АНКЕРНАЯ ПЛАВАЮЩАЯ ГАЙКА С КОЛПАЧКОМ ДЛЯ СБОРКИ ГЕРМЕТИЧНЫХ ЕМКОСТЕЙ
ANCHOR FLOATING NUT WITH CAP FOR TIGHT CONTAINERS ASSEMBLY

Изобретение относится к резьбовым соединениям конструктивных элементов при создании герметичных емкостей, подвергаемых воздействию знакопеременных или избыточного давления, и может быть использовано в различных областях техники, преимущественно в авиации.
Проблема, инициирующая создание изобретения, раскрыта на примере топливных баков летательных аппаратов. Специалистам должно быть очевидно, что раскрытие может быть применено к любым необслуживаемым герметичным емкостям, образованным резьбовым соединением профилированных панелей с элементами силового каркаса, в том числе: к корпусам механизмов, баллонам и т.п.
В современных летательных аппаратах широко применяются баки-кессоны, представляющие собой герметичные полости в фюзеляже, крыле, киле или стабилизаторе, являющиеся, одновременно, силовыми элементами планера и емкостями для топлива (Г.И. Житомирский, «Конструкция самолетов», М, Машиностроение 1991).
Сборка баков-кессонов осуществляется наложением профилированных панелей на элементы силового каркаса, в том числе лонжероны, стрингеры, нервюры, оснащенные анкерными гайками, с последующей стяжкой болтами, через технологические отверстия. Вкручивание болтов направлено от внешнего пространства внутрь образуемой емкости, необслуживаемой в процессе повседневной эксплуатации, поскольку для обслуживания внутреннего пространства подобных емкостей требуется трудоемкий демонтаж.
При сборке кессонов возможно применение гаек анкерных самоконтрящихся двух ушковых по ОСТ 1 33071-80 или ОСТ 1 33264-89, а также гаек самоконтрящихся, плавающих в обойме по ОСТ 1 37013-80 или ОСТ 1 37115-89, обжатых в соответствии с ОСТ 1 33101-80 «Обжатая часть самоконтрящихся гаек».
В случае использования вышеуказанных гаек могут возникнуть проблемы, связанные с тем, что при закручивании болта в обжатую самоконтрющуюся гайку, возможно образование стружки, которую нельзя будет извлечь из необслуживаемой емкости, и которая, попадая в топливо, а затем в топливную аппаратуру, вызовет неисправности в работе двигателя.
Указанная проблема может быть решена оборудованием стопорной гайки защитным колпачком, который будет предотвращать попадание стружки внутрь емкости.
Одновременно, следует учитывать, что гайка должна обеспечивать герметичность резьбового соединения, а также, должна быть анкерной и плавающей, т.е. допускающей при образовании резьбового соединения, небольшое изменение положения резьбового отверстия гайки, для упрощения центровки болта с осью резьбового отверстия в гайке.
Известно Уплотнительное устройство для герметизации крепежных элементов, содержащее корпус, имеющий основание и колпачок, причем колпачок выполнен с возможностью закрытия части крепежного элемента, выступающей из поверхности и содержащей резьбовой конец с гайкой. Корпус выполнен с возможностью присасывания к поверхности, при этом основание корпуса содержит множество самозажимных выступов, проходящих от основания корпуса во внутреннюю часть корпуса, причем самозажимные выступы выполнены с возможностью взаимодействия с гайкой (патент US9939006 В2, МПК F16B 37/14, F16B 47/00, B64D 45/02; опубл. 10.04.2018).
Недостатком устройства является то, что для его установки необходима аппаратура, обеспечивающая разряжение присасывания, кроме того, при большом крутящем моменте возможен срыв самозажимных выступов, следствием чего будет невозможность дальнейшего вкручивания болта в гайку.
