КРЕПЕЖНОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемая полезная модель относится к авиационной технике, в частности, к устройствам крепления, а именно к замкам, используемым в разъемных соединениях и позволяющим снимать отдельные детали, например, люки, откидные панели при открытом положении замков. Полезная модель может быть использована и в других отраслях машиностроения с этой же целью.
Известно крепежное устройство для крепления панелей летательного аппарата (авт. свид. СССР 309872, кл. В 64 С 1/14, опубл. 26.07.1971). Оно состоит из разъемного корпуса, пружины, упирающейся в разрезную шайбу и воздействующую на запорный орган штыревого типа с хвостовиком. На нижней части корпуса завальцован герметизирующий колпачок. В дно колпачка упирается дополнительная пружина, которая удерживает запорную шайбу, прижимая ее к концам выступов, выполненных на основании корпуса. Запорная шайба со стороны, прилегающей к торцу корпуса, имеет выступы для фиксации запорного органа. При фиксации съемной детали к корпусу летательного аппарата запорный орган поворачивают на 90°. Фиксация запорного органа при закрытом положении крепежного устройства осуществляется запорной шайбой, которая выступами взаимодействует с выступами на основании корпуса и, поджимаемая пружиной, фиксирует запорный орган.
Указанное крепежное устройство не достаточно плотно стягивает пакет соединяемых деталей летательного аппарата. Из-за этого возможно проникновение влаги во внутренние объемы самолета, в том числе в отсеки, где установлено электронное оборудование. Капельная влага может стать причиной вывода из строя такого оборудования. Кроме того, из зоны сопряжения деталей не удаляется запорный элемент, что мешает процессу монтажа-демонтажа, особенно криволинейных люков. Так, при монтаже крышек люков необходимо, чтобы запорные элементы всех замков находились в определенном положении. Это неудобно и в некоторых случаях приводит к деформации или поломке запорного элемента при монтаже крышек, панелей.
Из уровня техники также известен замок для крепления крышек люков летательных аппаратов. Указанный замок содержит подпружиненный болт, взаимодействующий с
плавающей гайкой, закрепленной с помощью крепежных элементов, например, на окантовке люка. Болт размещен в соединительной втулке, закрепленной на крышке люка с помощью шайбы, снабжен пружиной и удерживается от выпадения с помощью разрезной шайбы. Фиксирование болта осуществляется с помощью толкателя, содержащего хвостовик, размещенный в прорези плавающей гайки, и полукруглую головку, контактирующую с выступом кольцевой пружины. Резьба болта в поперечных сечениях спрофилирована в виде звездочки, в пазах которой размещается хвостовик толкателя. При открывании и закрывании замка толкатель отжимается зубьями звездочки и удерживается от выпадения с помощью выступа кольцевой пружины. При полном открытии замка болт выталкивается из него пружиной, при полном закрытии - контрится хвостовиком. Описанный замок является стандартным (см. ОСТ 1 13723-80).
Недостатком указанного замка является невысокая надежность. Это обусловлено креплением деталей замка с малой жесткостью к крышке. На съемной крышке крепятся детали замка, обращенные к поверхности сопряжения крышка-окантовка. Это затрудняет монтаж-демонтаж крышки люка, особенно криволинейного, поскольку необходимо вывести детали всех замков из зацепления.
Известен замок для соединения деталей, состоящий из корпуса и винта, взаимодействующего с двумя подпружиненными гайками, расположенными в корпусе. Гайки соприкасаются друг с другом по винтовым поверхностям с уступами. Нижняя гайка для создания стопорных свойств замка имеет зубья и входит ими в зацепление со стопорной шайбой, а также имеет возможность вращаться при помощи винта. Верхняя гайка удерживается корпусом от проворота. Данный замок описан в патенте США 2807854, кл. НКИ 411-554, опубл.01.10.1957.
Описанный замок неудобен при эксплуатации - при отвинчивании винт выпадает. Он также дорог при изготовлении, поскольку детали имеют сложную форму.
