АНКЕРНАЯ ПЛАВАЮЩАЯ ГАЙКА
ANCHOR FLOATING NUT

Изобретение относится к анкерной гайке, для создания резьбового соединения, закрепляемой на поверхности сборочного элемента, и может быть использовано в авиастроении, машиностроении и т.п.
Для создания резьбового соединения, как правило, используется пара болт (шпилька) - гайка. Болт проходит через отверстие в соединяемых деталях, ось болта центрируется с осью резьбового отверстия гайки, после чего происходит процесс закручивания, при этом гайка должна быть застопоренной.
Для создания резьбового соединения в труднодоступных местах, для стопорения гайки, ее выполняют «анкерной», т.е. снабженной элементами для закрепления на одной из соединяемых деталей.
Для облегчения центровки оси болта и резьбового отверстия, в начале сборки, резьбовую часть гайки выполняют «плавающей» - способной совершать перемещения в установленных пределах.
Известны конструкции анкерных плавающих гаек, раскрытых в ОСТ 1.37013-80 «Гайка самоконтрящаяся, плавающая в обойме», а также в патентных документах JP 2005509807 (A); F16B 37/00, F16B 37/04; опубл. 14.04.2005; CN 102966655 А; МПК: B21D 53/24, F16B 37/00, F16B 39/28; опубл. 13.03.2013, которые состоят из обоймы, выполненной, с присоединительными элементами, предназначенными для стопорения на соединяемой детали и корпуса, выполненного с резьбовым отверстием и фланцем. Обойма снабжена фиксирующими лапками, обжимающими фланец корпуса с образованием неразъемного соединения, не допускающего проворачивание корпуса при закручивании болта.
Недостатком конструкции является то, что, в конце закручивания, при наибольшем крутящем моменте происходит консольное нагружение фиксирующих лапок, которое может вызвать отгиб лапок, что приведет к проворачиванию корпуса гайки и невозможности создания надежного резьбового соединения.
Наиболее близким к изобретению техническим решением - прототипом, является анкерная плавающая гайка, раскрытая в патентном документе US 4026341 А; МПК: F16B 37/06; F16B 39/00; опубл. 31.05.1977 г., содержащая обойму с присоединительными элементами и корпус с резьбовым отверстием, обойма снабжена площадкой с отверстием под проход первого торца корпуса и спрофилирована с полостью, ограниченной внутренними поверхностями боковых граней и площадки, корпус, со стороны первого торца, проходит с зазором через отверстие в площадке, второй торец корпуса, расположенный внутри полости, оборудован фланцем с двумя гранями, размещенными с зазором напротив внутренних поверхностей боковых граней полости. Корпус фиксируется относительно обоймы в осевом направлении обжатием (деформацией) обоймы таким образом, чтобы прилегающие поверхности обоймы по контуру проходного отверстия вошли в канавку, выполненную на внешней стороне корпуса.
Недостатками конструкции прототипа является возможное ослабление конструкции обоймы, при ее деформации, а также изменение ее формы. Кроме того, выполнение канавки требует увеличение толщины стенок корпуса, что повышает массу конструкции.
При создании изобретения была поставлена задача создания конструкции анкерной плавающей гайки, содержащей обойму с установленном в ней корпусом, исключающей деформацию обоймы при осевой фиксации корпуса относительно обоймы.
Поставленная задача решается конструкцией анкерной, плавающей гайки (далее - гайка) содержащей обойму с присоединительными элементами и корпус с резьбовым отверстием, обойма снабжена площадкой с отверстием под проход первого торца корпуса и спрофилирована с полостью, ограниченной внутренними поверхностями боковых граней и площадки, корпус, со стороны первого торца, проходит с зазором через отверстие в площадке, второй торец корпуса, расположенный внутри полости, оборудован фланцем с, по меньшей мере, двумя гранями, размещенными с зазором напротив внутренних поверхностей боковых граней полости, кроме того, гайка оборудована пластиной, размещенной в полости обоймы напротив второго торца корпуса, концы пластины загнуты над внешней поверхностью площадки, при этом размеры между поверхностями пластины над внешней поверхностью площадки в месте загиба и ее поверхностью, расположенной напротив фланца корпуса, обеспечивают перемещение корпуса в направлении оси резьбового отверстия внутри полости обоймы.
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение жесткости и прочности конструкции, исключение деформации обоймы при сборке гайки, а также уменьшение массы.
