устройство для крепления элементов к панели

Формула изобретения

1. Устройство для крепления элементов к панели, имеющей плоские поверхности с посадочным гнездом, образованным на одной из них, в котором установлен цилиндрический вкладыш с прямым отверстием для крепежного болта, отличающееся тем, что продольная ось цилиндрического вкладыша наклонена относительно оси прямого отверстия, проходящего по меньшей мере через одну из торцевых поверхностей вкладыша.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ось прямого отверстия перпендикулярна к одной из поверхностей панели.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на одной из торцевых поверхностей вкладыша образован цилиндрический выступ, ось которого совпадает с осью прямого отверстия.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено кольцевой стенкой, гайкой и съемным стопорным кольцом, при этом кольцевая стенка выполнена с кольцевой выточкой под гайку, а стопорное кольцо установлено на кольцевой стенке.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что концы цилиндрического вкладыша размещены в панели.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что один из концов цилиндрического вкладыша имеет кромку в виде окружности, ось которой перпендикулярна к соответствующей поверхности панели, а диаметр ее больше диаметра цилиндрического вкладыша.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что ось прямого отверстия для крепежного болта перпендикулярна к соответствующей поверхности панели.

8. Устройство по пп. 4 и 7, отличающееся тем, что кольцевая стенка образована на цилиндрическом вкладыше и размещена над соответствующей поверхностью панели перпендикулярно к последней.

9. Устройство по пп. 4 и 8, отличающееся тем, что стенка имеет по крайней мере одну вертикальную прорезь, а гайка выступающее ушко и внутреннюю резьбу, причем ушко размещено в прорези.

10. Устройство по пп. 4 и 9, отличающееся тем, что стопорное кольцо выполнено упругим и установлено в кольцевой выточке стенки, а ушко в ее прорези.

11. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что прямое отверстие имеет внутреннюю резьбу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится в основном к устройствам для крепления, в частности к устройствам, которые работают совместно с посадочным гнездом в панели таким образом, что предотвращается проворачивание устройства относительно панели.

При креплении арматуры на панелях, либо при соединении панелей между собой, механический способ соединения зачастую оказывается предпочтительным по сравнению с другими способами соединения, например склеивания. Механическому соединению, как правило, свойственно, меньшее число требований к подготовке соединяемых поверхностей, чем при склейке, кроме того многие токсичны. Механическое соединение обычно выполняется с использованием резьбовых деталей таких, как винты, ввинчиваемые в панели, или болты, используемые в комбинации с резьбовыми деталями такими, как гайки. Иногда винты нежелательны и не могут быть использованы. Например, использование винтов требует нарезки резьбы в соединительном отверстии в панели, что является более длительной операций, чем сверление отверстия под болт. В некоторых материалах, таких как композитные панели из фибры и составы из отверждаемых смол не может быть выполнена резьба из-за их хрупкости, и поэтому они не могут быть использованы с применением винтов.

Сложность, связанная с использованием болтовых креплений, заключается в том, что обычно гайка должна удерживаться неподвижно относительно панели при проворачивании болта таким образом, чтобы сопрягаемая гайка не проворачивалась при завертывании болта. Если сопрягаемая гайка имеет грани, тогда посадочное гнездо в панели снабжается гранями, которые сопрягаются с гранями тела гайки и, таким образом, предотвращается ее проворачивание. Посадочное гнездо в панели однако довольно трудно выполнить, особенно в случае хрупких композитных панелей. Эти трудности могут быть преодолены при использовании плоских гаек и запрессовываемых гаек.

Плоская гайка включает тело гайки с выполненной внутри резьбой и снабженное в нижней части отходящими в сторону ушками. Каждое ушко снабжено соединительным отверстием, в которое вставляется болт, заклепка или аналогичная крепежная деталь, которая используется для крепления плоской гайки с панелью. В панели просверливают три отверстия, одно из которых соосно с резьбовым отверстием в теле гайки, а два других соосны с соединительными отверстиями в ушках и используются для крепления болтами или заклепками плоской гайки к панели. Затем болт при креплении арматуры или второй панели может быть ввинчен в тело гайки без необходимости удерживания ее от проворачивания при затягивании болта. К сожалению крепление плоских гаек требует применения дорогостоящего сверления и заключительных операций, увеличивает вес законченного соединения и требует большего места для своего размещения.

