УДЕРЖИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗЬБОВОГО ЭЛЕМЕНТА, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ГАЙКИ
RETAINING DEVICE FOR THREADED ELEMENT, IN PARTICULAR FOR NUT

Настоящее изобретение относится к удерживающему устройству для резьбового элемента, в частности для гайки.
В некоторых применениях, в частности в авиационных применениях и еще более конкретно в авиационных двигателях, закрепления должны осуществляться посредством завинчивания, несмотря на то, что один из резьбовых элементов, обычно гайка, является очень трудно доступным для предотвращения проворачивания в процессе вращения завинчивания или отвинчивания другого резьбового элемента, например, болта.
Есть известные гайки, которые можно закреплять заранее в надлежащем положении для последующего завинчивания. Однако такие гайки часто представляют собой специальные нестандартные гайки. При использовании таких гаек существует другая проблема. Когда нужно закрепить две детали посредством нескольких болтов, такие гайки, размещенные неподвижно на одной из деталей, препятствуют всякому регулированию с учетом размерных допусков данной детали относительно другой. Есть также известные гайки, называемые «плавающими гайками в обоймах» (floating cage nuts), предлагаемые, например, компаниями Raceparts Ltd, Unit 3, Rockfort Ind Est, Hithercroft Rd, Wallingford, Великобритания, специально приспособленные для сцепления с радиальным зазором с корпусом или обоймой, которая предварительно прикреплена к одной из упомянутых деталей. В таких специальных гайках существуют проблемы взаимозаменяемости и сертификации в самых требовательных применениях, таких как авиация.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить удерживающее устройство для резьбового элемента, в частности для гайки, которое обеспечивает возможность завинчивания без доступа к резьбовому элементу, позволяет регулировать с учетом размерных допусков и допускает, при необходимости, использование стандартных резьбовых элементов, в частности стандартных гаек.
В соответствии с изобретением, упомянутое удерживающее устройство для резьбового элемента, в частности для гайки, для удерживания упомянутого резьбового элемента во время операции завинчивания при размещении упомянутого резьбового элемента вдоль оси винта, причем упомянутый резьбовой элемент содержит форму сопряжения относительно вращений вокруг упомянутой оси и опирается по меньшей мере опосредованно на деталь, подлежащую затягиванию посредством операции завинчивания, причем упомянутое устройство содержит корпус, выполненный с возможностью прикрепления к упомянутой детали и снабженный формой, препятствующей вращению, способной предотвращать вращение резьбового элемента относительно упомянутой детали, в то же время обеспечивая радиальный зазор между резьбовым элементом и упомянутым корпусом, причем упомянутое устройство отличается тем, что оно содержит также промежуточный элемент, содержащий:
форму, комплементарную к упомянутой форме сопряжения, способную обеспечивать соединение, противодействующее относительному вращению между упомянутым резьбовым элементом и упомянутым промежуточным элементом, и
средства соединения, способные обеспечивать, вместе с упомянутой формой, препятствующей вращению, упомянутого корпуса, соединение с радиальным зазором, противодействующее относительному вращению между упомянутым промежуточным элементом и упомянутым корпусом.
Упомянутый промежуточный элемент и упомянутый корпус взаимодействуют так, чтобы гарантировать радиальный зазор, позволяющий резьбовому элементу обладать свободой расположения относительно упомянутой детали во время завинчивания. Таким образом, уже нет необходимости использовать резьбовой элемент, который специально выполнен так, чтобы он мог быть предотвращен от проворачивания, но при этом еще и обладающий такой свободой расположения. Может быть использован стандартный резьбовой элемент, в частности сертифицированный для рассматриваемого применения.
В частности, в варианте осуществления, упомянутое соединение, противодействующее относительному вращению между упомянутым резьбовым элементом и упомянутым промежуточным элементом, по существу без радиального зазора и/или по существу без зазора при вращении вокруг упомянутой оси. Таким образом, упомянутая форма сопряжения резьбового элемента эффективно взаимодействует с промежуточным элементом так, чтобы предотвращать вращение резьбового элемента, в частности во время завинчивания и/или при его завершении и/или во время отвинчивания. Выражение «по существу без зазора» означает, что все же может быть некоторый минимальный необходимый зазор между гайкой и инструментом, используемым для завинчивания/отвинчивания.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, упомянутое соединение с радиальным зазором между промежуточным элементом и корпусом имеет также зазор при вращении вокруг оси. Данный зазор при вращении допускает или облегчает радиальное перемещение, допускаемое упомянутым радиальным зазором. В принципе, он ограничен угловым перемещением, достаточным только для обеспечения возможности свободного радиального перемещения, допускаемого упомянутым радиальным зазором.