В частных случаях исполнения:
- для обеспечения технологичности изготовления полости с использованием проходного режущего инструмента или ее штамповки, внутренние поверхности граней полости могут быть выполнены параллельными;
- для упрощения конструкции при изготовлении корпуса, фланец второго конца корпуса может быть выполнен с двумя гранями, расположенными параллельно;
В случае использования гайки в конструкциях, предусматривающих сквозное прохождение болта, в пластине может быть выполнено отверстие под проход стержня болта, соосное с резьбовым отверстием в корпусе.
В случае использования гайки в ответственных конструкциях, подвергающихся знакопеременным, вибрационным нагрузкам, корпус, у первого торца, может быть обжат, для обеспечения самоконтрования при закручивании болта.
Для пояснения сущности заявленной изобретения используются следующие графические материалы:
Фиг. 1 - Анкерная плавающая гайка;
Фиг. 2 - Анкерная плавающая гайка, вид спереди;
Фиг. 3 - Анкерная плавающая гайка, вид сверху;
Фиг. 4 - Анкерная плавающая гайка, вид слева;
Фиг. 5 - Размерная цепь для расчета размера между поверхностями пластины над внешней поверхностью площадки в месте загиба и ее поверхностью, расположенной напротив фланца корпуса.
Анкерная плавающая гайка (далее - гайка, Фиг. 1-4) содержит обойму 1 с присоединительными элементами 2, 3 и корпус 4 с резьбовым отверстием 5. Присоединительные элементы 2, 3 могут быть выполнены в виде ушек с отверстиями для приклепывания или привинчивания к поверхностям собираемых деталей. Обойма снабжена площадкой 6 с отверстием 7 под проход первого торца корпуса и спрофилирована с полостью 8.
Поверхности элементов обоймы (Фиг. 1-5), обращенные внутрь полости условно называются - «внутренние», а другие - «внешние». Полость образована внутренними поверхностями боковых граней 9, 10 и внутренней поверхностью площадки 11. Корпус 4, со стороны первого торца 12, проходит с зазором через отверстие 7 в площадке 6. Второй торец корпуса 13, расположенный внутри полости 8, оборудован фланцем 14 с, по меньшей мере, двумя гранями 15, 16. Две грани фланца размещены с зазором напротив внутренних поверхностей боковых граней 9, 10 полости 8 обоймы.
Гайка оборудована пластиной 17. Пластина 17 размещена в полости обоймы напротив второго торца 13 корпуса 4. Концы пластины 18, 19 загнуты над внешней поверхностью 20 площадки 6.
Конструктивно гайка выполнена плавающей. Для облегчения позиционирования осей болта и резьбового отверстия в корпусе при начале вкручивания, конструктивно обеспечивается возможность перемещения корпуса относительно обоймы, застопоренной на собираемой детали при помощи элементов крепления.
Перемещение корпуса в направлениях перпендикулярных оси резьбового отверстия обеспечивается зазором между внешней поверхностью корпуса у первого торца 12 и отверстием 7 в площадке 6 обоймы, а также зазорами между внутренними поверхностями боковых граней 9, 10 полости и противолежащими гранями 15,16 фланца второго торца.
Перемещение корпуса 4 в направлении оси резьбового отверстия внутри полости 8 обоймы 6 обеспечивается размером 21 между поверхностями пластины над внешней поверхностью площадки в месте загиба и ее поверхностью, расположенной напротив фланца корпуса,
Перемещение корпуса в направлении по оси резьбового отверстия далее - направление по оси обеспечивается выполнением размеров элементов с учетом размерной цепи (Фиг. 5), отсчитываемой при теоретическом положении пластины на поверхности стопорения 23 обоймы присоединительными элементами, в случае ввернутого болта, перемещающего корпус в крайнее возможное положение по направлению оси отверстия, включающей высоту фланца 24 второго торца корпуса, конструктивно заложенное, например, 0,3 диаметра резьбового отверстия, значение перемещения корпуса по оси резьбового отверстия 25 и толщину обоймы 26 в месте ее охвата загнутым концом пластины 18, 19. Суммарно вышеприведенные размеры равны размерам 21 между поверхностями пластины 17 над внешней поверхностью площадки в месте загиба и ее поверхностью, расположенной напротив фланца корпуса.
Величина зазоров рассчитываются при конструкторской проработке с последующей экспериментальной проверкой. Величины зазоров устанавливаются таким образом, чтобы в процессе создания резьбового соединения до окончания закручивания корпус мог свободно перемещается относительно обоймы в конструктивных пределах.