Запрессовываемая гайка включает крепежное тело, снабженное внутренним резьбовым отверстием и кольцевым соединительным фланцем на его нижнем конце, сразу за кольцевой выточкой. Панель, к которой крепится запрессовываемая гайка, подготавливается сверлением одного единственного отверстия с диаметром большим, чем внутреннее отверстие гайки.

Для запрессовывания гайки в панели используется инструмент типа отвертки, при этом материал панели деформируется таким образом, что какая-то часть его затекает в кольцевую выточку напротив фланца и фиксирует гайку в панели. Запрессовываемая гайка не должна таким образом удерживаться при затягивании болта, это крепление требует выполнения меньшего числа подготовительных операций, нежели в случае применения плоской гайки, а все соединение имеет меньшие размеры и вес.

Однако крепление с запрессовываемой гайкой также имеет ряд ограничений. Если материал панели имеет недостаточную толщину или твердость, то запрессовываемая гайка может быть вытянута через панель при затягивании болта. Поскольку панели из композитных материалов обладают относительной хрупкостью, материал плохо затекает в кольцевую выточку запрессовываемой гайки. Поэтому запрессовываемые гайки обычно не используют при креплении изделий из композитных материалов. И, наконец, крутящий момент, прилагаемый к болту при его затягивании, может оказаться вполне достаточным для проворачивания запрессовываемой гайки в композитном материале, что сводит на нет преимущества выполнения работы с применением одной руки.

Цель изобретения создание резьбового соединения, которое предотвращает проворачивание гайки при его выполнении, не требует сложного посадочного гнезда и которое может применяться при работе с композитными панелями без вытягивания через панель либо другого повреждения панелей.

На фиг.1 показано устройство для крепления элементов к панели; на фиг.2 другой вариант осуществления устройства, установленного в панели; на фиг.3 вариант устройства крепления в панели; на фиг.4 то же, вид сверху; на фиг.5 то же, вид сбоку; на фиг.6 то же, вид снизу; на фиг.7 панель при снятом устройстве для крепления, вид сверху; на фиг.8 то же, вид снизу; на фиг.9 устройство для крепления, имеющее плавающую гайку, разрез; на фиг.10 то же, вид сверху; на фиг.11 устройство для крепления со снятыми плавающей гайкой и цилиндром, вид сверху; на фиг. 12 то же, вид сбоку; на фиг.13 то же, вид снизу.

Крепежный элемент 1 в соответствии с изобретением, установлен в гнезде 2, которое просверлено в относительно толстой панели 3 или арматуре.

Устройство для крепления имеет вид цилиндра с продольной осью 4, которая наклонена приблизительно под углом 45^о к верхней поверхности панели 3, причем этот элемент включает прямое резьбовое отверстие 5, имеющее продольную ось 6, нормальную к панели. Гнездо 2 имеет тот же угол наклона по отношению к панели, как и наклонная ось 4 элемента крепления. Когда элемент крепления установлен в гнезде 2, наклон посадочного отверстия обеспечивает определенный вид посадочной поверхности для тела устройства для крепления с эллипсом в сечении, и эта поверхность сопрягается с поверхностью элемента крепления, чтобы предотвращалась возможность проворачивания крепления в панели, а также создавалось осевое усилие при ввинчивании соединительного болта 7 или аналогичного элемента крепления в устройство.

