ЗАГЛУШКА ДЛЯ ОТВЕРСТИЯ В ЛИСТОВОМ МАТЕРИАЛЕ

Полезная модель относится к легко монтируемым и быстро съемным эластичным изделиям посредством которых закрываются (глушатся) выполненные в облицовочных панелях (в частности в панелях пассивной безопасности) или непосредственно в кузове автомобиля технологические отверстия, окна для периодического технического обслуживания и контроля, а также свободные, в вариантной комплектации, установочные гнезда для оборудования.
Из патента US 4588105, дата публ. 13.05.1986 г., известна составная заглушка, образованная неподвижно соединенными воротником, изготовленным из относительно мягкого эластичного материала, а также изготовленными зацело из более упругого материала корпусом, диафрагмой, первым и вторым фланцами. Корпус выполнен в виде снабженной продольными разрезами цилиндрической трубы, содержащей первый и второй концы. Диафрагма выполнена в виде перегородки, расположенной на торце корпуса со стороны его первого конца. Первый фланец выполнен в виде простирающегося за пределы корпуса радиального кольца, расположенного со стороны первого конца корпуса. Периферийная часть первого фланца перфорирована расположенными с заданным шагом распределенными по периметру отверстиями продольные геометрические оси которых параллельны продольной геометрической оси корпуса. Второй фланец выполнен в виде расположенных на корпусе простирающихся за его пределы дистанцированных от первого фланца кольцевых секторов, каждый из которых содержит расположенную со стороны второго конца корпуса фаску. Воротник выполнен в виде кольца с Г-образным, в поперечном сечении, профилем горизонтальная полка которого расположена со стороны первого конца корпуса и снабжена направленными в сторону первого конца корпуса цилиндрическими выступами размер и шаг которых согласованы с размером и шагом отверстий, расположенных в первом фланце. Воротник содержит первую и вторую контактные части. Первая контактная часть воротника образована частью его поверхности, соприкасающейся с обращенной в сторону второго конца корпуса поверхностью первого фланца. Вторая контактная часть воротника образована расположенной со стороны второго конца корпуса гранью его профиля. Воротник установлен на обращенной в сторону второго конца корпуса поверхности первого фланца. При этом, расположенные на горизонтальной полке профиля воротника цилиндрические выступы зафиксированы в отверстиях первого фланца.
В качестве недостатка упомянутой выше конструкции можно выделить ее высокую стоимость.
Из патента US 4801040, публ. 31.01.1989 г., известна заглушка из эластичного материала образованная изготовленными заедино корпусом, диафрагмой, первым, вторым и промежуточным фланцами, а также воротником, содержащим контактную часть. Корпус выполнен в виде цилиндрической трубы с переменным поперечным сечением, содержащей первый и второй концы. Диафрагма выполнена в виде фасонной глухой перегородки, расположенной на торце корпуса со стороны его первого конца. Первый фланец выполнен в виде замкнутого, простирающегося за пределы корпуса, дугообразного, в поперечном сечении, выгнутого в сторону первого конца корпуса пояса, расположенного со стороны первого конца корпуса. Второй фланец выполнен в виде замкнутого, простирающегося за пределы корпуса тангенциально направленного (диаметрально расширяющегося) в сторону его первого конца пояса, расположенного со стороны второго конца корпуса. Промежуточный фланец выполнен в виде замкнутого, простирающегося за пределы корпуса тангенциально направленного (диаметрально расширяющегося) в сторону его первого конца пояса, расположенного между первым и вторым фланцами. Расположенные в радиальном направлении поверхности второго и промежуточного фланцев суть образующие усеченных конусов или обелисков. Воротник выполнен в виде замкнутого, тангенциально направленного (диаметрально расширяющегося), в сторону второго конца корпуса пояса, расположенного по внешнему периметру первого фланца. Расположенные в радиальном направлении поверхности воротника суть образующие усеченных конусов или обелисков. Контактная часть воротника образована периферийной, расположенной со стороны второго конца корпуса, частью его обращенной в сторону корпуса поверхности. При этом, воротник, промежуточный и второй фланцы выполнены таким образом, что их расположенные в радиальном направлении поверхности могут быть описаны сферической поверхностью геометрического шарового сегмента с центральным углом близким к прямому.
Среди недостатков заглушки следует выделить низкие герметизирующие качества при работе последней в паре с изделием поверхность которого имеет значительные по высоте микронеровности, а также высокую вероятность появления остаточных деформаций в заглушке при ее длительной эксплуатации в составе изделия, особенно в широком интервале положительных и отрицательных температур. Указанные недостатки определены наличием значительных растягивающих, особенно для контактной части воротника, напряжений, возникающих после монтажа заглушки в заглушаемое отверстие.