Для обеспечения технологичности изготовления полости с использованием режущего инструмента внутренние поверхности граней 9, 10 полости 8 могут быть выполнены параллельными.
Для упрощения конструкции при изготовлении корпуса фланец 14 второго конца корпуса может быть выполнен с двумя гранями 15, 16, расположенными параллельно.
В случае использования гайки в конструкциях, предусматривающих сквозное прохождение болта, в пластине может быть выполнено отверстием 22 под проход стержня болта, соосное с резьбовым отверстием в корпусе 4.
В случае использования гайки в ответственных конструкциях, подвергающихся знакопеременным, вибрационным нагрузкам, корпус 4 у первого торца 12 может быть обжат для обеспечения самоконтрования при закручивании болта.
Для исключения деформации корпуса гайки при воздействии на него ударных нагрузок со стороны обоймы, вызванных вибрационными или резкими знакопеременными нагрузками, корпус может быть выполнен из более твердого и прочного материала, чем обойма, например, корпус может быть выполнен из титанового сплава ВТ 16 или сталей 30ХГСА, 14Х17Н2, а обойма и пластина из алюминия, например, Д16Т.
Выполнение корпуса из титана или стали также целесообразно в особо нагруженных конструкциях, поскольку он воспринимает высокие растягивающие нагрузки.
Выполнение обоймы и пластины из алюминиевого сплава обеспечит снижение веса и бездефектное изготовление штамповкой за счет пластичности материала.
Элементы гайки могут быть изготовлены с использованием металлорежущего инструмента и, или штамповкой с высадкой, например в соответствии с ОСТ 1 33102-80, «Гайки. Технические условия».
В случае необходимости использования гайки как самоконтрящейся, корпус гайки у первого торца обжимают, например, в соответствии с ОСТ 1 33101-80 «Обжатая часть самоконтрящихся гаек», устанавливающим схемы обжатия самоконтрящихся гаек и размеры их обжатой части.
Сборка происходит в зажимном приспособлении, в следующей последовательности:
- фиксируют обойму;
- пропускают первый торец корпуса через отверстие и продолжают перемещение до упора торца во внутреннюю поверхность площадки, позиционирования грани корпуса напротив внутренних поверхностей граней обоймы;
- устанавливают пластину в полость напротив первого торца корпуса и загибают концы пластины над верхней поверхностью площадки, обеспечивая при загибе зазор меду конами пластины и площадкой, позволяющий осуществлять перемещение корпуса 4 внутри полости 8 обоймы, обеспеченный размером 21 между поверхностями пластины 17 в месте загиба и ее поверхностью, расположенную напротив фланца корпуса.
В случае выполнения пластины с отверстием под проход стержня болта, перед загибом концов пластины с помощью оправки совмещают и стопорят пластину и корпус относительно друг друга по отверстиям.
После выполнения сборочных операций получается устройство, обладающее конструктивной и функциональной целостностью.
Очевидно, что использование для создания неразъемного устройства пластины, концы которой загнуты над внешней поверхностью 20 площадки 6 позволяет достичь, по отношению к прототипу повышение жесткости и прочности конструкции, поскольку не требует пластической деформации обоймы по контуру проходного отверстия при сборке гайки, снижающей прочность обоймы и вызывающей изменение установочных поверхностей присоединительных элементов, а также уменьшение массы, поскольку не требует утолщение стенок корпуса для выполнения установочной канавки.
Реализация изобретения приводится следующим образом.
Обойма закрепляется присоединительными элементами на установочные собираемой детали поверхности, например, посредством склеивания, пайки или сварки, также в обойме могут быть выполнены отверстия под установку механического крепежа, например, под клепку.
В начале создания сборочного соединения, болт упирается в торец гайки. Корпус перемещается относительно обоймы в зазорах, ограниченных конструктивными пределами, происходит центрирование резьбового отверстия и стержня болта.
В начале процесса закручивания болта, под действием сил трения, происходит поворот корпуса, при этом возникают контакт поверхностей граней фланца второго торца корпуса с поверхностями внутренних граней полости обоймы, за счет контакта поверхностей корпуса с поверхностями обоймы происходит фиксация корпуса - отсутствие осевого вращения корпуса относительно закручиваемого болта. При этом крутящий момент закручивания вызывает реактивные силы в контактах корпус - обойма, которые уравновешиваются суммарным реактивным моментом обойма - установочная поверхность, например, в случае использования заклепок, проходящих через отверстие обоймы - моментом пары сил на заклепках.