При приложении усилия в направлении наклонной оси 4 возможно вытащить устройство из панели 3. В связи с этим, для удержания элемента 1 и болта 7 в панели выполняется второе посадочное отверстие 8 с наклонной осью 9, которая ориентирована таким образом, что является зеркальным отображением первой наклонной оси 4, при этом во второе посадочное отверстие может быть установлен второй элемент крепления 10. Работая совместно, элементы крепления 1 и 10 противодействуют вытягиванию любого из них из панели 3. В качестве альтернативы могут быть использованы такие меры, как внешнее ребро или отбортовка, либо другие способы фиксации первого элемента крепления 1. Например, для фиксации элемента крепления в посадочном гнезде может быть использован клей. Специалистами, работающими в этой области, могут быть применены и другие способы фиксации элемента крепления 1.

Другой вариант осуществления устройства для крепления 11 в соответствии с изобретением показан на фиг. 2. Имеется наклонное цилиндрическое тело элемента крепления 12, которое вставлено в наклонное посадочное гнездо 13 в панели 14, в котором выполнено прямое резьбовое отверстие 15 с продольной осью 16. Посадочное гнездо 13 (фиг.2) проходит насквозь через всю толщину панели, а устройство для крепления 11 используется для крепления второй панели 17 с первой панелью 14 с использованием резьбового болта 18 с головкой 19. Благодаря наклонной оси 20 гнездо образует определенную поверхность, которая сопрягается с поверхностью элемента крепления 12 для разгрузки элемента крепления таким образом, чтобы исключалось вращение элемента крепления в панели 14 при ввинчивании крепежного болта в устройство для крепления. Кроме того, ось посадочного гнезда направлена определенным образом, чтобы исключалась возможность вытягивания тела элемента крепления через панель 14 при завинчивании болта. Для достижения более плотной подгонки болта к резьбовому элементу крепления тело элемента слегка подторцовано со стороны входного отверстия в зоне головки болта 19 для образования небольшой лунки. Это обеспечивает притягивание второй панели 17 к первой панели 14, а не к торцу элемента крепления 11.

На фиг.3 представлен другой вариант устройства для крепления 21 в соответствии с изобретением после его установки в панели 22. Элемент крепления имеет вид наклонного цилиндра 23 с выступом 24, который выступает вверх по отношению к наклонному цилиндру. Иначе элемент крепления может быть описан как деталь, сочетающая наклонный цилиндр 23, который выполнен с прямым цилиндром. Оба цилиндра имеют общее резьбовое отверстие 25, которое проходит напрямую через цилиндры по продольной оси 26. Наклонный цилиндр имеет продольную ось 27 под углом 45^о к оси 26 резьбового отверстия, а прямой цилиндр имеет продольную ось, совпадающую с осью 26 резьбового отверстия. В панели имеется посадочное гнездо 28, которое выполнено с наклоном по отношению к верхней поверхности 29 и нижней поверхности 30, причем угол наклона равен углу наклона наклонного цилиндра. Когда элемент крепления установлен в посадочное гнездо, благодаря наклону в посадочном гнезде образуется определенная поверхность, которая сопрягается с поверхностью наклонного цилиндра 23 для исключения возможности элемента крепления к проворачиванию в панели, а также обеспечения осевого удерживающего усилия при завинчивании соединительного болта (не показан) в элемент крепления.

Наклонный цилиндр 23 имеет нижнюю торцовую поверхность 31 и верхнюю торцовую поверхность 32, которая расположена заподлицо с верхней поверхностью 29 панели. Фигурная боковая поверхность, обусловленная наклоном оси посадочного гнезда 28, дает линию пересечения в виде эллипса. Осевое удерживающее усилие, появляющееся в месте контакта поверхностей сверления и наклонного цилиндра, препятствует проворачиванию элемента крепления в месте его постановки. Элемент крепления однако может быть извлечен из посадочного гнезда принудительно усилием, направленным вдоль наклонной оси 27, с вращением в сторону верхней поверхности 29 панели. Устройство для крепления 21 показано на фиг. 4-6. Верхний торец наклонного цилиндра 23 имеет развитый заплечик такой, что верхняя поверхность 32 наклонного цилиндра имеет контур окружности на виде сверху (фиг.4) и соответствующий контур на верхней поверхности 29 панели для посадки заплечика в посадочном месте, полученном зенкованием. Развитый заплечик обеспечивает наличие большего входного отверстия, через который проходит нижний конец элемента крепления и обеспечивает более легкую посадку устройства для крепления 21 в посадочном гнезде 28.

