subject to inter-turn shear (complete destruction) and if they remain intact during installation, they always degrade quite quickly (metal fatigue). All this reduces the efficiency of known fastening spring assemblies and makes it impossible to use them in structures, for example, from young (loose) coniferous wood in construction.
Настоящее изобретение устраняет вышеописанные последствия естественных процессов, протекающих в структуре многочисленных строительных материалов (древесина, МДФ, некоторые пластики...). Усушка и как следствие коробление деталей из таких материалов устраняется за счет стягивания шурупом деталей между собой при сборке и силового воздействия от сжатого упругого элемента, что устраняет зазоры стыков деталей в течение всего срока их службы. Путем притягивания нижней детали к верхней стержнем шурупа, упираясь нижней опорной частью в установленную деталь, а верхней опорной частью в основание головки шурупа, на стержне которого размещен упругий элемент.The present invention eliminates the above-described consequences of natural processes occurring in the structure of numerous building materials (wood, MDF, some plastics...). Shrinkage and, as a consequence, warping of parts made of such materials is eliminated by tightening the parts together with a screw during assembly and the force action of a compressed elastic element, which eliminates gaps in the joints of parts during their entire service life. By pulling the lower part to the upper one with the screw rod, resting the lower support part on the installed part, and the upper support part on the base of the screw head, on the rod of which the elastic element is placed.
Крепежный узел содержит шуруп 1, имеющий головку 2 и стержень 3, и упругий элемент 4.The fastening unit contains a screw 1 having a head 2 and a rod 3, and an elastic element 4.
Упругий элемент 4 имеет центральное отверстие 5 для размещения на стержне 3 шурупа 1 и выполнен монолитным в виде тела вращения из упругого эластомера (например, из материала на основе полиуретана полиуретан, полиэфира или полиэстера, вулканизированной резины и прочих РТИ материалы). Твердость упругого элемента 4 обеспечивают в диапазоне от 65 до 100 единиц по шкале Шор А.The elastic element 4 has a central opening 5 for placing the screw 1 on the rod 3 and is made monolithic in the form of a body of revolution made of an elastic elastomer (for example, from a material based on polyurethane polyurethane, polyester or polyester, vulcanized rubber and other rubber products). The hardness of the elastic element 4 is provided in the range from 65 to 100 units on the Shore A scale.
Упругий элемент 4 имеет плоские верхнее 6 и нижнее 7 основания для равномерного сжатия. Упругий элемент 4 может иметь одну или несколько кольцевых проточек глубиной до четверти величины его наружного диаметра.The elastic element 4 has flat upper 6 and lower 7 bases for uniform compression. The elastic element 4 may have one or more annular grooves with a depth of up to a quarter of the value of its outer diameter.
Центральное отверстие 5 упругого элемента 4 имеет диаметр d, составляющий величину от 1,1 до 1,5 диаметра стержня 3 шурупа 1. Отношение наибольшего наружного диаметра D упругого элемента 4 и его высоты Н к диаметр центрального отверстия d составляет величину от 1,9 до 3,0. Шайбы 13, 14 могут быть выполнены чашеобразными.The central hole 5 of the elastic element 4 has a diameter d, which is a value from 1.1 to 1.5 times the diameter of the rod 3 of the screw 1. The ratio of the largest outer diameter D of the elastic element 4 and its height H to the diameter of the central hole d is a value from 1.9 to 3.0. The washers 13, 14 can be made cup-shaped.
К верхнему 6 и нижнему 7 основаниям упругого элемента могут быть прикреплены (например, вулканизацией) шайбы 13, 14, выполненные из материала с большей твердостью, чем материал упругого элемента 4 (например, из пластмассы, композита или металла).Washers 13, 14 made of a material with a greater hardness than the material of the elastic element 4 (for example, plastic, composite or metal) can be attached (for example, by vulcanization) to the upper 6 and lower 7 bases of the elastic element.
