БОЛТ И ГАЙКА С МЕХАНИЗМОМ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПРОВОРАЧИВАНИЯ
BOLT AND NUT WITH MECHANISM TO PREVENT SLIPPING

Область техники
Настоящее изобретение относится к комплекту из болта и гайки. А именно, настоящее изобретение относится к комплекту из болта и гайки, имеющему механизм предотвращения проворачивания.
Предшествующий уровень техники
Существует требование предотвращения относительного проворачивания болта и гайки, когда гайка затянута на болте.
Раскрытие изобретения
Техническая задача
Предотвращение относительного проворачивания между болтом и гайкой может быть реализовано за счет выполнения складной части на конце болта, которая может складываться вокруг оси, перпендикулярной оси болта, и выполнения паза, расположенного на торцевой поверхности гайки, в который вставляется складная часть.
Например, как показано на фиг.5, фиксатор 46 обеспечен на конце болта 40. Фиксатор 46 поворачивается вместе со штифтом 42, который проходит перпендикулярно оси болта 40x. Далее, паз 44а, в который вставляется фиксатор 46, обеспечен на торцевой поверхности гайки 44. Здесь, торцевая поверхность является поверхностью, из которой фиксатор 46, выполненный на конце болта 40, выступает наружу. Болт 40 может быть вкручен в гайку 44 за счет выравнивания фиксатора 46 с осью болта 40х. Фиксатор 46, поворачиваясь, занимает центральное положение от штифта 42 и помещается в паз 44а после закручивания гайки 44 до установленной величины. Затем, относительное проворачивание между болтом 40 и гайкой 44 предотвращается, и состояние предотвращения проворачивания болта 40 и гайки 44 сохраняется.
Предотвращение проворачивания может быть достигнуто с помощью вышеизложенной технологии. Однако в примере, показанном на фиг.5, относительный угол между болтом и гайкой для предотвращения проворачивания ограничен. За счет конструкции, показанной на фиг.5, относительное проворачивание между болтом и гайкой может быть предотвращено только в одном угловом положении при угле поворота на 360°.
Если выполнить множество пазов 44а с радиальным расположением, то количество угловых положений, при которых предотвращается относительное проворачивание, увеличивается. К примеру, как показано на фиг.6А, когда два паза расположены на одной линии, предотвращение проворачивания может быть достигнуто каждые 180°. Как показано на фиг.6В, когда восемь пазов расположены радиально, предотвращение проворачивания может быть достигнуто через каждые 45°.
Когда затягивание между болтом 40 и гайкой 44 является сильным, лучше увеличить количество пазов. Например, как показано на фиг.5, в случае когда предотвращение проворачивания может быть достигнуто только в одном положении, затяжка с углом, при котором достигается предотвращение проворачивания, может быть либо слишком сильной, либо слишком слабой. Отсутствие паза в нужном угловом положении может иметь место, когда достигается подходящая затяжка, таким образом возможно наличие положения, при котором предотвращение проворачивания не может быть достигнуто с углом, при котором достигается подходящая затяжка. Как показано на фиг.6В, если множество пазов выполнено с радиальным расположением, возможность предотвращения проворачивания с углом, при котором достигается подходящая затяжка, увеличивается.
В случае, когда требуется определенная затяжка, размещения пазов через каждые 45° может оказаться недостаточным. С обеспечением размещения через 45° возможен случай, когда затяжка с углом, при котором достигается предотвращение проворачивания, является слишком сильной или слишком слабой, и таким образом не может быть достигнута подходящая затяжка. Для улучшения условий затяжки требуется увеличить количество углов, при которых достигается предотвращение проворачивания, за счет увеличения количества пазов.
Однако количество пазов, имеющих требуемую ширину, которые могут быть сформированы на гайке определенного размера, ограничено. Возможен случай, при котором количество пазов, необходимых для достижения требуемого решения проблемы, не может быть выполнено.