Известно также крепежное устройство для соединения двух деталей, преимущественно листовых, оно описано в патенте США 2976901, кл. НКИ 411-105, опубл. 28.03.1961. Оно состоит из корпуса с резьбой, закрепляемого на одной из деталей и крепежного элемента - болта. Внутри болта по его центральной оси в отверстии расположен подпружиненный стержень. На стрежне закреплена шайба с зубьями, выполненными на стороне, контактирующей с торцевой поверхностью болта, на которой также имеются зубья. При заворачивании болта в корпус шайба устанавливается в продольные пазы на корпусе крепежного устройства. Когда болт завернут до конца, усилие инструмента снимается с подпружиненного стрежня и шайба своими зубьями входит в зацепление с
зубьями, имеющимися на торцовой стороне болта. Таким образом, винтовое соединение стопорится.
При закрытии замка необходимо устанавливать каждый болт в пазы гайки, поворачивая его, что увеличивает время на регламентные работы. Возможны отказы из-за посторонних предметов (продуктов коррозии, песка), попавших в полость пружины.
Известно крепежное устройство для соединения преимущественно листовых деталей (см. патент США 3294140, кл. НКИ 411-105, опубл.27.12.1966). Оно состоит из корпуса, устанавливаемого на одной из соединяемых деталей и крепежного элемента - втулки с внутренней резьбой. В корпусе расположен винт и шайба с зубьями. Шайба входит своими уступами в пазы корпуса, она также взаимодействует с пружиной, которая упирается одной стороной в шляпку винта. Резьбовая втулка на торце имеет пазы, в которые входят выступы второй шайбы, имеющей также на торцевой стороне зубья. При навинчивании резьбовой втулки на винт обе шайбы входят в зацепление друг с другом и удерживаются в таком положении благодаря силе упругости пружины. Таким образом, винтовое соединение стопорится от проворачивания.
В целом описанный замок хороший. Однако, и он имеет свои недостатки, а именно, втулка крепится на съемной крышке ненадежным способом. Кроме того, замок отказывает, если между зубьями стопорящих шайб попадают посторонние предметы (песок).
Другое крепежное устройство описано в патенте США 3141487, кл. НКИ 411-105, опубл. 21.07.1964. Оно состоит из крепежного элемента, выполненного в виде втулки с внутренней резьбой и фиксирующего узла, крепящегося к одной из соединяемых деталей. Фиксирующий узел включает корпус с завальцованным винтом. Головка винта на боковой стороне, которой соприкасается с корпусом, и на торцовой стороне, обращенной внутрь корпуса, имеет зубья. На винт надета полая втулка в виде стакана, на дне которого имеются выступы, посредством которых втулка входит в зацепление с зубьями, расположенными на головке винта. Во втулке размещена пружина, которая взаимодействует с кольцом, имеющим возможность возвратно-поступательно перемещаться во втулке. При навинчивании резьбовой втулки на винт резьбовая втулка давит на кольцо, которое в свою очередь сжимает пружину. Когда резьбовая втулка полностью навинчена на винт, кольцо выступами входит в пазы резьбовой втулки и таким образом фиксируется относительно нее. Резьбовая втулка, передавая усилие на кольцо, сжимает пружину и, таким образом, прижимает стакан к торцу головки винта. Стопорение замка от проворачивания осуществляется благодаря наличию зубьев на головке винта и стакане.
Втулка данного замка, как и в предыдущем замке, крепится на съемной крышке ненадежным способом. Если между зубьями винта и стакана попадают посторонние предметы, то замок отказывает.
Еще один вариант замка для соединения листовых деталей описан в патенте США 4191236, кл. F 16 В 43/00, опубл.04.03.1980. Данный замок состоит из крепежного элемента - болта и фиксирующего узла, закрепляемого на одной из соединяемых деталей. Фиксирующий узел содержит пластину, соединенную с корпусом, выполненном в виде стакана. Дно корпуса образует шайба, которая завальцована в корпусе. С другой стороны корпуса неподвижно установлена втулка с внутренней резьбой. Между шайбой, образующей дно корпуса, и втулкой расположена вторая шайба, имеющая возможность скользить вдоль стенок корпуса. Вторая шайба имеет выступ с зубьями.