Известна Герметизирующая анкерная гайка к колпачком, выполненная с фланцем представляющим собой опорные площадки, для герметизации резьбового соединения на внешней стороне корпуса гайки установлены эластичное кольцо и уплотнительный колпачок с отбортовками, контактирующий с этим кольцом, при стопорении гайки на одном из соединяемых элементов предусмотрен проход крепежных элементов как через отверстия во фланце гайки, так и через отбортовки колпачка, при этом, для обеспечения герметичности резьбового соединения, используется прокладка, установленная по резьбовому отверстию между гайкой и поверхностью соединяемого элемента (Патент CN103016500 В, МПК F16B 37/14, F16B 39/28, F16B 41/00, опубл. 24.12.2014 г.).
Недостатком конструкции является то, что гайка выполнена не «плавающей», при застопоренной гайке и зафиксированном положении резьбового отверстия, могут возникнуть трудности при центровке болта с осью резьбового отверстия в гайке в начале сборки, кроме того, фиксация опорных площадок может вызвать недостаточную герметичность резьбового соединения, поскольку не позволит выполнить дополнительное прижатие прокладки при окончательном вкручивании болта.
Прототипом изобретения является конструкция анкерной плавающей гайки с колпачком, снабженной герметизирующими элементами, расположенными между торцом гайки и поверхностью обоймы, включающей: профилированную обойму, выполненную с элементами для стопорения на соединяемом элементе, и отверстием, корпус, с резьбовым отверстием, проходящий через отверстие в обойме, и колпачок, установленный на корпус со стороны другого торца, противоположного направлению предполагаемого вкручивания болта (патентный документ GB851811 A, МПК F16B 37/14, F16B 39/34, опубл. 19.10.1960 г.).
Недостатком прототипа является то, что колпачок фиксируется на корпусе гайки посредством завальцовки, что требует специального оборудования, при этом крепление будет недостаточно надежно при знакопеременных вибрационных нагрузках, кроме того, конструкция не позволяет дополнительно прижать герметизирующие элементы непосредственно к соединяемой детали (сборочный элемент), прижим осуществляется к поверхности обоймы, при этом противолежащая сторона может иметь зазор с соединяемой деталью, что не позволит компенсировать этот зазор прижатием герметизирующего элемента после завершения создания резьбового соединения (окончательном вкручивание болта в резьбовое отверстие корпуса).
Раскрытие изобретения
При разработке изобретения была поставлена задача создания конструкции анкерной, плавающей гайки, используемой для сборки герметичных емкостей, снабженной надежно фиксируемым колпачком и повышающей герметичность при образовании резьбового соединения.
Поставленная задача решается конструкцией анкерной стопорной гайки, снабженной герметизирующими элементами, включающая: профилированную обойму, выполненную с элементами для стопорения на соединяемом элементе, и отверстием, корпус, с резьбовым отверстием, проходящий через отверстие в обойме, и колпачок, установленный на корпус со стороны первого торца, при этом корпус снабжен двумя симметрично расположенными скобами,
первые концы которых неразъемно соединены со вторым торцом корпуса, а вторые охватывают обойму,
колпачок выполнен с отбортовкой, частично расположенной между противолежащей поверхностью обоймы и вторыми концами скоб при этом в конструкции гайки обеспечены осевые и радиальные зазоры, позволяющие корпусу перемещаться относительно обоймы, в пределах, ограниченных противолежащими поверхностями обоймы и колпачка
кроме того, герметизирующие элементы выполнены в виде уплотняющего кольца, размещенного между отбортовкой колпачка и поверхностью обоймы, и герметизирующей прокладки, зафиксированной ко второму торцу корпуса,
В частных случаях исполнения:
- зазоры между вторым торцом корпуса и торцом прокладки, а также зазор между поверхностью обоймы и отбортовкой колпачка, обусловленный установкой эластичного кольца обеспечивают плотное прижатие герметизирующих элементов к соответствующим поверхностям гайки и соединяемого элемента в случае их выборки при образовании сборочного соединения.
- для предотвращения самопроизвольного выкручивания болта во время эксплуатации первый торец корпуса гайки может быть обжат,
- для фиксации герметизирующей прокладки относительно корпуса, во втором торце корпуса может быть выполнено гнездо под ее установку.
Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в обеспечении надежной фиксации колпачка и в повышении герметичности герметичных емкостей, в случае его использования при образовании резьбовых соединения.