Настоящее изобретение обеспечивает технологию для достижения лучшего решения, чем решение простого увеличения количества пазов.
Техническое решение
Болт по настоящему изобретению включает складную часть, расположенную на конце болта. Складная часть может складываться вокруг оси, проходящей перпендикулярно к оси болта. Складная часть может складываться в любую сторону от центральной оси, соответствующей оси болта. Гайка по настоящему изобретению имеет пазы, расположенные на торцевой поверхности гайки. В каждый из пазов может быть помещена складная часть. Важно, чтобы торцевая поверхность гайки соответствовала поверхности, из которой выступает конец болта при затягивания болта и гайки. Количество пазов является нечетным числом. Пазы расположены радиально вокруг центра резьбового отверстия гайки. Также, пазы также расположены радиально с равным угловым шагом.
Случай, когда семь пазов расположены радиально с равным угловым шагом, будет описан на примере. В данном случае, угол между двумя соседними пазами примерно равен 51,4°, и этот угол является предпочтительным для предотвращения проворачивания по общепринятой технологии. Однако предпочтительное угловое значение может быть разделено пополам (а именно 25,7°) по настоящему изобретению.
Когда болт поворачивается на 25,7° от положения, при котором складная часть может вставляется в один из пазов, складная часть не может быть вставлена в паз, соседний с пазом, в который вставлена складная часть. Однако, если складную часть болта сложить в направлении, противоположном направлению, в котором складная часть была сложена, складная часть будет вставлена в паз, расположенный на противоположной стороне. Если болт имеет четное число пазов, то вышеизложенное не может быть достигнуто. Однако угловое значение предотвращения проворачивания может быть удвоено за счет использования других пазов. Значение 60° может быть достигнуто, когда обеспечены три паза; значение 36° может быть достигнуто, когда обеспечено пять пазов; и значение 25,7° может быть достигнуто, когда обеспечено семь пазов.
Вышеизложенный комплект из болта и гайки имеет преимущества, особенно в случае, когда пользователь затягивает болт и гайку непосредственно рукой без каких-либо инструментов. В случае, когда пользователь затягивает болт и гайку непосредственно рукой без каких-либо инструментов, усилие затяжки может быть небольшим, и, таким образом, болт и гайка склонны к легкому раскручиванию. Механизм предотвращения проворачивания выгоден в данном случае.
Также, вышеописанный комплект из болта и гайки особенно выгодно использовать для крепления устройств к фюзеляжу самолета. В самолете имеются вибрации, за счет чего болт и гайка склонны к легкому раскручиванию. С другой стороны, техническое обслуживание и технический контроль на самолете должны проводиться периодически, следовательно требуется частое разъединение болта и гайки. За счет использования болта и гайки по настоящему изобретению для крепления устройства к фюзеляжу самолета, болт и гайка не разъединяются под действием вибрации и не ухудшают качество работ при техническом обслуживании.
По настоящему изобретению, механизм сцепления может быть обеспечен таким образом, что усилие затяжки, большее чем установленное значение, не передается между болтом и гайкой. Другими словами, лучше обеспечить механизм сцепления для предотвращения чрезмерного затягивания. В этом случае, в дополнение к гайке может обеспечиваться головка. Если обеспечен механизм сцепления, который допускает свободное проворачивание, когда приложено чрезмерное усилие между гайкой и головкой, чрезмерная затяжка может быть предотвращена. В этом случае, установленное усилие затяжки может быть установлено за счет механизма сцепления при затягивании гайки головкой до момента их пробуксовки относительно друг друга.
Болт по настоящему изобретению может быть выполнен с возможностью разворота относительно детали, которую крепит болт. Болт, выполненный разворачивающимся, имеет преимущество в том, что устройство, закрепленное болтом и гайкой, легко может быть прикреплено или отсоединено.
