CN110998107A

CN110998107A - 一种主动锁闭紧固件

Info

Publication number: CN110998107A
Application number: CN201880053282.8A
Authority: CN
Inventors: 穆罕默德·阿布-铪利玛; 罗伊克·梅弗尔
Original assignee: LISI Aerospace SAS
Current assignee: LISI Aerospace SAS
Priority date: 2017-06-15
Filing date: 2018-06-14
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2038-06-14
Also published as: FR3067767A1; CA3066170A1; CN110998107B; US11448253B2; EP3638910B1; WO2018229444A1; EP3638910A1; US20200149580A1; FR3067767B1

Abstract

本发明涉及一种主动锁闭紧固件，包括：‑螺丝（1），所述螺丝在螺纹部分（12）上具有径向孔（120）；‑螺母（2），具有夹持部分（21）；‑盖子（3）；‑销钉（4）。盖子（3）具有旨在覆盖螺纹部分（12）的锁闭部分（31）和旨在与螺母（2）的夹持部分（21）啮合的紧固部分（30）。所述盖子的锁闭部分（31）具有至少一对沿直径相对的开口（32），其适于允许一对开口（32）与径向孔（120）对准，以允许将销钉（4）插入到上述径向孔和开口中，从而无论螺母（2）相对于螺丝（1）的相对位置如何，都能将紧固件锁定。本发明还涉及实现本发明的紧固件的方法。

Description

一种主动锁闭紧固件

技术领域

本发明属于机械紧固件领域，具体涉及一种主动锁闭紧固件。

背景技术

通过螺纹紧固件结构系统来进行固定，在使用过程中很容易产生紧固件松动问题，这种问题通常是由于振动造成的。主动锁闭装置能用于解决此类问题。

目前可以使用制动线来防止因振动而产生的紧固件松动问题。此类制动线的缺点在于，无法充分限制紧固件的松动范围。

美国专利申请US 5 360 303公开了一种用于将螺母锁闭在螺丝上的装置。所述装置包括布置在螺母上的盖子，以及通过径向孔横穿螺丝的螺纹部分。布置在盖子周围的孔，能在径向孔和盖子孔对齐之后，通过二孔插入销钉。

在配置中，盖子相对于螺母的相对位置，会限定其数量，数量取决于盖子形成的齿状部数量，从而能与螺母顶端相结合。所述解决方案的缺点在于，尽管盖子相对于螺母的数量在增加，但是在安装完紧固件之后，通常无法根据螺母的位置，将径向孔与盖子的其中一个孔对齐。因此，需要重新紧固螺母，以便于能将销钉放入盖子和径向孔内，因此，无法采用标称力矩来紧固螺母。

发明内容

本发明旨在解决现有技术存在的问题。

本发明涉及一种盖子，用于与螺母接合，和用于接收销钉。所述螺母包括角周期为θ的夹持部分，所述夹持部分沿着所述螺母主轴旋转，所述盖子基本上围绕一个主轴旋转，所述盖子包括：

-位于一个第一端的紧固部分，所述紧固部分确定与凹槽相对应的内表面，所述凹槽用于与螺母夹持部分啮合，从而使得当所述盖子位于所述螺母上时，所述螺母的主轴基本上与所述盖子的主轴重合；

-位于一个第二端的锁闭部分，所述锁闭部分的侧壁至少具有一对穿透的开口，所述开口适于接收所述销钉，所述的一对开口沿着所述一对开口中心确定的方向，围绕所述盖子的主轴对称布置，所述开口具有类似尺寸，其具有沿所述盖子的主轴方向的高度h，其具有根据角扇区

来确定的长度，所述角扇区用于使得所述销钉矩形部分在所述一对开口的任何一个中进行运动，所述开口位于所述盖子的主轴上的基本相同高度的位置；

所述紧固部分和所述锁闭部分需进行固定并连为一体，所述盖子的特征在于，所述角扇区

等于：

其中N为开口对的个数。

在一个实施例中，所述锁闭部分至少包括两对开口，每对开口均应按照如下方式进行布置：

-对于所述成对的每对开口，当所述盖子被安装到所述螺母上时，无论所述盖子处于哪个位置，一对开口均覆盖同一个且唯一一个呈基本角扇区和具有角幅度θ的部分，所述部分与所述螺母的夹持部分的基本轮廓部分相连；

-所述对数开口中的一半开口覆盖的角扇区的部分构成了一个集合，该集合覆盖了整个所述基本角扇区。

在一个实施例中，所述开口为切口。

在一个实施例中，所述开口为长方形孔。

在一个实施例中，所述紧固部分和锁闭部分通过连接部分进行相互连接。

在一个实施例中，所述盖子包括托盘，所述托盘用于将所述盖子封闭在所述第二端。

本发明还涉及一种主动锁闭紧固件，包括：

-螺丝，该螺丝具有螺纹部分，所述螺纹部分包括横穿所述螺纹部分的径向孔；

-螺母，专门用于安装在所述螺丝上，所述螺母包括夹持部分，所述夹持部分的外表面可在水平面限定一个齿廓，该齿廓具有围绕所述螺母的主轴的角周期θ；

所述紧固件的特征还包括：

-本发明所述的盖子，所述锁闭部分内部具有规定尺寸，以便于能放置超出所述螺母尺寸的所述螺丝的自由端，所述盖子此外还用来与所述螺母的夹持部分相啮合，所述紧固部分的内表面形成与所述夹持部分齿廓互补的腔体，所述角扇区等于在所述齿廓内具有所述角周期的部分；