Для пояснения сущности изобретения используются следующие графические материалы:
Фиг. 1 - Герметичная емкость на примере кессон-бака крыла самолета;
Фиг. 2 - Разрез А-А Фиг. 1;
Фиг. 3 - Вид Б Фиг. 2;
Фиг. 4 - Разрез В-В Фиг. 3
Фиг. 5 - Анкерная плавающая гайка с колпачком
Фиг. 6 - Разрез Г-Г Фиг. 5
Фиг. 7 - Анкерная плавающая гайка с колпачком, вид спереди;
Фиг. 8 - Анкерная плавающая гайка с колпачком, вид сбоку;
Фиг. 9 - Профилированная обойма, вид спереди;
Фиг. 10 - Профилированная обойма, вид сверху;
Фиг. 11 - Использование анкерной плавающей гайки с колпачком в сборочном соединении, вид спереди;
Фиг. 12 - Использование анкерной плавающей гайки с колпачком в сборочном соединении, вид сбоку
Осуществление изобретения
Анкерная плавающая гайка с колпачком в дальнейшем - Гайка 1 предназначается, преимущественно, для сборки герметичных емкостей 2, например, для сборки кессон-бака летательного аппарата (Фиг. 1-4)
Гайка (Фиг. 5-8), снабженная герметизирующими элементами 24, 25,
Гайка 1 включает: профилированную обойму 3, корпус 7 и колпачок 10.
Обойма (Фиг. 9, 10), спереди, выполнена профилем в виде сплющенной буквы Ω. Обойма выполнена с отверстием под проход корпуса и с элементами для стопорения 4 на одном из соединяемых элементов 5, например, отверстиями под проход заклепки.
Корпус 7 выполнен с резьбовым отверстием 8 и проходит через отверстие 9 в обойме.
Колпачок 10 установленный на корпус 7 со стороны первого торца 12, противоположного торцу от направления 14 начала вкручивания болта при сборке, для однозначности терминологии именуемому «второй торец» 13.
Колпачок 10 охватывает поверхность 11 корпуса
Корпус 7 снабжен двумя симметрично расположенными скобами 16, 17. Первые концы 18, 19 скоб неразъемно соединены со вторым торцом 13 корпуса 7, а вторые 20, 21 охватывают обойму 3.
Колпачок выполнен с отбортовкой 23. Отбортовка колпачка частично расположена между противолежащей поверхностью 22 обоймы и вторыми концами скоб 20, 21.
Конструктивно скобы 16, 17 фиксируют корпус 7 и колпачок 10 относительно обоймы 3.
Для предотвращения самопроизвольного выкручивания болта во время эксплуатации, предусмотрена возможность деформирования резьбы внутреннего отверстия, например, посредством обжатия первого торца корпуса гайки в соответствии с ОСТ 1 33101-80 «Обжатая часть самоконтрящихся гаек», устанавливающим схемы обжатия самоконтрящихся гаек и размеры их обжатой части.
В конструкции гайки обеспечены осевые 26, 27 и радиальные зазоры между противолежащими поверхностями корпуса и обоймы, а также колпачка позволяющие корпусу перемещаться относительно обоймы, в пределах, ограниченных противолежащими поверхностями обоймы и колпачка.
Места выполнения зазоров и их размеры рассчитываются при конструкторской проработке размерных цепей, в том числе методом графического построения и уточняются экспериментально.
Герметизирующие элементы Гайки выполнены в виде уплотняющего кольца 23, размещенного между отбортовкой 23 колпачка 10 и поверхностью 22 обоймы, и герметизирующей прокладки 25, зафиксированной ко второму торцу 13 корпуса.
Для фиксации герметизирующей прокладки относительно корпуса, во втором торце 13 корпуса может быть выполнено гнездо под ее установку.
Вертикальная размерная цепь гайки в сборе предусматривает зазоры (Фиг. 8) между вторым торцом корпуса и торцом прокладки 27, а также зазор между поверхностью обоймы 22 и отбортовкой колпачка 26, обусловленный установкой эластичного кольца 24. Размеры вертикальных зазоров 26, 27 обеспечивают плотное прижатие герметизирующих элементов 24, 25 к соответствующим поверхностям гайки и соединяемого элемента в случае их выборки при образовании сборочного соединения (Фиг. 11) в сравнении с (Фиг. 8) - закручивания болта с моментом силы, достаточным для деформирования эластичных деталей.