Дополнительный эффект настоящего изобретения
Комплект из болта и гайки по настоящему изобретению обеспечивается решением задачи предотвращения проворачивания лучшим, чем решение простого вычисления количества пазов для предотвращения проворачивания. Кроме того, комплект из болта и гайки по настоящему изобретению может обеспечивать как требуемое усилие затяжки, так и механизм предотвращения проворачивания.
Краткое описание фигур чертежей
Фиг.1 - вид в перспективе в разобранном состоянии, иллюстрирующий комплект из болта и гайки по одному из вариантов осуществления.
Фиг.2 - вид в перспективе, иллюстрирующий комплект из болта и гайки по варианту осуществления.
Фиг.3А-3С - схематичный вид, иллюстрирующий конструкцию механизма сцепления, обеспеченного между головкой и гайкой по варианту осуществления.
Фиг.4А-4С - вид спереди, иллюстрирующий пазы для предотвращения проворачивания.
Фиг.5 - схематичный вид, иллюстрирующий общепринятые болт и гайку.
Фиг.6А и фиг.6В - схематичный вид, иллюстрирующий общепринятую гайку.
Предпочтительные особенности осуществления изобретения
Особенности каждого варианта осуществления изложены ниже.
(Первая особенность) Болт прикреплен к фюзеляжу самолета.
(Вторая особенность) Болт может разворачиваться относительно фюзеляжа самолета.
(Третья особенность) Гайка может поворачиваться и затягиваться усилием руки человека.
Вариант осуществления изобретения
Вариант осуществления будет раскрыт со ссылками на чертежи.
На фиг.1 показан вид в перспективе в разобранном состоянии комплекта из болта и гайки. Цифровое обозначение 2 обозначает кронштейн, основание 2а которого прикреплено к фюзеляжу самолета. Точнее, основание 2а кронштейна 2 прикреплено к каркасу, который закреплен на фюзеляже самолета. Паз 2f сформирован на кронштейне 2 вдоль оси кронштейна 2. Паз 2f выполнен открытым с верхней стороны. Цифровое обозначение 2с обозначает буртик, к которому прикрепляют фланец 36 электротехнического устройства самолета с помощью гайки 18. Сквозное отверстие 2b сформировано на каждой из сторон стенок, которые ограничивают паз 2f.
Болт 20 располагают в пазу 2f. Сквозное отверстие 20b выполнено на головке болта 20. Резьбовой участок 20а сформирован на внешней поверхности болта 20 в его средней части. Сквозное отверстие 20с выполнено на конце болта 20. Штифт 34 вставляется в сквозное отверстие 20b болта 20. Штифт 34 вставляют в сквозное отверстие 2b кронштейна 2 и закрепляют. Болт 20 может свободно поворачиваться вокруг штифта 34 (в направлении, показанном стрелкой S). Болт 20 может занимать положение, в котором болт 20 проходит по пазу 2f вдоль центральной оси 2x и может быть повернут на 90° и проходить вдоль вертикальной оси 2y. Частично сферическая поверхность 2е, имеющая центр, расположенный вблизи сквозного отверстия 2b, сформирована на конце кронштейна 2. Цилиндрический участок 2d сформирован сразу за частично сферической поверхностью 2е. Паз 2f проходит вдоль центральной оси 2х кронштейна 2 и проходит через буртик 2с, цилиндрический участок 2d и частично сферическую поверхность 2е.
Фиксатор 30 прикреплен к концу болта 20 с помощью штифта 32, который проходит перпендикулярно к оси болта 20x. Фиксатор 30 имеет возможность поворачиваться вокруг штифта 32. Фиксатор 30 имеет возможность занять положение, при котором продольное направление фиксатора 30 проходит вдоль оси болта 20x, положение, при котором продольное направление фиксатора 30 идет вертикально вверх, и положение, при котором продольное направление фиксатора 30 идет вертикально вниз. Это означает, что фиксатор 30 имеет возможность поворачиваться из положения, при котором продольное направление фиксатора 30 проходит вдоль оси болта 20х как вверх (показано стрелкой U), так и вниз (показано стрелкой D).