Упомянутая комплементарная форма, образованная на упомянутом промежуточном элементе, обычно выполнена так, чтобы гарантировать упомянутое соединение с упомянутой формой сопряжения стандартной гайки.
В варианте осуществления, упомянутая комплементарная форма представляет собой шлицевое отверстие, в частности для соединения с головкой болта или гайкой с наружными шлицами стандартной модели в некоторых отраслях промышленности, таких как авиационная промышленность.
Предпочтительно, упомянутый промежуточный элемент представляет собой кольцо, способное образовать с упомянутым резьбовым элементом соединение, распределенное по всей длине вокруг оси, обычно как в завинчивающем инструменте. При желании, это делает упомянутое устройство способным предотвращать вращение резьбового элемента, даже если крутящий момент при завинчивании достигает максимальной величины, которую способен выдерживать используемый резьбовой элемент.
В некоторых вариантах осуществления, упомянутое кольцо является замкнутым, то есть его материал является непрерывным по всей длине вокруг упомянутой оси. В других вариантах осуществления, упомянутое по существу замкнутое кольцо при этом содержит щелевое отверстие, например, в аксиальной плоскости, позволяющее во время изготовления вводить проволоку для электроразрядной механической обработки (electro-discharge machining - EDM) в упомянутое отверстие в кольце, чтобы механически обрабатывать упомянутую комплементарную форму в стенке отверстия.
Упомянутое кольцо обычно окружает резьбовой элемент и окружено по меньшей мере частью упомянутого корпуса.
Предпочтительно, упомянутый промежуточный элемент, в частности кольцо, по существу не способно деформироваться, в частности неупругое, то есть его функционирование не основано на его деформации, в частности на его упругости.
Предпочтительно, упомянутые средства соединения образованы на радиально внешней поверхности упомянутого кольца, причем упомянутая радиально внешняя поверхность имеет упомянутый радиальный зазор с радиально внутренней поверхностью корпуса.
В одном варианте, упомянутые средства соединения между промежуточным элементом и корпусом содержат радиальные зубья, выступающие в пазы в цилиндрической стенке, причем упомянутые зубья обычно образованы на промежуточном элементе. В варианте осуществления, упомянутые пазы представляют собой выемки, образованные в крае цилиндрической стенки, причем упомянутый край обращен от упомянутой детали. При этом облегчается сборка упомянутого устройства и уменьшается требуемое для него радиальное пространство.
В предпочтительном варианте осуществления, поверхность упомянутых пазов образует упор, ограничивающий аксиальное перемещение промежуточного элемента к детали, подлежащей затягиванию. В частности, данная поверхность может представлять собой основание вышеупомянутых выемок.
Упомянутое устройство предпочтительно содержит аксиальное удерживающее средство, удерживающее промежуточный элемент закрепленным в корпусе. При этом, по меньшей мере после установки, корпус и промежуточный элемент образуют одно нераздельное целое. Данная неотделимость получается еще до сборки, если использовать также вышеупомянутый упор, ограничивающий аксиальное перемещение промежуточного элемента.
В варианте осуществления, упомянутое аксиальное удерживающее средство содержит упор, прочно прикрепленный к корпусу, удерживающий промежуточный элемент на стороне, обращенной от детали, подлежащей затягиванию. Упомянутый упор предпочтительно образован на крышке, прикрепленной к корпусу, предпочтительно посредством обжатия. Упомянутая крышка может содержать центральное отверстие, например, для обеспечения возможности прохода свободного конца болта, ввинчиваемого в резьбовой элемент, когда последний представляет собой гайку.
В другом варианте осуществления, упомянутые пазы являются закрытыми в двух своих аксиальных концах, так чтобы удерживать промежуточный элемент в корпусе от перемещений параллельно оси в обоих направлениях.