На фиг.5 показаны как боковая поверхность 33 наклонного цилиндра 23, так и боковая поверхность 34 с заплечиком. Обе поверхности показаны также на фиг.6. Форма нижней поверхности 31 устройства для крепления 21 соответствует эллипсу на виде снизу (фиг.6).

На виде сверху (фиг.7) и виде снизу (фиг.8) панели 22 показана конфигурация посадочного гнезда 28. Посадочное гнездо обычно получают, выполняя сверление панели 22 по оси, совпадающей с продольной осью 27 наклонного цилиндра 23. Эта операция дает отверстие, край которого показан на виде сверху как эллипс, причем этот эллипс 35 лучше виден на фиг.8 как линия пересечения отверстия с нижней поверхностью панели. Для лучшей посадки элемента крепления 21 в посадочном гнезде 28 верхний торец наклонного цилиндра 23 и посадочное гнездо могут отбортовываться. Гнездо 28 отображается окружностью 36 на верхней поверхности 29 панели (фиг.7).

Развальцованная поверхность 37 в панели может легко быть получена зенкованием. Зенкование предпочтительно выполняется с углом, равным удвоенному углу наклона оси 27.

Известно, что окружность является кривой, каждая из точек которой равно удалена от центра, в то время как эллипс характеризуется постоянством суммы расстояний каждой из точек до полюсов, причем эллипс имеет большую и малую ось. Заплечик 38 в верхней части гнезда 28 получен зенкованием с центральной осью 39 (фиг.7), которая совпадает с фокусом эллипса в верхней части гнезда, наиболее удаленной точке от центральной оси резьбового отверстия 25. В предпочтительном примере осуществления изобретения диаметр зенковочной окружности 36 на верхней поверхности 29 панели соответствует большой оси эллипса.

Ось 27 наклонного цилиндра 23 и посадочного гнезда 28 наклонена под углом 45^о к оси 26 прямого цилиндра 24. Установлено, что допустимыми следует считать углы в диапазоне 5-60^о. В общем случае желательно уменьшать угол наклона по отношению к оси 26 по мере возрастания толщины панели 22, поскольку боковое смещение гнезда 28 может достигать столь больших значений, что становится достаточно трудно подобрать прямое отверстие 25 через панель при приемлемом диаметре посадочного гнезда.

Еще один пример осуществления устройства для крепления в соответствии с изобретением показан на фиг.9 и 10, причем в этой конструкции используется плавающая гайка. Крепление включает наклонный цилиндр 40 и прямой цилиндр, как и ранее рассмотренное крепление, с тем отличием, что прямой цилиндр образован поднятой стенкой 41, выполненной зацело с наклонным цилиндром, при этом образуется тело элемента крепления 42, кроме того, крепление включает разделительную гайку 43 с внутренней резьбой 44, которая имеет способность к ограниченному перемещению относительно тела элемента крепления при ввинчивании резьбового болта (не показан) в гайку. Как и в случае предыдущего крепления (фиг. 3-8), наклонный цилиндр имеет наклонную ось 45, а прямой цилиндр имеет ось 46, которая перпендикулярна к панели 47, причем элемент крепления размещается в посадочном гнезде 48. Пределы свободного перемещения гайки обеспечивают большую легкость ввинчивания соединительного болта в гайку вследствие некоторого возможного смещения болта относительно нормальной оси 46, и гайка будет садиться в соответствующее положение по мере завинчивания болта в гайку.