Крепежный элемент - болт имеет сквозное центральное отверстие, в котором расположен подпружиненный стержень. На стержне со стороны винтового конца болта установлена втулка, на торце которой выполнены зубья. При завинчивании болта в фиксирующий узел болт входит в винтовое соединение со втулкой, при этом зубья втулки, расположенной на стержне болта, входят в зацепление с зубьями второй шайбы корпуса, которая в свою очередь подпружинена. Винтовое соединение фиксируется зубчатым зацеплением втулки и шайбы. Кроме того, полость корпуса выполнена в виде шестигранника, что препятствует проворачиванию подпружиненной шайбы.
Замок берет все хорошее от аналога (пат. США 2976901) и имеет лучшую эксплуатационную технологичность (не надо особенным образом ставить болт). Фиксирующий узел сделан «плавающим», что улучшает технологичность при эксплуатации. Две пружины, поджимающие запорную шайбу, увеличивают надежность соединения (устраняют опасность попадания в резонанс при вибрациях).
Однако и у этого замка болт недостаточно надежно фиксируется на крышке, а стопорящее устройство чувствительно к посторонним предметам.
Надо отметить, что крепежных устройств (замков) для соединения преимущественно листовых деталей, использующих для стопорения зубчатое зацепление типа «трещотки», достаточно много. Так, фирмой Deutsch Fastener Corp. разработан замок, фиксация винтового соединения в котором осуществляется таким зубчатым зацеплением (см. пат. США 4594040, кл.НКИ 411-353, опубл. 10.06.1986, пат. США 4616967, кл.НКИ 411-105, опубл. 14.10.1986). Данный замок состоит из крепежного элемента в виде втулки с внутренней резьбой и шестигранником под инструмент и узла корпуса. В корпусе размещен болт, опирающийся головкой на дно корпуса. В корпус вставлен стакан без дна, имеющий на боковых стенках прорези, который прижимает болт к дну корпуса. Имеется втулка,
подпружиненная со стороны головки болта. Она перемещается внутри стакана по его прорезям и удерживается сторонами прорезей. На одной из торцовых сторон втулки выполнены зубья, которые в процессе затяжки замка входят в зацепление с зубьями крепежного элемента. При закрытии замка крепежный элемент навинчивают на болт, при этом его зубья входят в зацепление с зубьями втулки. Таким образом, винтовое соединение фиксируется от проворачивания.
Эти замки являются улучшенными вариантами замка по пат. США 3294140 и решают задачу повышения надежности крепления запорного элемента к крышке в открытом положении. Надежность фиксации к крышке повышена, но за счет сложности конструкции. Однако описанный замок также чувствителен к посторонним предметам.
Той же фирмой (Deutsch Fastener Corp.) разработан другой вариант подобного замка - см. патент США 3192980, кл. НКИ 411-105, опубл. 06.07.1965 и его развитие - пат. ФРГ 2243661, кл. F 16 В 5/02, опубл. 19.07.1973. У обоих замков конструкция схожа с конструкцией описанных выше замков. Они также состоят из узла корпуса, устанавливаемого на одной из соединяемых деталей, и крепежного элемента в виде втулки с внутренней резьбой и шестигранником под инструмент. В корпусе размещен болт, опирающийся головкой на дно корпуса. На болт надет стакан, в котором размещены пружина и шайба с зубьями, выполненными на той ее торцевой стороне, которая обращена в сторону соединяемой детали. Стакан выполнен разрезным из двух частей и имеет на боковой стенке прорезь, в которую входит выступ шайбы. На торце крепежного элемента также выполнены зубья. При закрытии замка крепежный элемент навинчивается на болт и входит в зацепление с шайбой. В первом варианте замка корпус и стакан имеют сечения в виде квадрата. Шайба также выполнена квадратной, а не круглой. Во втором варианте в отверстие второй соединяемой детали устанавливается втулка.