Фиксатор 30 имеет выпуклые части 30а и 30b, которые могут вставляться в пазы 18a-18g, которые будут описаны далее. Выпуклая часть 30а сформирована на передней стороне фиксатора 30, а выпуклая часть 30b сформирована на тыльной стороне фиксатора 30. Когда фиксатор 30 поворачивается вверх, выпуклая часть 30b входит в один из пазов 18a-18g, которые будут описаны далее. Когда фиксатор 30 поворачивается вниз, выпуклая часть 30а входит в один из пазов 18a-18g, которые будут описаны далее. Т.е. фиксатор 30 входит в один из пазов 18a-18g, когда он поворачивается либо вверх, либо вниз.
Между фиксатором 30 и болтом 20 обеспечиваются шайбы 22, 24, 26, 28 и т.д. Фиксатор 30 выполняет функцию складной части на конце болта 20. Складная часть имеет возможность поворачиваться вокруг оси 32, которая проходит перпендикулярно оси болта 20х.
Болт 20 проходит через элементы, обозначенные цифрами 4-18 на фиг.1. Здесь головка 18 обеспечивается для болта 20, а шайба 28 предотвращает отсоединение головки 18 от болта 20.
Цифровым обозначением 4 на чертежах обозначен держатель. Как показано на фиг.2, контактная поверхность 4а обеспечивается на базирующей стороне держателя 4. Контактная поверхность 4а помещается на фланец 36 с буртиком 2с. Вогнутая часть (не показана) сформирована в центре контактной поверхности 4а. Вогнутая часть формирует частично сферическую поверхность, центр которой расположен вблизи сквозного отверстия 2b. Вогнутая часть, имеющая форму части сферы, может скользить относительно частично сферической поверхности 2е. То есть держатель 4 имеет возможность перемешаться вверх или вниз, центрируясь у сквозного отверстия 20b по частично сферической поверхности 2е. Торцевая поверхность 4b держателя 4 выполнена плоской.
На чертежах цифровыми обозначениями 6, 8 обозначены шайбы.
На чертежах цифровым обозначением 10 обозначен игольчатый подшипник с обоймой, способствующий плавному вращению гайки 12. В сквозном отверстии гайки 12 выполнена внутренняя резьба, навинчиваемая на резьбовой участок 20а болта.
Когда гайка поворачивается по часовой стрелке, гайка 12 и держатель 4 перемещаются вперед по направлению к головке болта 20. Затем кронштейн 2 глубоко входит в держатель 4, и дальнейший поворот болта 20 вокруг штифта 34 затрудняется. Болт 20 закрепляется в положении, при котором ось болта 20х расположена соосно с центральной осью 2х кронштейна 2. Когда гайка 12 поворачивается по часовой стрелке далее и держатель 4 перемещается еще дальше вперед по направлению к головке болта 20, то фланец 36 электротехнического устройства самолета закрепляется, как показано на фиг.2.
Гайка 12 находится в головке 18. Таким образом, гайка 12 не может быть повернута непосредственно. Между гайкой 12 и головкой 18 обеспечивается механизм сцепления 15. Механизм сцепления 15 образован с помощью шести впадин 12а, сформированных на торцевой поверхности гайки 12, трех шариков 14 и трех пружин 16. Три пружины 16 нажимают на шарики 14 за счет усилия от головки 18, и шарики 14 прижимаются к впадинам 12а.
Механизм сцепления 15 поворачивает гайку 12 по часовой стрелке, когда головка 18 поворачивается по часовой стрелке. Когда усилие сопротивления на гайке 12 достигнет заданного усилия затяжки, гайка 12 не будет поворачиваться дальше, даже если поворачивается головка 18, так как шарики 14 выскочат из впадин 12а. Механизм сцепления 15 предотвращает превышение заданного значения крутящего момента затяжки резьбового соединения. С другой стороны, механизм сцепления 15 поворачивает гайку 12 против часовой стрелки, когда головка 18 поворачивается против часовой стрелки. Механизм сцепления 15 не размыкается за счет вращения в направлении, при котором отвинчивается гайка 12.