Другие признаки и преимущества изобретения станут более понятными из приведенного ниже описания и прилагаемых чертежей, из которых
Фиг.1 представляет собой перспективный вид с пространственным разделением элементов удерживающего устройства в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
Фиг.2 представляет собой вид устройства, показанного на фиг.1, в собранном состоянии;
Фиг.3 представляет собой вид в аксиальном разрезе корпуса, установленного на детали, при этом левая половина вида показывает также упомянутый узел в рабочем состоянии;
Фиг.4 представляет собой вид сверху в поперечном разрезе, показывающий корпус в правой половине вида, соединенный с промежуточным элементом в левой половине вида, верхняя часть которой показывает также гайку в качестве резьбового элемента и болт, ввинченный до отказа в гайку; и
Фиг.5 представляет собой перспективный вид, с вырезом и частичным разрезом, удерживающего устройства в соответствии с вторым вариантом осуществления.
Данное описание распространяется на любую комбинацию признаков, даже взятых отдельно от одного или более предложений, которые являются более детальными и/или в более общем смысле, чем конкретно описанные, в одном и том же параграфе или в других параграфах, при условии, что данная комбинация достигает технического эффекта и отличается от известного уровня техники.
В примере, показанном на фиг.1-4, упомянутое удерживающее устройство служит для предотвращения поворота гайки 2 вокруг ее оси 3, в частности когда болт 4 завинчивают, отвинчивают или он находится в состоянии, завинченном до отказа в данной гайке. Результатом завинчивания является закрепление нескольких деталей вместе одна с другой, в данном случае двух деталей 6 и 7, в аксиальном направлении между гайкой 2 и головкой 8 болта 4. Деталь 6, расположенная рядом с гайкой, называется «деталью, подлежащей затягиванию». Это, например, корпус самолетного двигателя. Другая деталь 7, расположенная рядом с головкой болта 8, называемая для примера «дополнительной деталью», представляет собой, например, элемент, который должен быть закреплен на корпусе двигателя, обычно посредством нескольких крепежных систем, каждая из которых содержит гайку 2, болт 4 и удерживающее устройство 1. Болт 4 проходит через отверстие 9 детали 6, подлежащей затягиванию, и отверстие 11 дополнительной детали 7. Благодаря производственным допускам не всегда можно точно центрировать отверстия 9 и 11 вдоль одной оси 3 винта, так что если прикрепить гайку 2 к детали 6, подлежащей затягиванию, завинчивание может оказаться невозможным. Кроме того, в более конкретных применениях, поверхность детали 6, подлежащей затягиванию, расположенной рядом с гайкой 2, является трудно доступной или недоступной. Удерживающее устройство 1 выполняет двойную функцию: предотвращает проворачивание гайки 2, в то же время предоставляя гайке 2 некоторый запас радиального перемещения, так что гайка 2 способна центрироваться аксиально с болтом 4, даже если два отверстия 9, 11 имеют некоторую несоосность, при этом диаметр по меньшей мере одного из упомянутых отверстий имеет немного больший размер, приемлемый с учетом вышеупомянутых допусков.
Гайка 2 на своей радиально внешней периферии содержит форму 22 сопряжения применительно к вращениям вокруг оси 3 винта. В показанном примере, упомянутая форма сопряжения представляет собой стандартную форму, более конкретно шлицы.
Удерживающее устройство 1 содержит корпус 12, оснащенный средствами прикрепления к детали 6, подлежащей затягиванию. В варианте осуществления, упомянутые средства прикрепления представляют собой две лапки 13, продолжающиеся радиально наружу из корпуса 12 и выполненные с возможностью прикрепления к детали 6, подлежащей затягиванию, посредством заклепок 14 (фиг.3), которые показаны только схематично. Положение лапок 13 вокруг оси 3 может различаться в зависимости от варианта осуществления, в соответствии с доступным пространством на поверхности детали 6. Например, две лапки 13 могут быть расположены радиально напротив друг друга.
В показанном примере, корпус 12 имеет форму цилиндрического валика, открытого в своих обоих аксиальных концах, продолжающегося в рабочем состоянии вдоль оси 3 винта или вдоль оси, параллельной оси 3, но немного смещенной в сторону относительно оси 3.
Корпус 12 оснащен формой 16, препятствующей вращению, способной предотвращать вращение резьбового элемента, в данном случае гайки 2, относительно детали 6, в то же время обеспечивая радиальный зазор между резьбовым элементом 2 и корпусом 12. В варианте осуществления, когда корпус 12 содержит цилиндрический валик, упомянутая форма, препятствующая вращению, представляет собой чередование выемок 18 и выступов 20, образованных в крае 17 валика, обращенном от детали 6, подлежащей затягиванию.