Эти две конструкции решают задачу повышения надежности крепления запорного элемента (втулки с резьбой) к съемной крышке. До конца проблема не решается, несмотря на усложнение конструкции. На крышке остаются детали замка, имеющие недостаточно надежную связь с ней.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является крепежное устройство, описанное в патенте РФ 2217629, кл. F 16 В 5/02, опубл. 27.11.2003. Оно содержит фиксирующий узел, закрепляемый на одной из соединяемых деталях, и резьбовую втулку, устанавливаемую неподвижно на другой детали. Фиксирующий узел содержит корпус с расположенными в нем болтом и подпружиненной гайкой, навинченной на один из концов болта. Другой конец болта жестко соединен со стопорной шайбой, имеющей на стороне, обращенной к корпусу, зубья. В свою очередь на корпусе есть ответные
зубья. Для удержания указанных деталей в корпусе последний связан с пластиной. В процессе закрытия замка с помощью инструмента болт вворачивают в резьбовую втулку, стягивая пакет соединяемых деталей до упора. При этом в конце затягивания зубья стопорной шайбы входят в зацепление с зубьями корпуса, чем обеспечивается контровка болта от самопроизвольного проворачивания.
Недостатком описанного устройства является то, что для ряда конструктивных решений, например при применении многозаходных резьб, требуется значительно большее усилие поджима корпуса к стопорной шайбе для достижения достаточных самоконтрящих свойств крепежного устройства в закрытом положении.
Задачей предлагаемой полезной модели является достижение достаточных самоконтрящих свойств крепежного устройства.
Это достигается тем, что в предложенном крепежном устройстве для соединения деталей содержатся устанавливаемый на одной из деталей фиксирующий узел и резьбовая втулка, устанавливаемая неподвижно в другой детали с возможностью крепления к фиксирующему узлу. Последний содержит корпус, болт, гайку, пружину, стопорную шайбу и пластину. Причем болт размещен в корпусе и одним концом сопряжен с гайкой, поджатой пружиной к пластине, имеющей отверстие для болта, а другим концом соединен со стопорной шайбой. Упомянутая стопорная шайба имеет возможность контактировать с корпусом фиксирующего узла для обеспечения контровки болта. Резьбовая втулка крепится к фиксирующему узлу при помощи болта. При этом корпус фиксирующего узла выполнен упругим с возможностью сжатия в процессе закрытия.
Такое выполнение корпуса фиксирующего узла придает ему пружинящие свойства, которые проявляются в конце операции стягивания пакета при закрывании замка, что повышает прижим стопорной шайбы к корпусу и соответственно контровочные свойства замка.
Резьбовая втулка - единственный элемент крепежного устройства, закрепляемый на крышке люка, причем неподвижно. Это повышает надежность крепежного устройства, упрощает манипуляции при монтаже-демонтаже. В резьбовое отверстие можно вворачивать приспособление-съемник. Это расширит применение крепежного устройства на люках с длинами дуг, соответствующими углам от 50° и выше.
Крепежное устройство имеет упоры, взаимодействующие с корпусом так, что в процессе запирания замка корпус соприкасается с указанными упорами, упруго сжимается и тем самым дополнительно прижимает зубья корпуса к зубьям стопорной шайбы.
Корпус фиксирующего элемента может быть выполнен в виде стакана с фланцем. В дне корпуса выполнено отверстие под конец болта, которым последний соединен со стопорной шайбой. Корпус фиксирующего узла выполнен с возможностью взаимодействия со стопорной шайбой посредством зубчатого зацепления.
Во фланце корпуса фиксирующего элемента противоположно друг другу выполнены два паза. Пластина выполнена с двумя втулками, расположенными в пазах корпуса. Пазы, выполненные во фланце корпуса фиксирующего элемента, при взаимодействии с втулками пластины обеспечивают подвижность фиксирующего узла при манипуляциях, что улучшает эксплуатацию.
Стопорная шайба соединена с болтом неподвижно.
Резьбовая втулка имеет выступ, обращенный в сторону фиксирующего узла. Наличие выступа на резьбовой втулке в сочетании с подвижностью фиксирующего узла позволяет упростить монтаж крышки или панели люка.
Предлагаемое техническое решение иллюстрируется графическими материалами, на которых показано:
На фиг.1 - крепежное устройство в закрытом положении.
На фиг.2 - крепежное устройство в отрытом положении.
На фиг.3 - вид на крепежное устройство сверху.
На фиг.4 - вид на крепежное устройство снизу.
На фиг.5 - общий вид крепежного устройства.
Предлагаемое крепежное устройство содержит втулку с резьбой 1 и фиксирующий узел 2. Втулка с резьбой неподвижно устанавливается в ответной детали, например, крышке люка.