Семь пазов 18a-18g, в которые может входить фиксатор 30, сформированы на торцевой поверхности головки 18. Эта торцевая поверхность является торцевой поверхностью головки 18, из которой выступает фиксатор 30, когда болт 20 и гайка 12 затянуты. Количество этих пазов является нечетным числом. Эти пазы расположены радиально с одинаковым угловым шагом. На фиг.2 показана конфигурация, когда выпуклая часть 30b фиксатора 30 вставлена в паз 18а.
На фиг.4А изображена конфигурация, в которой фиксатор 30 повернут вверх, а выпуклая часть 30b вставлена в паз 18а. Как показано на фиг.4С, болт 20 должен быть повернут на 51,4° от положения, показанного на фиг.4А для того, чтобы было достигнуто предотвращение проворачивания за счет входа выпуклой части 30b в паз 18g. Для решения задачи предотвращения проворачивания используется поворот на 51,4°, значение которого получено с помощью простых вычислений исходя из количества пазов.
При этом, по настоящему варианту осуществления, выпуклая часть 30a может быть вставлена в один из пазов 18 за счет поворота фиксатора 30 вниз. За счет применения конфигурации, показанной на фиг.4В, выпуклая часть 30а может быть вставлена в паз 18d и тем самым предотвращение проворачивания может быть достигнуто за счет поворота болта 20 на 25,7° от положения, показанного на фиг.4А. Благодаря этому задача предотвращения проворачивания используется при повороте на 25,7°.
Как было описано в этом варианте осуществления, предотвращение проворачивания может быть достигнуто со значением углового шага, определяемым не отношением 360°/(количество пазов), а отношением 360°/(удвоенное количество пазов) согласно конструкции, в которой нечетное количество пазов расположено радиально с равным угловым шагом, при этом фиксатор 30 может быть вставлен в паз за счет поворота фиксатора 30 как вверх, так и вниз.
На фиг.3А-3С схематично показано действие механизма сцепления 15.
На фиг.3А показано положение, при котором гайка 12 затянута с помощью головки 18 по часовой стрелке с небольшим усилием затяжки. На фиг.3В показано положение, при котором усилие сопротивления, действующее на гайку 12, достигает установленного усилия затяжки, и усилие затяжки, приложенное к головке 18, становится больше установленного значения. В данном положении шарик 14 выскакивает из неглубокой впадины 12с, тем самым гайка 12 больше не может поворачиваться, даже если поворачивается головка 18. Механизм сцепления 15 предотвращает превышение усилия затяжки гайки 12 установленного значения. Другими словами, пользователь затягивает головку 18 до тех пор, пока головка 18 не будет проворачиваться свободно относительно гайки 12. То есть пользователь затягивает головку 18 до тех пор, пока шарик 14 не выскочит из неглубокой впадины 12с и не попадет в прилегающую впадину 12а. Пользователь может быть однозначно осведомлен о происшедшем, так как его рука почувствует выскакивание шарика из неглубокой впадины 12с и попадание его в прилегающую к нему впадину 12а. Момент, когда это почувствуется, означает, что гайка 12 и болт 20 затянуты с установленным усилием затяжки.
На фиг.3С показано положение, при котором гайка 12 ослаблена за счет поворота головки 18 против часовой стрелки. Когда головка 18 поворачивается против часовой стрелки, шарик 14 попадает в глубокую канавку 12b, тем самым шарик 14 не может выскочить из впадины 12b, даже если к головке 18 приложено большое усилие затяжки. Механизм сцепления 15 не размыкается при вращении в направлении ослабления гайки 12.