В качестве прототипа использована известная из патента US 4760935, дата публ. 02.08.1998 г., заглушка из эластичного материала образованная изготовленными заедино корпусом, диафрагмой, воротником, первым и вторым фланцами. При этом, ограничительные признаки первого фланца и воротника заглушки по патенту US 4760935, в части рассматриваемой ниже задачи, совпадают с ограничительными признаками первого фланца и воротника заглушки по патенту US 4801040. Существенным признаком прототипа, отличающим последний от решения по патенту US 4801040 в части рассматриваемой ниже задачи, является выполнение воротника в виде пояса расположенные в радиальном направлении поверхности которого могут быть описаны сферической поверхностью геометрического шарового сегмента с центральным углом значительно большим прямого.
Среди недостатков указанной конструкции можно выделить увеличенные в продольном направлении, относительно решения по патенту US 4801040, габариты воротника и первого фланца.
Задачей полезной модели было создание эластичной заглушки с низкими себестоимостью изготовления и утилизации, небольшими, в продольном направлении, габаритами, рассчитанной на длительный период эксплуатации в широком интервале положительных и отрицательных температур.
Задача решается в предназначенной для глушения отверстия в листовом материале эластичной заглушке, включающей в себя изготовленные зацело корпус, выполненный в виде цилиндрической трубы, содержащий первый и второй концы, диафрагму, выполненную в виде расположенной со стороны первого конца корпуса перегородки, а также простирающиеся за пределы корпуса расположенный со стороны первого конца корпуса первый фланец, расположенный на первом фланце воротник, содержащий контактную часть, а также расположенный со стороны второго конца корпуса второй фланец.
Задача решается тем, что расположенная со стороны первого конца корпуса поверхность первого фланца выполнена либо плоской, либо сформирована в виде направленного к торцу первого конца корпуса выступа, участки профиля которого могут быть описаны сферической поверхностью геометрического шарового сегмента центральный угол которого не более 35 градусов, обращенная в сторону второго фланца поверхность первого фланца выполнена либо плоской, либо сформирована в виде направленного к корпусу и в сторону его первого конца углубления, оротник образован либо сформированным в виде замкнутого пояса выступом с поперечным сечением в виде полукруга, кругового сегмента или треугольника, расположенным по периферии первого
1
1
п
1/2
фланца со стороны второго конца корпуса, либо периферийной частью обращенной в сторону второго конца корпуса поверхности первого фланца и прилежащей к ней частью его радиальной поверхности, контактная часть воротника образована, соответственно, выступающей в сторону второго конца корпуса радиусной поверхностью воротника или выступающим в сторону второго конца корпуса ребром. При этом, контактная часть воротника выполнена таким образом, что радиус кругового сектора, дуга которого вписана в полупериметр контура, образованного ортогональной проекцией ребра контактной части воротника на перпендикулярную к продольной геометрической оси корпуса плоскость или средний радиус кольцевого сектора дуги которого вписаны в контур ортогональной проекции воротника на перпендикулярную к продольной геометрической оси корпуса плоскость в 1,2...1,5 раза больше радиуса кругового сектора, дуга которого вписана в полупериметр контура, образованного ортогональной проекцией внешней образующей корпуса заглушки на перпендикулярную к продольной оси корпуса плоскость, толщина h поперечного сечения первого фланца в зоне примыкания фланца к корпусу равна λ(PК/δ), где
1
λ - безразмерный коэффициент, величина которого равна 8...10,
п
2
δ - условный предел пропорциональности при растяжении материала, из которого изготовлена заглушка, (н/мм),
1
K - безразмерный коэффициент, величина которого равна 1,1...1,25,
Р - Расчетная масса заглушки (кг.),
2
3
п
1
2
первый фланец и воротник выполнены таким образом, что расстояние L между двумя контурами на корпусе заглушки, один из которых образован пересечением образующих наружной поверхности корпуса и обращенной в сторону второго фланца поверхности первого фланца, а другой ортогональной проекцией контактной части воротника на корпус равно КАλδ/KhE, где
А - радиус кругового сектора, дуга которого вписана в полупериметр контура, образованного ортогональной проекцией ребра контактной части воротника на перпендикулярную к продольной геометрической оси корпуса плоскость или средний радиус кольцевого сектора дуги которого вписаны в полупериметр контура ортогональной проекции воротника на перпендикулярную к продольной геометрической оси корпуса плоскость, (мм),
2
К - безразмерный коэффициент, величина которого равна 0,3...0,5,
3
λ - безразмерный коэффициент, величина которого равна 0,2...0,3,
2
Е - условный модуль упругости при растяжении материала, из которого изготовлена заглушка, (н/мм).