Фиксация гайки 43 в элементе крепления 42 может быть пояснена при рассмотрении сборки, представленной на фиг.9 и 10, и вида элемента крепления сверху и сбоку, показанных соответственно на фиг.11 и 12. Гайка 43 имеет центральное резьбовое отверстие 49, ось которого совпадает с прямой осью 46 и два боковых отходящих ушка 50. Элемент крепления 42 имеет прямое отверстие 51 с нижним диаметром 52, который приблизительно равен диаметру резьбового отверстия 49 гайки, и верхним диаметром 53, который несколько больше по величине. Благодаря разности диаметров образуется уступ 54, на который садится гайка. Две вертикальные прорези 55 в поднятой стенке 41 обеспечивают пропуск ушек гайки.

Сход гайки 43 с элемента крепления 42 предотвращает стопорное С-образное кольцо 56, обладающее определенной упругостью. На поднятой стенке 41 выполнена кольцевая выточка 57. Стопорное кольцо замыкается вокруг поднятой стенки в выточке. Когда стопорное кольцо 56 установлено, гайка 43 имеет ограниченные пределы к перемещению, но не может рассоединиться с телом элемента крепления 42 благодаря наличию ушек 50 и оказывается замкнутой в прорезях 55 стопорным кольцом. Вертикальные поверхности 58 в поднятой стенке 41, которые ограничивают прорези, предотвращают проворачивание гайки при ввинчивании крепежного болта в гайку за счет упора ушек 50 в вертикальные поверхности.

Поскольку кольцо 56 обладает упругостью, оно может быть снято из выточки 57, а затем установлено вновь. Таким образом, стопорное кольцо может применяться многократно. Это обеспечивает замену гайки 43, что может потребоваться, если резьба 44 гайки сорвана, без снятия всего узла крепления с панели 47. Тело элемента крепления 42 может при этом оставаться в посадочном гнезде 48 в момент снятия стопорного кольца и гайки. Такая конструкция обладает особым преимуществом, когда тело соединительного элемента посажено в гнезде на клею.

Нижняя часть 59 поднятой стенки 41 образует кольцевой буртик, который садится на верхнюю поверхность 60 панели 47. В целях упрочнения и увеличения площади контакта при минимальном использовании материала поднятой стенке придается коническая форма. Как и в предыдущем случае осуществления изобретения наклонный цилиндр 40 и наклонное посадочное гнездо 48 в панели образуют фигурную поверхность сопряжения, которая обеспечивает появление осевого усилия на устройстве для крепления, которое предотвращает выпадание элемента крепления из посадочного гнезда и его проворачивание, когда крепежный болт ввинчивается в гайку 43.

Если устройство для крепления применяется в композитных панелях из углеродной фибры, тело элемента крепления должно изготавливаться из нержавеющей стали, чтобы предотвратить коррозию элемента крепления и расслоение панели 47. Гайка в этом случае также должна быть изготовлена из нержавеющей стали, чтобы исключить гальваническую пару между телом элемента крепления и панелью и последующую коррозию и расслоение. Это относится и к стопорному кольцу 56.

Таким образом, устройство для крепления в соответствии с изобретением устанавливается в панель без возможности проворачивания в панели, когда крепежный болт или винт ввинчивается в элемент крепления.

Такое крепление включает наклонный цилиндр и прямое отверстие, имеющие пересекающиеся оси. Посадочное гнездо в панели имеет продольную ось, угол наклона которой совпадает с углом наклона наклонного цилиндра. Стенки посадочного гнезда в панели работают совместно с боковой поверхностью наклоненного цилиндра, чтобы обеспечивался момент сопротивления проворачиванию элемента крепления при ввинчивании болта в элемент крепления, что позволяет выполнить работу одной рукой без сложных подготовительных операций с панелью.

Настоящее решение описано в форме примеров предпочтительного его осуществления. Могут существовать элементы крепления иной конфигурации, но применимые в рамках изобретения. Таким образом, изобретение не может быть ограничено конкретными описанными примерами его осуществления, напротив, изобретение может применяться с разнообразными элементами крепления. Все модификации, видоизменения, либо эквивалентные варианты должны рассматриваться как находящиеся в рамках изобретения.