Места выполнения зазоров и их размеры рассчитываются при конструкторской проработке размерных цепей, с учетом зазоров, выполненных для свободного перемещения корпуса относительно обоймы, в том числе методом графического построения, в зависимости от упруго-прочностных характеристик материалов кольца и герметизирующей прокладки и в последствии уточняются экспериментально.
Изобретение реализуется следующим образом
Обойма, корпус со скобами и колпачок с отбортовкой могут быть изготовлены с помощью средств и методов, известных из технологии общего машиностроения.
С учетом специфики использования материалами могут быть:
- для обоймы - алюминиевый сплав;
- для корпуса - титановый ил стальной сплав;
- для колпачка - алюминиевый сплав;
- для герметизирующих элементов - техническая резина.
Перед началом сборки корпус представляет собой заготовку с резьбовым отверстием и первым торцом, выполненным за одно с первыми концами двух симметричных пластин.
Процесс сборки гайки состоит из следующих операций: пропускают первый торец корпуса 12 через отверстие в пластине со стороны установочных поверхности 6, которая будет противолежащей к поверхности одного из соединяемых элементов 5, после чего на внешнюю поверхность 11 корпуса надевают герметизирующее кольцо 24 и колпачок 10; а затем загибают вторые концы 20, 21 скоб над поверхностью 22 обоймы, охватывание обоймы вторыми концами скоб при этом отбортовка 23 колпачка будет размещаться между поверхностью 22 обоймы и вторыми концами скоб 20, 21. В конце сборки фиксируют герметизирующую прокладку 25, ко второму торцу корпуса 12, например, приклеиванием, или установкой «в распор» в гнездо под прокладку, выполненное во втором торце 13 корпуса.
Использование изобретения в сборочном соединении представлено на (Фиг. 2-4, 11, 12).
В начале стопорят гайку посредством элементов для стопорения на одном из соединяемых элементов 5, например, через отверстия в обойме 4 вкручивают в заранее изготовленные в одной из соединяемых деталей глухие резьбовые отверстия болты или запрессовывают заклепки 28, при этом резьбовое отверстие корпуса располагается напротив отверстия под проход болта в этом элементе детали.
Позиционируют соединяемые элемент до совпадения проходных отверстий этих элементов 5, 29. Вставляют болт 15 до упора в первый торец корпуса и «наживляют» его на резьбовое отверстие корпуса, совмещая их оси, чему способствует возможность корпуса при застопоренной обойме, свободно перемещаться в пределах, ограниченных противолежащими поверхностями корпуса и обоймы. Вкручивают 14 болт в корпус гайки через резьбовое отверстие ручным или автоматизированным инструментом, при этом боковые грани скоб упрутся в поверхности обоймы и не дадут корпусу провернуться в сторону прилагаемого момента закручивания 14 Образующаяся при закручивании стружка попадает в колпачок 10 и остается там.
По мере вкручивания болта, корпус 7 перемещается в осевом направлении в сторону противоположную направлению перемещения болта при вкручивании 14, т.е. в направлении к соединяемым элементам. По мере перемещения корпуса «выбираются» конструктивно заложенные осевые зазоры 26, 27, вторые концы скоб подвижного корпуса прижимают отбортовку колпачка 23 к поверхности 22 застопоренной обоймы, фиксируя колпачок 10, одновременно отбортовка колпачка деформирует и зажимает герметизирующее кольцо 24 между внешней поверхностью корпуса и обоймой, обеспечивая герметичность подколпачкового пространства, для исключения «протечки по резьбе». Одновременно первый торец корпуса деформирует и прижимает герметизирующую прокладку 25 к поверхности соединяемого элементу, по контуру отверстия под проход болта что исключает «протечки по контуру отверстий»
Очевидно, что предложенная конструкция гайки анкерной, плавающей с колпачком обеспечивает надежную фиксацию колпачка и повышает герметичность емкостей, в случае ее использования при образовании резьбовых соединения.