Полезная модель поясняется следующими рисунками:
на Фиг.1 изображен вид заглушки сбоку,
на Фиг.2 изображен вид на заглушку со стороны второго фланца.
1
1
п
1/2
Полезная модель реализуется заглушкой для отверстия в листовом материале, производимой из термоэластопласта и включающей в себя изготовленные зацело корпус 1, диафрагму 2, воротник 3, первый 4 и второй 5 фланцы. Корпус 1 выполнен в виде равнотолщинной содержащей первый и второй противолежащие концы цилиндрической трубы контур поперечного сечения которой образован на трех четвертях своего периметра радиусной линией кругового контура и на одной четверти периметра хордой этого кругового контура. Диафрагма 2 выполнена в виде расположенной со стороны первого конца корпуса 1 равнотолщинной выгнутой в сторону первого конца корпуса 1 перегородки. Первый фланец 4 выполнен в виде простирающегося за пределы корпуса 1 расположенного со стороны первого конца корпуса 1 замкнутого пояса. При этом, первый фланец 4, диафрагма 2 и расположенная между ними часть первого конца корпуса 1 расположены с образованием оболочки обращенные в сторону первого и второго концов корпуса 1 поверхности которой суть поверхности шаровых сегментов центральные углы которых равны 30 градусам. Заглушка выполнена содержащей изготовленные заедино с корпусом 1 и диафрагмой 2 радиальные ребра 6 жесткости, расположенные между внутренней поверхностью корпуса 1 и обращенной в сторону второго конца корпуса 1 поверхностью диафрагмы 2. Второй фланец 5 расположен со стороны второго конца корпуса 1 на удалении от первого фланца 4. Второй фланец 5 выполнен в виде простирающегося за пределы корпуса 1 замкнутого, с поперечным сечением в виде треугольника, пояса обращенная в сторону первого конца корпуса поверхность которого расположена нормально к образующей корпуса. Воротник 3 образован сформированным в виде замкнутого пояса выступом, с поперечным сечением в виде полукруга, расположенным по периферии первого фланца со стороны второго конца корпуса 1. Воротник 3 содержит контактную часть, образованную выступающей в сторону второго конца корпуса 1 радиусной поверхностью воротника 3. При этом, контактная часть воротника 3 выполнена таким образом, сто средний радиус кольцевого сектора дуги которого вписаны в контур ортогональной проекции воротника 3 на перпендикулярную к продольной геометрической оси корпуса 1 плоскость в 1,2...1,5 раза больше радиуса кругового сектора дуга которого вписана в полупериметр контура, образованного ортогональной проекцией внешней образующей корпуса 1 на перпендикулярную к продольной геометрической оси корпуса 1 плоскость. Первый фланец 4 выполнен с толщиной поперечного сечения h равной λ(PK/δ), где
1
λ - безразмерный коэффициент, величина которого равна 8...10,
п
2
δ - условный предел пропорциональности при растяжении материала, из которого изготовлена заглушка, (н/мм),
1
K - безразмерный коэффициент, величина которого равна 1,1...1,25,
2
3
п
1
2
Р - Расчетная масса заглушки (кг.). При этом, первый фланец 4 и воротник 3 выполнены таким образом, что расстояние L между двумя контурами на корпусе 1 заглушки, один из которых образован пересечением образующих наружной поверхности корпуса 1 и обращенной в сторону второго фланца 5 поверхности первого фланца 4, а другой ортогональной проекцией выступающей в сторону второго конца корпуса 1 кромки контактной части воротника 3 на корпус 1 равно КАλδ/KhE, где
А - средний радиус кольцевого сектора дуги которого вписаны в полупериметр контура ортогональной проекции воротника 3 на перпендикулярную к продольной геометрической оси корпуса плоскость, (мм),
2
К - безразмерный коэффициент, величина которого равна 0,3...0,5,
3
λ - безразмерный коэффициент, величина которого равна 0,2...0,3,
2
Е - условный модуль упругости при растяжении материала, из которого изготовлена заглушка, (н/мм).