Вместо прямого взаимодействия между корпусом 12 и гайкой 2, упомянутое удерживающее устройство дополнительно содержит промежуточный элемент 19, содержащий:
форму 23, комплементарную к форме 22 сопряжения гайки 2, способную образовать соединение, противодействующее относительному вращению между резьбовым элементом (гайкой 2) и промежуточным элементом 19, и
средства 24 соединения, способные образовать, вместе с формой 16, препятствующей вращению, корпуса 12, соединение с радиальным зазором, противодействующее относительному вращению между промежуточным элементом 19 и корпусом 12.
Таким образом, резьбовой элемент (гайка 2) предохранена от проворачивания относительно корпуса 12 вокруг оси, параллельной или совпадающей с осью 3. Поскольку сам корпус 12 прикреплен к детали 6, подлежащей затягиванию, резьбовой элемент (гайка 2) предотвращен от проворачивания вокруг такой оси относительно детали 6, подлежащей затягиванию. При этом благодаря радиальному зазору промежуточного элемента 19 относительно корпуса 12, резьбовой элемент 2 обладает свободой радиального перемещения относительно детали 6, подлежащей затягиванию, чтобы центрировать себя на болте 4. Болт самостоятельно размещается в отверстиях 9 и 11, которые, в отличие от показанного в чертежах, обычно немного смещены вбок друг относительно друга, в частности с учетом производственных допусков.
Предпочтительно, упомянутое соединение, противодействующее вращению между резьбовым элементом 2 и промежуточным элементом 19, по существу без радиального зазора и зазора при вращении вокруг оси 3. Таким образом, фиксация между резьбовым элементом 2 и промежуточным элементом 19 точно соответствует требованиям для приложения удерживающего крутящего момента к гайке 2 во время завинчивания. Упомянутый радиальный зазор вполне гарантирован дальше от оси, соответственно при меньших усилиях, между промежуточным элементом 19 и корпусом 12.
В приведенном здесь примере резьбового элемента, содержащего шлицы в качестве формы сопряжения, упомянутая комплементарная форма предпочтительно представляет собой шлицевое отверстие, комплементарное к шлицам резьбового элемента (гайки 2).
В частности, но не в качестве ограничения, в упомянутом примере, промежуточный элемент 19 предпочтительно представляет собой кольцо. Предпочтительно, упомянутое кольцо окружает резьбовой элемент (гайку 2) и окружен частью корпуса 12, в частности когда последний образован в форме валика, как было упомянуто выше.
Когда промежуточный элемент представляет собой кольцо, средства соединения промежуточного элемента 19 с корпусом 12 могут быть образованы на радиально внешней поверхности 27 упомянутого кольца, причем упомянутая радиально внешняя поверхность имеет упомянутый радиальный зазор J (фиг.4) с радиально внутренней поверхностью 26 корпуса.
В некоторых вариантах осуществления, таких как показанный вариант осуществления, упомянутые средства соединения между промежуточным элементом 19 и корпусом 12 содержат радиальные зубья 28, которые выступают в пазы, в данном случае выемки 18, цилиндрической стенки, которая в данном примере принадлежит корпусу 12, при этом упомянутые радиальные зубья образованы на промежуточном элементе 19.
Даже если промежуточный элемент 19 максимально смещен от центра в корпусе 12, зуб 28 не может высвободиться от своего паза. В показанном примере это достигается за счет радиальной длины зубьев 28, которая больше чем диаметральный зазор 2J (двойной радиальный зазор J).
Предпочтительно, поверхность упомянутых пазов, в данном случае основание выемок 18, образует упор, ограничивающий аксиальное перемещение промежуточного элемента 19 к детали 6, подлежащей затягиванию. Более точно, в показанном примере аксиальное перемещение промежуточного элемента 19 ограничено зубьями 28, упирающимися в основание выемок 18.
Предпочтительно, упомянутое соединение с радиальным зазором J между промежуточным элементом 19 и корпусом 12 имеет также зазор при вращении R (фиг.4) с одной и с другой стороны от среднего относительного углового положения вокруг оси 1. Данный зазор при вращении облегчает радиальное перемещение промежуточного элемента 19 относительно корпуса 12.