Фиксирующий узел 2 состоит из корпуса 3, болта 4, пластины 5, фиксирующей гайки 6, стопорной шайбы 7 и пружины 8. Корпус 3 фиксирующего узла 2 выполнен в виде стакана с фланцем, в котором противоположно друг другу выполнены два паза под втулки 9, посредством которых корпус 3 связан с пластиной 5. Причем ширина одного паза больше, чем ширина другого паза. Кроме того, корпус 3 выполнен упругим (имеющим пружинящие свойства). Эти свойства корпуса 3 замка могут быть достигнуты путем выполнения в стенках корпуса отверстий в виде пазов-прорезей.
Наличие отверстий-прорезей также позволяет, не разбирая конструкцию фиксирующего узла, чистить замок воздухом под давлением в случае загрязнения крепежного устройства.
На торцевой стенке корпуса 3, которая является дном стакана, нарезаны зубья и выполнено в центре отверстие. Посредством упомянутых зубьев корпус 3 сопряжен (входит в зацепление) со стопорной шайбой 7, также имеющей зубья.
Указанная стопорная шайба 7 имеет отверстие, через которое проходит болт 4. При сборке фиксирующего узла 2 болт 4 и стопорная шайба 7 соединяются неподвижно.
Болт 4 выполнен с буртиком, располагающимся примерно посередине длины болта 4, имеет с одной стороны технологическое отверстие, а с другой стороны шлиц под инструмент (отвертку или ключ). Болт 4 расположен в полости корпуса 3. При сборке фиксирующего узла болт 4 вставляется в корпус 3 стороной, где выполнено отверстие. Конец болта 4 выходит в отверстие стопорной шайбы 7 и жестко скрепляется с ней (развальцовывается).
В корпусе 3 находится пружина 8, которая контактирует с фиксирующей гайкой 6. Последняя через резьбу навинчивается на болт 4 и опирается одним торцом на его буртик. Другим торцом фиксирующая гайка 6 соприкасается с пластиной 5. Пластина 5 имеет два отверстия. В эти отверстия неподвижно установлены втулки 9. Последние расположены в пазах фланца корпуса 3. Причем, относительной одной втулки 9, установленной в узком пазу, корпус 3 может вращаться и продольно перемещаться, а относительной другой втулки, которая расположена в более широком пазу, корпус 3 может перемещаться как в продольном направлении, так и поперечном направлении. Здесь под продольным направлением понимается направление от втулки 9 к втулке 9, а под поперечным направлением - соответственно направление поперек продольного. Соединение втулки 9 - пазы фланца корпуса 3 представляет собой кулисный механизм. Втулки 9 выполнены с «плечиками», предохраняющими фиксирующий узел от рассыпания. Кроме того, пластина 5 также имеет отверстие, через которое проходит болт 4. Диаметр этого отверстия больше диаметра болта, что обеспечивает подвижность последнего в состоянии замка «открыто». Пластина 5 может называться также и основанием, шайбой.
Соединение пластины 5 и корпуса 3 подвижным образом упрощает центрирование соединения болта 4 с резьбовой втулкой 1, что упрощает процесс монтажа крепежного устройства на летательном аппарате в процессе эксплуатации.
Кроме того, пластина 5 может быть выполнена (как показано на чертежах) с отбортовками 10 (см. фиг.1, 2, 5), расположенными по меньшим ее сторонам и обращенными к фланцу фиксирующего узла при сборке последнего. При затягивании замка в указанные отбортовки упирается корпус фиксирующего узла своим фланцем, т.е. отбортовки в данном исполнении выполняют функцию упоров. Надо отметить, что в зависимости от конструктивного исполнения крепежного устройства функцию упоров для корпуса могут
выполнять и другие конструктивные элементы, например, втулки 9 или же дополнительный элемент корпуса 3 фиксирующего узла 2.
На втулке с резьбой, болте и упорной гайке выполнена многозаходная резьба левого исполнения. Такая резьба уменьшает число манипуляций при отпирании-запирании замка и позволяет обеспечить привычное направление вращения инструмента: «правое» - на запирание, «левое» - на отпирание.
Выступ на резьбовой втулке может быть выполнен цилиндрическим, коническим, сферическим, а также в виде клина.