Работа заглушки по полезной модели поясняется следующим:
Из литературы известно, что термопластичные материалы под нагрузкой ведут себя как вязкоупругие вещества, а их деформация является суммой трех слагаемых: упругой деформации, высокоэластичной деформации и деформации вязкого течения (ползучестью). Соотношения между составными частями деформации зависят как от структуры полимера, так и от скорости деформирования, времени приложения нагрузки и, по меньшей мере, температуры. Если рассмотреть диаграмму растяжения (нагрузка-деформация) любого из термопластичных материалов можно выделить три участка; начальный участок (упругая деформация) - возрастание удлинения происходит пропорционально приложенной к образцу нагрузке, после разгрузки образец имеет свои первоначальные размеры; второй участок (высокоэластичная деформация) - дальнейшее деформирование образца под действием возрастающей нагрузки происходит также пропорционально последней, график разгрузки не совпадает с графиком нагружения, появившаяся остаточная деформация исчезает по истечении какого-то отрезка времени; третий участок (пластическая деформация) - характеризуется появлением, после снятия с образца нагрузки, остаточной, устойчивой вследствие изменения структуры полимера, деформации. Совершенно очевидно, что для задания геометрических размеров заглушки, устанавливаемой впоследствии в предназначенное для глушения отверстие,
выполненное в листовом материале (в панели кузова автомобиля) фактор времени является определяющим, следовательно условием длительной эксплуатации устанавливаемой в отверстие заглушки является ограничение внутренних напряжений в элементах заглушки, преимущественно воротника и первого фланца, величиной предела пропорциональности для выбранного материала. При этом, с точки зрения снижения себестоимости заглушки, материалоемкость последней должна быть минимизирована. Интервал между первым 4 и вторым 5 фланцами заглушки определен толщиной детали (листового материала) в которой выполнено заглушаемое отверстие и геометрическими параметрами воротника 3 и первого фланца 4.
При введении второго конца корпуса 1 заглушки в отверстие (не показано) второй фланец 5 заглушки и корпус 1, под воздействием монтажного усилия и сил реакции кромок отверстия, сжимаются с образованием гофр, затем второй конец корпуса 1 и второй фланец 5 входят в отверстие. При дальнейшем продвижении заглушки, контактная часть воротника 3 приходит в соприкосновение с прилежащей к ней поверхностью кузова (не показан), прилежащая к корпусу 1 часть первого фланца 4 начинает прогибаться в сторону второго конца корпуса 1 (в сторону движения заглушки), а его периферийная часть одновременно смещаться в противоположную сторону. При выходе второго фланца 5 с обратной стороны детали (кузова, не показан), последний, совместно с частью корпуса 1 со стороны его второго конца возвращается в исходное состояние. Расположенная между первым и вторым фланцами часть корпуса заглушки располагается в отверстии. Контактная часть воротника 3 и обращенная в сторону первого конца корпуса 1 поверхность второго фланца 5 оказываются прижатыми к соответствующим поверхностям панели кузова (листа) с усилием, обусловленным геометрическими размерами первого фланца 4, величиной интервала между первым 4 и вторым 5 фланцами и толщиной панели кузова (листа) в месте расположения заглушаемого отверстия. При этом, при выполнении первого фланца и воротника заглушки с геометрическими размерами в соответствии с предложенными зависимостями, при выполнении второго фланца в соответствии с предложенной моделью, при выполнении условия равнотолщинности сечений заглушки (для исключения утяжек при изготовлении методом литья) можно получить малогабаритную в продольном отношении, с небольшой материалоемкостью заглушку корпус 1 которой, практически, можно рассматривать как нерастягивающийся стержень, второй фланец 5 как жесткую заделку нерастягивающегося стержня, первый фланец 4 как жесткую кольцевую пластинку, нагруженную по замкнутому контуру, воротник 3 как работающий, преимущественно, на сжатие упругий элемент, нагруженный
распределенной вдоль продольной геометрической оси воротника, преимущественно, нормальной к поверхности панели кузова (листа) нагрузкой. Таким образом, заглушка по полезной модели обладает приближающимися к решению по патенту US 4588105 достоинствами (растягивающие в плоскости листа напряжения и напряжения кручения минимальны), присущие же решениям по патентам US 4588105, US 4801040, US 4760935 недостатки (значительные растягивающие в плоскости листа напряжения и увеличенный продольный габарит) нивелированы. Изготовление заглушки из термоэластопласта позволяет осуществить практически полный ее рециклинг при завершении срока жизни автомобиля. Выполнение первого фланца 4 и воротника 3 заглушки с геометрическими размерами в соответствии с предложенными зависимостями позволяет получить заглушку с минимально необходимыми и достаточными, с точки зрения работоспособности, параметрами.