В показанном примере, количество шлицев гайки 2 и кольца 19 больше, в частности в два раза больше, чем количество зубьев 28 и выемок 18.
Чертежи обычно выполнены в увеличенном масштабе, например, в масштабе 1˸2,5. В таком случае в некоторых применениях приемлемым является радиальный зазор порядка 0,5 мм (в диаметре соответственно 1 мм) между промежуточным элементом 19 и корпусом 12. Однако изобретение не ограничено конкретными размерами.
Предпочтительно, упомянутое устройство содержит аксиальное удерживающее средство, удерживающее промежуточный элемент закрепленным в корпусе. В одном примере, данное средство содержит упор 29, прочно прикрепленный к корпусу 12 и удерживающий промежуточный элемент 10 на стороне, обращенной от детали 6, подлежащей затягиванию. Промежуточный элемент 19 имеет уменьшенный аксиальный зазор, однако достаточный для обеспечения возможности его радиального перемещения, допускаемого вышеупомянутым радиальным зазором, относительно корпуса 12.
Упомянутый упор может быть образован на крышке 31, прикрепленной к корпусу. В показанном примере, данное прикрепление осуществляется посредством обжатия ее нижнего края позади скошенного выступа 33 корпуса. На фиг.1 показан нижний край крышки в его конической форме после обжатия, при этом перед обжатием данный край имеет цилиндрическую форму.
Крышка 31 обычно содержит центральное отверстие 34, окруженное фланцем, образующим упор 29.
Упомянутое удерживающее устройство изготовлено, например, из сплава Инконель.
Вариант осуществления, показанный на фиг.5, будет описан только в той части, в которой он отличается от варианта осуществления, показанного на фиг.1-4, и его элементы, аналогичные элементам варианта осуществления на фиг.1-4, показаны ссылочными позициями, увеличенными на 50.
Упор 79 выполнен за одно целое с корпусом 62 и соответственно образует неотъемлемую часть корпуса 62. Для этого, в варианте осуществления, корпус 62 и кольцо 69 изготовлены совместно посредством 3D печати, при этом кольцо 69 получается закрепленным в корпусе 62. В варианте осуществления, пазы 68 представляют собой отверстия, которые аксиально закрыты, на своей стороне, удаленной от детали, подлежащей затягиванию, упором 79, в отличие от примера, показанного на фиг.1-4, в котором выемки, открытые на стороне, удаленной от упомянутой детали, затем закрываеют крышкой 31, установка которой требует дополнительных производственных этапов.
Кольцо 69 аксиально закреплено в корпусе 69, вследствие того, что зубья 78 расположены между упором 79 и поверхностью упомянутых отверстий, которая обращена к данному упору.
Зубья 78, так же как и зубья 28 вышеописанного варианта осуществления, вставлены в отверстия 68 с достаточной свободой перемещения, чтобы гарантировать радиальный зазор, предусмотренный настоящим изобретением, между кольцом 69 и корпусом 62. При этом, как и в вышеописанном варианте осуществления, зубья имеют достаточную радиальную длину, так что они не могут высвобождаться от отверстий 68, даже в случае максимального смещения от центра кольца 69 в корпусе 62.
Конструкция, подобная показанной на фиг.5, может быть изготовлена посредством литья металла под давлением (metal injection moulding - MIM) с использованием спеченного агломерированного металлического порошка, как предложено в частности компанией Alliance MIM, ZI Foulottiere, 22 rue dʽEurope, 25410 Saint-Vit, Франция.
Изобретение, разумеется, не ограничено описанным и показанным примером. Гайка со стандартной формой сопряжения может представлять собой другую гайку, помимо шлицевой гайки, например, шестигранную гайку, в этом случае промежуточный элемент может содержать в качестве комплементарной формы шестигранную или двенадцатигранную полость. Упомянутая крышка может быть заменена обжатием деформируемой части корпуса или же упругим стопорным кольцом типа пружинного кольца, вставленным в отверстие корпуса. Если использовать крышку, то ее можно прикреплять не посредством обжатия, а, например, посредством сварки, в частности, точечной сварки или же посредством сжатия. Корпус, такой как 12, может быть обжат или также зафиксирован защелкой на детали, такой как 6, в этом случае лапки, такие как 13, уже будут ненужными.