В соединяемых деталях резьбовую втулку устанавливают в подвижной (снимаемой) детали конструкции (крышке люка, панели), а фиксирующий узел - на неподвижной детали (окантовке выреза под люк). Фиксирующий узел 2 крепится на окантовке люка посредством болтов или винтов с потайной головкой, ввинчиваемых во втулки 9.
Крепежное устройство (замок) работает следующим образом.
При креплении крышки люка фиксирующий узел 2 находится в положении «открыто». В этом положении болт 4 завернут в фиксирующую гайку 6 до упора буртиком в корпус 3. При этом фиксирующая гайка 6 поджимается пружиной 8 к пластине 5. Распирающее усилие пружины 8 передается через фланец корпуса 3 на «плечики» втулок 9, установленных неподвижно в пластине 5. Зубья корпуса 3 и зубья стопорной шайбы 7 не взаимодействуют (не соприкасаются) друг с другом. Болт 4 вместе с корпусом 3, фиксирующей гайкой 6 и пружиной 8 может перемещаться относительно пластины 5 в пределах запасов длин обоих пазов фланца корпуса 3, а также ширины более широкого паза фланца, что облегчает совмещение болта 4 с резьбовой втулкой 1 при запирании замка.
Резьбовую втулку 1 устанавливают в крышке люка. Благодаря наличию конического выступа резьбовая втулка взаимодействует с отверстием окантовки, взаимоцентрируется, обеспечивая точную сборку. Следует отметить, что резьбовая втулка может быть выполнена за одно целое с крышкой или панелью.
Резьбовую втулку 1 совмещают с фиксирующим узлом 2. Затем через отверстие в резьбовой втулке 1 вставляют отвертку или ключ в шлиц (внутренний шестигранник) болта 4 и вращают ее, например, вправо, вворачивая болт 4 в резьбовую втулку 1. При этом болт 4, вращаясь в прижатой пружиной 8 фиксирующей гайке 6, выдвигается из фиксирующего узла и, центрируясь с втулкой 1 за счет подвижности фиксирующего корпуса 3 относительно пластины 5 и втулок 9, ввинчивается в нее, стягивая пакет соединяемых деталей до упора. В процессе затягивания зубья корпуса 3 приходят в зацепление с зубьями стопорной шайбы 7, создавая контрящее воздействие на болт. В конце затягивания корпус 3 соприкасается с упорами 10, упруго деформируется и дополнительно
прижимает зубья корпуса 3 к зубьям стопорной шайбы 7, чем обеспечивает дополнительное контрящее воздействие на болт 4. В этом положении замок закрыт.
После запирания конический выступ резьбовой втулки находится в отверстии в окантовке и не дает проскальзывать крышке люка относительно окантовки. Таким образом, осуществляется силовое удержание крышки на «сдвиг».
При снятии крышки люка необходимо открыть крепежные устройства. Для этого последовательно выполняют следующие операции. Вставляют инструмент (это может быть как отвертка, так и ключ в зависимости от исполнения болта 4) в шлиц или отверстие под ключ, выполненный в болте 4, и вращают его, вывинчивая болт 4 и выводя его из зацепления с резьбовой втулкой 1. При этом преодолевают контрящее сопротивление взаимно поджатых зубьев стопорной шайбы 7 и корпуса 3. Выходя из зацепления с резьбовой втулкой 1, болт 4 ввинчивается в фиксирующую гайку 6, которая поджата пружиной к пластине 5. Болт 4 ввинчивается в гайку 6, пока не упрется буртиком в корпус 3. В таком положении элементов замок находится в открытом состоянии, болт 4 не мешает процессу монтажа-демонтажа крышки, которую можно откинуть, снять, чтобы провести необходимые ремонтные работы.
Описанное крепежное устройство может быть применено для крепления крышек, люков, панелей летательного аппарата, причем оно может устанавливаться в отсеках, где температура окружающей среды может достигать 300°С. Применение данного крепежного устройства позволит уменьшить требуемую величину нахлеста крышки над окантовкой выреза, что снизит вес всего летательного аппарата. К тому же крышка не имеет подвижных частей, что улучшает эксплуатацию и позволяет применять такие крепежные устройства на люках с большим углом дуги.