Стержень 3 шурупа 1 целесообразно выполнить из термически обработанной стали с диаметрами от 8 мм до 12 мм и длиной от 100 мм до 850 мм. Резьбовую часть стержня 3 целесообразно выполнить с высотой витка от 1,65 до 2,35 мм при междувитковом расстоянии от 4 до 7,8 мм, что может обеспечить силу сжатия соединяемых деталей от 1900 кг до 2500 кг. Резьбовая часть стержня 3 может начинаться с конусообразного острия с углом от 20 до 45 градусов с выборкой, выполняющей роль снятия нагрузки при вворачивании стержня 3 в соединяемую деталь для легкого ввода резьбовой части стержня 3 в материал детали (эффект самореза). Стержень 3, предпочтительно, по всей длине имеет одинаковый диаметр, при этом, с одной стороны имеет головку 2 предпочтительно шестигранной формы с несъемной шайбой для передачи крутящего момента от установочного инструмента (дрель, ключ …). Могут применяться и иные формы головки 2, как с наружными контактными поверхностями, так и с внутренними. Внешний диаметр резьбы стержня 3 должен быть больше на 30-35% диаметра его гладкой части для прочной фиксации в древесине. После резьбового участка на стержне 3 целесообразно выполнить участок, представляющий собой многолезвийный режущий элемент «зенкер», который при вворачивании (вращении) стержня 3 шурупа 1 в деталь 8, увеличивает (расширяет) проходное отверстие в детали после прохождения в ней резьбового участка. Внешний диаметр «зенкера» целесообразно выполнить на 15-20% больше диаметра гладкой части стержня 3, что предотвращает зажатие стержня 3 в соединяемой детали с течением времени.It is advisable to make the rod 3 of the screw 1 from heat-treated steel with diameters from 8 mm to 12 mm and lengths from 100 mm to 850 mm. It is advisable to make the threaded part of the rod 3 with a turn height from 1.65 to 2.35 mm with an inter-turn distance from 4 to 7.8 mm, which can provide a compression force of the connected parts from 1900 kg to 2500 kg. The threaded part of the rod 3 can start with a conical tip with an angle from 20 to 45 degrees with a recess that acts as a load relief when screwing the rod 3 into the connected part for easy insertion of the threaded part of the rod 3 into the material of the part (self-tapping screw effect). Rod 3 preferably has the same diameter along its entire length, while on one side it has a head 2, preferably hexagonal in shape, with a non-removable washer for transmitting torque from the installation tool (drill, key, etc.). Other shapes of head 2 can also be used, both with external and internal contact surfaces. The external diameter of the thread of rod 3 should be 30-35% larger than the diameter of its smooth part for strong fixation in wood. After the threaded section on rod 3, it is advisable to make a section representing a multi-blade cutting element "countersink", which, when rod 3 of screw 1 is screwed (rotated) into part 8, increases (expands) the through hole in the part after the threaded section passes through it. It is advisable to make the outer diameter of the countersink 15-20% larger than the diameter of the smooth part of rod 3, which prevents rod 3 from becoming jammed in the part being connected over time.
На Фиг. 1 показано исходное положение крепежного узла при соединении деталей 8 и 9. Верхняя часть шурупа 1 с головкой 2 и упругим элементом 4 располагается в гнезде 10 верхней детали 8. Резьбовая часть стержня 3 проходит из детали 8 в деталь 9, обеспечивая их соединение.Fig. 1 shows the initial position of the fastening unit when connecting parts 8 and 9. The upper part of the screw 1 with the head 2 and the elastic element 4 is located in the socket 10 of the upper part 8. The threaded part of the rod 3 passes from part 8 into part 9, ensuring their connection.
В исходном (недеформированном) положении между боковой наружной поверхностью упругого элемента 4 и внутренней боковой поверхностью гнезда 10 имеется зазор 11. Также зазор 12 имеется между поверхностью центрального отверстия 3 и наружной поверхностью стержня 3 шурупа 1.In the initial (undeformed) position, there is a gap 11 between the lateral outer surface of the elastic element 4 and the inner lateral surface of the socket 10. There is also a gap 12 between the surface of the central hole 3 and the outer surface of the rod 3 of the screw 1.
Закручивая шуруп 1 его головка 2 своей нижней частью воздействуем на упругий элемент 4 и вызывает его упругую деформацию, в результате которой высота Н упругого элемента 4 и диаметр d центрального отверстия 5 уменьшаются, а величина его наружного диаметра D увеличивается. Конечное деформированное состояние крепежного узла показано на Фиг. 2.By tightening the screw 1, its head 2 with its lower part acts on the elastic element 4 and causes its elastic deformation, as a result of which the height H of the elastic element 4 and the diameter d of the central hole 5 decrease, and the value of its outer diameter D increases. The final deformed state of the fastening unit is shown in Fig. 2.