В соответствии с этим вариантом осуществления болта фланец 36 электротехнического устройства самолета открывается в том же направлении, что и паз 2f. Благодаря этому болт 20 может разворачиваться вверх за счет ослабления головки 18 и гайки 12, пока кронштейн 2 поддерживает электронное оборудование самолета. В данном положении фланец 36 электротехнического устройства самолета может быть легко отсоединен от кронштейна 2.
Как показано на фиг.1 и 2, отверстие 36а, через которое проходит цилиндрическая часть 2d, обеспечено во фланце 36. Также в нем обеспечена щель 36b, через которую может проходить болт 20. Благодаря наличию щели 36b, болт 20 может быть повернут вертикально вверх, пока кронштейн 2 вставлен во фланец 36. Когда болт 20 повернут вертикально вверх, фланец 36 может быть перемещен к передней стороне кронштейна 2. Щель 36b является достаточно узкой для прохождения цилиндрического участка 2d. Тем не менее фланец 36 может быть отсоединен от кронштейна 2. Отверстие 36а имеет не U-образную форму, а С-образную форму с узкой щелью 36b. Эта конструкция обеспечивает достаточно широкую поверхность контакта, расположенную между буртиком 2с и фланцем 36. С помощью этой конструкции электронное оборудование самолета может быть прочно закреплено. После этого фланец 36 не отходит от кронштейна 2 в случае, когда болт 20 не повернут вертикально вверх.
Когда болт 20 повернут вертикально вверх, фланец 36, отделенный от кронштейна 2, может быть вновь легко прикреплен к кронштейну 2. Цилиндрический участок 2d может легко вставляться в отверстие 36а с помощью частично сферической поверхности 2е. Фланец 36 открыт в том же направлении, что и паз 2f, за счет щели 36b. Поэтому при сохранении данного положения, болт 20 может находиться на одной оси с кронштейном 2. За счет затяжки головки 18 и гайки 12 в данном положении, фланец 36 электротехнического устройства самолета может быть закреплен с помощью болта 20 и гайки 12.
Следует отметить, что углубления 19 обеспечены на периферии головки 18 вокруг нее так, что пользователь может удобно ухватить головку 18. Пользователь может затянуть головку 18 своей рукой без использования каких-либо приспособлений до тех пор, пока механизм сцепления 15 не будет поворачивается с пробуксовкой.
Специфический вариант осуществления настоящего изобретения, описанный выше, просто иллюстрирует один из вариантов осуществления настоящего изобретения и не ограничивает объем правовой охраны, представленный в формуле. Устройство в рамках этой формулы может включать различные трансформации элементов и модификации по сравнению со специфическим вариантом осуществления, описанным выше.
Например, по вышеописанному варианту осуществления, гайка 12 и головка 18 выполнены отдельно друг от друга с использованием механизма сцепления 15, который управляет усилием затяжки. Согласно вышеупомянутой конструкции, гайка 12 и головка 18 вращаются вместе, когда гайка 12 откручивается. Во время откручивания гайка 12 составляет одно целое с головкой 18, поэтому головка может расцениваться как составная часть гайки. Поэтому признак "пазы, выполненные на гайке" в формуле означает, что пазы выполнены либо на гайке, либо на головке, когда используется механизм сцепления.
По варианту осуществления, болт и головка могут быть вместе повернуты относительно кронштейна 2. Поэтому процесс закрепления какого-либо устройства болтом 20 или его отсоединения может быть облегчен. Тем не менее настоящее изобретение также может быть использовано в болте, который не имеет возможности разворота, и здесь предпочтительно обеспечить фиксатор для болта, который бы исключал его разворот.
Технические элементы, раскрытые в настоящем описании или на фигурах чертежей, могут быть использованы отдельно или во всех видах взаимосвязи между ними и не ограничены взаимосвязями, которые определены только формулой поданной заявки. Более того, устройство, раскрытое в настоящем описании и на фигурах чертежей, может быть использовано для достижения множества целей или для достижения хотя бы одной из этих целей.