В конечном состоянии в крепежном узле действует следующая совокупность силовых факторов:In the final state, the following set of force factors operates in the fastening unit:
1) реакция деформированного материала соединяемых деталей 8 и 9, вызванная резьбовым соединением шурупа (фактор 1);1) the reaction of the deformed material of the connected parts 8 and 9, caused by the threaded connection of the screw (factor 1);
2) реакция деформированного упругого элемента 4, вызванная перемещением шурупа 1 в гнезде 10 (фактор 2);2) the reaction of the deformed elastic element 4 caused by the movement of the screw 1 in the socket 10 (factor 2);
3) контактная деформация и силы трения между наружной боковой поверхностью упругого элемента 4 и внутренней боковой поверхностью гнезда 10 (за счет уменьшения зазора 11) (фактор 3);3) contact deformation and friction forces between the outer side surface of the elastic element 4 and the inner side surface of the socket 10 (due to a reduction in the gap 11) (factor 3);
4) силы трения между наружной боковой поверхностью стержня 3 и поверхностью центрального отверстия 5 упругого элемента 4 (за счет уменьшения зазора 12) (фактор 4).4) friction forces between the outer side surface of rod 3 and the surface of the central hole 5 of elastic element 4 (due to a reduction in gap 12) (factor 4).
В процессе эксплуатации строительной конструкции свойства материалов деталей 8 и 9 меняются вследствие усушки, коробления и других, в месте контакте с резьбой стержня 3 происходят локальные разрушения материала деталей 8 и 9. В результате этого, происходит ослабление сжимающих усилий (фактор 1), обусловленных резьбовым соединением, с риском появления зазора между деталями 8 и 9. Остальные силовые факторы 2-4 препятствуют ослаблению соединяющего усилия шурупа 1 за счет запасенной энергии упругих деформаций в упругом элемент 4 и сил трения между упругим элементом 4 и поверхностью гнезда 10, а также между упругим элементом 4 и поверхностью стержня 3.During operation of the building structure, the properties of the materials of parts 8 and 9 change due to shrinkage, warping, etc., and local destruction of the material of parts 8 and 9 occurs at the point of contact with the thread of rod 3. As a result, the compressive forces (factor 1) caused by the threaded connection are weakened, with the risk of a gap appearing between parts 8 and 9. The remaining force factors 2-4 prevent the weakening of the connecting force of screw 1 due to the stored energy of elastic deformations in elastic element 4 and the friction forces between elastic element 4 and the surface of socket 10, as well as between elastic element 4 and the surface of rod 3.
Оптимальным будет такая ситуация, при которой все три стабилизирующих силовых фактора 2-4 будут проявляться в максимальной степени на протяжении всего срока службы конструкции.The optimal situation would be one in which all three stabilizing force factors 2-4 would manifest themselves to the maximum extent throughout the entire service life of the structure.
Степень деформации («рабочий ход») упругого элемента 4 целесообразно обеспечить на уровне 40-60% от его первоначальной высоты Н. Такая величина рабочего хода необходима, чтобы резьбовое соединение деталей шурупом 1 было максимально прочным. Такая степень деформации совместно с твердостью материала от 65 до 100 единиц по шкале Шор А обеспечит высокую энергоемкость и компенсационные свойства упругого элемента 4. Чем больше энергоемкость упругого элемента 4, тем большую степень усушки и иных факторов деградации материала деталей 8 и 9 он способен компенсировать.The degree of deformation ("working stroke") of the elastic element 4 should be provided at a level of 40-60% of its initial height H. Such a value of the working stroke is necessary so that the threaded connection of the parts with screw 1 is as strong as possible. Such a degree of deformation together with the hardness of the material from 65 to 100 units on the Shore A scale will provide high energy capacity and compensatory properties of the elastic element 4. The higher the energy capacity of the elastic element 4, the greater the degree of shrinkage and other factors of degradation of the material of parts 8 and 9 it can compensate.
Жесткость упругого элемента 4 в сжатом состоянии может достигать 650-800 кг при габаритных размерах Н от 25 мм до 70 мм и диаметре D от 20 мм 40 мм. При слишком высокой жесткости упругого элемента 4 и рабочем ходе на уровне 40-60% запас энергии упругих деформаций будет настолько большим, что разжатие упругого элемента 4 может вырвать резьбовую часть стержня 3 из соединяемой детали с разрушением ее материала.The rigidity of the elastic element 4 in the compressed state can reach 650-800 kg with overall dimensions H from 25 mm to 70 mm and diameter D from 20 mm to 40 mm. If the rigidity of the elastic element 4 is too high and the working stroke is at the level of 40-60%, the reserve of elastic deformation energy will be so large that the release of the elastic element 4 can tear the threaded part of the rod 3 from the connected part with the destruction of its material.
Для устранения деградации материала упругого элемента 4 в течении срока эксплуатации зданий и конструкций эластичному упругому элементу 4 конструктивно создается «корпус», ограничивающий пространство в котором происходит деформация упругого элемента 4. Таким корпусом может служить внутренняя боковая поверхность гнезда 10, как правило, цилиндрической формы. Ограничителем также может выступать шайбы 13 и 14 в случае их выполнения чашеобразными. Величина диаметра гнезда 10 превышает диаметр упругого элемента 4 в исходном состоянии на величину от 5 мм до Эмм. Абсолютные размеры диаметрального зазора 12 могут составляют величину от 1 мм до 5 мм.In order to eliminate degradation of the material of the elastic element 4 during the service life of buildings and structures, a "housing" is structurally created for the elastic elastic element 4, limiting the space in which the deformation of the elastic element 4 occurs. The inner side surface of the socket 10, usually cylindrical, can serve as such a housing. Washers 13 and 14 can also act as a limiter if they are made cup-shaped. The diameter of the socket 10 exceeds the diameter of the elastic element 4 in the initial state by a value from 5 mm to Em. The absolute dimensions of the diametrical gap 12 can be from 1 mm to 5 mm.
Изобретение работает следующим образом.The invention works as follows.
В зависимости от свойств материалов соединяемых деталей 8 и 9, их размеров и потребного сжимающего усилия выбирают диаметр стержня 3 шурупа 1, его длину и параметры резьбы. Диаметр D и высоту Н упругого элемента 4 выбирают исходя из того условия, что усилие упругого элемента 4 в деформированном состоянии должно соответствовать величине потребного сжимающего усилия шурупа 1 при максимальной рабочей деформации. Другие параметры упругого элемента 4 выбирают, исходя из зависимости диаметра центрального отверстия 5 от диаметра стержня 3 в пределах от 1,1 до 1,5, а также диаметра упомянутого стержня шурупа, при этом наибольший наружный диаметр и высота упомянутого упругого элемента должен составлять величину от 1,9 до 3,0 диаметра упомянутого центрального отверстия. При таких соотношениях в течении срока эксплуатации будут проявляться все четыре вышеперечисленных силовых фактора. Применение шайб 13 и/или 14 из более твердого материала позволит увеличить площадь контакты верхнего и нижнего торцев упругого элемента 4 и получить дополнительное улучшение эффективности и надежности соединения.Depending on the properties of the materials of the connected parts 8 and 9, their dimensions and the required compressive force, the diameter of the rod 3 of the screw 1, its length and thread parameters are selected. The diameter D and the height H of the elastic element 4 are selected based on the condition that the force of the elastic element 4 in the deformed state must correspond to the value of the required compressive force of the screw 1 at maximum working deformation. Other parameters of the elastic element 4 are selected based on the dependence of the diameter of the central hole 5 on the diameter of the rod 3 within the range from 1.1 to 1.5, as well as the diameter of the said screw rod, while the largest outer diameter and height of the said elastic element must be a value from 1.9 to 3.0 of the diameter of the said central hole. With such ratios, all four of the above force factors will manifest themselves during the service life. The use of washers 13 and/or 14 made of a harder material will increase the contact area of the upper and lower ends of the elastic element 4 and achieve an additional improvement in the efficiency and reliability of the connection.
Пример 1 осуществления изобретения.Example 1 of the invention.
Требуется соединить деревянные детали, имеющие толщину 200 мм каждая и изготовленные из мягких сортов древесины высокой влажности (молодая сосна). Посредством, например, специализированного программного обеспечения CAD определяют потребную величину сжимающей нагрузки шурупа 1700 кг. Такая нагрузка является средней. Выбирают диаметр стержня 3 шурупа 1 10 мм и длину 340 мм. В качестве материала упругого элемента 4 используют полиуретан твердостью 82 единицы по Шору А с диаметром D=25мм и высотой Н=25 мм. Диаметр центрального отверстия d упругого элемента составляет 12 мм. Диаметр гнезда 10 составляет 29 мм, высота 40 мм. Устанавливают крепежный узел в гнездо 10 и ввинчивают шуруп 1, создавая упругую деформацию упругого элемента 4. Динамометрическим ключом определяют величину момента закручивания, при котором обеспечивается сжимающая нагрузка 1700 кг. Рабочий ход упругого элемента 4 при такой нагрузке составил 7,2 мм. В сжатом положении наружная боковая поверхность упругого элемента 4 контактирует с внутренней боковой поверхностью гнезда 10, а поверхность центрального отверстия 3 констатирует с поверхностью стержня 3, обеспечивая дополнительные силовые факторы за счет силы трения, поддерживающие стабильность соединения деталей. Со временем происходит ослабление сжимающего усилия шурупа вследствие деградационных процессов в материале деталей и упругий элемент 4 за счет запасенной при его упругой деформации энергии обеспечивает постоянное поджатие соединяемых деталей к поверхности резьбы шурупа 1. В течении десяти месяцев эксплуатации прочность крепления деталей уменьшилась не более чем на 0,7%.It is required to connect wooden parts, each 200 mm thick and made of soft wood with high humidity (young pine). Using, for example, specialized CAD software, determine the required value of the compressive load of the screw of 1700 kg. Such a load is average. The diameter of the rod 3 of the screw 1 is 10 mm and the length is 340 mm. Polyurethane with a hardness of 82 units according to Shore A with a diameter D = 25 mm and a height H = 25 mm is used as the material of the elastic element 4. The diameter of the central hole d of the elastic element is 12 mm. The diameter of the socket 10 is 29 mm, the height is 40 mm. The fastening unit is installed in the socket 10 and screwed in the screw 1, creating an elastic deformation of the elastic element 4. The torque wrench determines the value of the tightening moment, which ensures a compressive load of 1700 kg. The working stroke of the elastic element 4 under such a load was 7.2 mm. In the compressed position, the outer side surface of the elastic element 4 contacts the inner side surface of the socket 10, and the surface of the central hole 3 contacts the surface of the rod 3, providing additional force factors due to the friction force that maintain the stability of the connection of the parts. Over time, the compressive force of the screw weakens due to degradation processes in the material of the parts, and the elastic element 4, due to the energy stored during its elastic deformation, ensures constant compression of the connected parts to the surface of the thread of the screw 1. During ten months of operation, the strength of the fastening of the parts decreased by no more than 0.7%.
Пример 2 осуществления изобретения.Example 2 of the invention.
Требуется соединить деревянные детали, имеющие толщину 250 мм каждая и изготовленные из твердых сортов древесины высокой влажности (дуб). Потребная величина сжимающей нагрузки шурупа составляет 1950 кг. Такая нагрузка превышает среднюю. Выбирают диаметр стержня 3 шурупа 1 12 мм и длину 400 мм. В качестве материала упругого элемента 4 используют полиуретан твердостью 90 единиц по Шору А с диаметром D=32 мм и высотой Н=35 мм. Диаметр центрального отверстия d упругого элемента составляет 14 мм. Диаметр гнезда 10 составляет 38 мм, высота 50 мм. Устанавливают крепежный узел в гнездо 10 и ввинчивают шуруп 1, создавая упругую деформацию упругого элемента 4. Динамометрическим ключом определяют величину момента закручивания, при котором обеспечивается сжимающая нагрузка 1950 кг. Рабочий ход упругого элемента 4 при такой нагрузке составил 7,9 мм. В сжатом положении наружная боковая поверхность упругого элемента 4 контактирует с внутренней боковой поверхностью гнезда 10, а поверхность центрального отверстия 3 констатирует с поверхностью стержня 3, обеспечивая дополнительные силовые факторы за счет силы трения, поддерживающие стабильность соединения деталей. Со временем происходит ослабление сжимающего усилия шурупа вследствие деградационных процессов в материале деталей и упругий элемент 4 за счет запасенной при его упругой деформации энергии обеспечивает постоянное поджатие соединяемых деталей к поверхности резьбы шурупа 1. В течении года эксплуатации прочность крепления деталей уменьшилась не более чем на 1,8%.It is required to connect wooden parts, each 250 mm thick and made of hardwood with high humidity (oak). The required value of the compressive load of the screw is 1950 kg. Such a load exceeds the average. The diameter of the rod 3 of the screw 1 is 12 mm and the length is 400 mm. Polyurethane with a hardness of 90 units according to Shore A with a diameter D = 32 mm and a height H = 35 mm is used as the material of the elastic element 4. The diameter of the central hole d of the elastic element is 14 mm. The diameter of the socket 10 is 38 mm, the height is 50 mm. The fastening unit is installed in the socket 10 and screwed in the screw 1, creating an elastic deformation of the elastic element 4. Using a torque wrench, determine the value of the tightening torque, which ensures a compressive load of 1950 kg. The working stroke of the elastic element 4 under such a load was 7.9 mm. In the compressed position, the outer side surface of the elastic element 4 contacts the inner side surface of the socket 10, and the surface of the central hole 3 contacts the surface of the rod 3, providing additional force factors due to the friction force, maintaining the stability of the connection of the parts. Over time, the compressive force of the screw weakens due to degradation processes in the material of the parts, and the elastic element 4, due to the energy stored during its elastic deformation, ensures constant compression of the connected parts to the surface of the thread of the screw 1. During a year of operation, the strength of the fastening of the parts decreased by no more than 1.8%.
Универсальность конструкции крепежного узла позволяет его применять для скрепления любых деревянных деталей или конструкций, а также деталей и конструкция из других материалов.The versatility of the fastening unit design allows it to be used to fasten any wooden parts or structures, as well as parts and structures made of other materials.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2844004C1 true RU2844004C1 (en) | 2025-07-23 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090311066A1 (en) * | 2006-04-19 | 2009-12-17 | Lionel Utille | Device for displaying the correct tightening force for a nut mounted on a threaded rod |
| RU90510U1 (en) * | 2009-08-17 | 2010-01-10 | Ненашев Сергей Владимирович | FASTENING ASSEMBLY FOR ASSEMBLING WOODEN STRUCTURES AND STRUCTURES |
| DE102010045833A1 (en) * | 2009-09-22 | 2011-04-07 | Richard Bergner Verbindungstechnik Gmbh & Co. Kg | Fastening unit for use in mounting unit, has projecting retaining flange arranged at end of spacer, and retaining element whose end includes constriction that positively engages flange for securing retaining element at spacer |
| RU2629097C2 (en) * | 2012-03-29 | 2017-08-24 | Зе Боинг Компани | Fastening systems providing protection from electromagnetic exposures |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090311066A1 (en) * | 2006-04-19 | 2009-12-17 | Lionel Utille | Device for displaying the correct tightening force for a nut mounted on a threaded rod |
| RU90510U1 (en) * | 2009-08-17 | 2010-01-10 | Ненашев Сергей Владимирович | FASTENING ASSEMBLY FOR ASSEMBLING WOODEN STRUCTURES AND STRUCTURES |
| DE102010045833A1 (en) * | 2009-09-22 | 2011-04-07 | Richard Bergner Verbindungstechnik Gmbh & Co. Kg | Fastening unit for use in mounting unit, has projecting retaining flange arranged at end of spacer, and retaining element whose end includes constriction that positively engages flange for securing retaining element at spacer |
| RU2629097C2 (en) * | 2012-03-29 | 2017-08-24 | Зе Боинг Компани | Fastening systems providing protection from electromagnetic exposures |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4812096A (en) | Self-tightening nut | |
| US4909012A (en) | Method of using compression fastener for joining structural members | |
| US7207761B2 (en) | Pin fastener for achieving metal-to-metal connections | |
| Blass et al. | Effective bending capacity of dowel-type fasteners | |
| CA2418185C (en) | Power driven nails for sheathing having enlarged diameter heads for enhanced retention and method | |
| JP6419853B2 (en) | Compression press fitting device | |
| US20120183371A1 (en) | Engineered Lumber Panel Fastener | |
| US5125200A (en) | Built-up support member | |
| US20010009638A1 (en) | Screw fastener in multiple floor truss and wood-to-wood shear connection | |
| RU2844004C1 (en) | Fastening assembly for connection of wooden structures | |
| KR100897721B1 (en) | Panel anchor bolts and installation method | |
| RU232723U1 (en) | Elastic element of a fastening unit for connecting wooden structures | |
| RU180024U1 (en) | Fastener for joining elements of wooden structures | |
| WO2024248167A1 (en) | Locking wedge washer device | |
| JP4056209B2 (en) | Hardware for wood thinning and hardware for wood thinning | |
| Rammer | Wood Mechanical Fasteners | |
| CA2478989C (en) | Fixing device and method for fixing to a substrate | |
| RU200338U1 (en) | Fastener for connecting elements of timber structures | |
| RU2820782C1 (en) | Fastening assembly for connection of elements of wooden building structures | |
| RU222229U1 (en) | Self-tapping screw for connecting elements of wooden building structures | |
| CN209539772U (en) | A kind of antivibration check bolt nut assembly | |
| EP2064396B1 (en) | Sound-damping coupling between two building elements of wood | |
| RU211972U1 (en) | Conical compression spring for connecting structural elements | |
| RU223727U1 (en) | Nut with twist locking mechanism | |
| RU2821692C1 (en) | Nut with unscrewing locking mechanism |