-呈直线形的销钉，其用于在所述径向孔和所述开口对齐之后，插入所述盖子的一对开口内，以及插入所述螺丝所述的径向孔内，从而能锁闭所述紧固件。

在一个实施例中：

-所述螺母为十二角螺母，可确定出在角周期为30°时十二个顶点的星形齿廓；

-所述盖子包括两对开口；

-所述角扇区

等于15°；

在一个实施例中，销钉包括一对曲线，能与所述盖子锁闭部分外表面匹配，从而能固定已安装好的所述销钉。

在一个实施例中，所述销钉为弹簧销。

在一个实施例中，周壁的所述第一部分的最小径向尺寸大于所述螺丝所述螺纹部分的最大径向尺寸。

本发明还涉及到一种使用本发明所述的主动锁闭紧固件的使用方法。本发明所述的使用方法包括如下步骤：

-将螺丝插入事先在结构系统上钻好的孔内，以固定好所述系统，所述结构系统由结构件组成；

-施加紧固力矩，将所述螺母安装到所述螺丝上；

-将所述盖子安装在所述螺母夹持部分上；

-如果径向孔未与所述盖子的一对开口对齐，则沿着纵向方向取出所述盖子，在指定的旋转方向上，围绕其主轴旋转，以等于角周期θ的角度旋转所述盖子，然后重新安装好盖子；

-对齐所述开口和所述径向孔，将所述销钉插入所述开口和所述径向孔内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例的参考附图。

图1A为根据本发明所述的主动锁闭紧固件绘制的等距视图，在本发明的实施例中，当盖子具有两对开口时，所述紧固件可用于固定结构系统。

图1B为等距视图，包含沿着图1A所介绍实施例中锁闭装置平面(OYZ)纵切割的剖面图。

图2为十二角螺母的俯视图。

图3为沿着图1A所示实施例中盖子锁闭部分长方形孔中心水平面所做的盖子截面图。

图4为被分属于两对不同开口的两个开口覆盖的角扇区，在所示的实施例中，盖子具有两对开口。

图5为沿着中心平面做切割的盖子的剖面图。

图6a、6c、6e和6g为在与螺丝相对的不同螺母方向上沿着螺丝和螺母水平面切割的剖面图。

图6b、6d、6f和6h为沿着盖子锁闭部分长方形孔中心水平面所作的剖面图。

图7a-7c为依据本发明所述的紧固件各种部件之间的安装间隙。

图8为沿着盖子锁闭部分长方形孔中心水平面所作的盖子截面图；在所述实施例中，盖子只有一对开口。

图9为沿着盖子锁闭部分长方形孔中心水平面所作的盖子截面图；在所述实施例中，盖子具有三对开口。

图10为盖子的等距视图；在所述实施例中，盖子的开口为切口。

这些附图为所建议的原理图，方便更好地理解本发明内容，无需按比例进行绘制。

具体实施方式

在本说明书中，术语“水平”和“垂直”应参考附图中部件的配置以及相关的正交坐标系(O、X、Y、Z)来进行解释。

“垂直”方向根据轴(OZ)的方向给出。

平行于该平面(OXY)的平面为“水平”平面，并且该平面的所有轴线都处于水平方向。

在整个说明书中，角度以单位度来表示。

如图1A和1B所示，紧固件包括螺丝1和螺母2，两个结构部件相互固定，从而形成结构系统5。

螺丝1沿纵轴△延伸，并具有螺丝头10、螺体11以及被径向孔120穿过的螺纹部分12，所述径向孔的轴线A₁是割线，并且垂直于纵轴△。径向孔120位于螺丝1部分，安装好螺母2之后，会超出背对结构系统5一侧的螺母2，并位于螺丝1一端附近，比如，与另一端的距离为1mm至1cm。径向孔120具有相应截面，这样从理论上来说，可让圆形截面的圆柱形销钉杆通过。

安装好螺丝1之后，施加标称紧固力矩，将螺母2安装到所述螺丝的螺纹部分12上，从而能在规定的预压力下，采用螺丝1和螺母2来让结构系统5的结构件相互固定。

螺母2包括一个底座20，与结构系统5相接触，以及包括一个夹持部分21，用于施加紧固力矩，例如，采用具有与所述夹持部分形状互补的套筒的工具来施加紧固力矩。

如图2所述，夹持部分21具有规定的外表面，在水平面上，具有含十二个顶点的星形齿廓P，在图中以粗实线表示。所述齿廓围绕轴线旋转，具有角周期θ，安装好螺母2之后，所述轴线基本上能与纵轴△重合。在如图所示的实施例中，螺母2为十二角螺母，所述齿廓的角周期为30°。

将螺母2紧固到螺丝1上之后，本发明所述的盖子3可从顶部安装在螺母2和螺丝1上。

如图3和图5所示，盖子3包括位于一个第一端的紧固部分30以及位于一个第二端的锁闭部分31。

紧固部分30和锁闭部分31，在必要时通过连接部分34相互进行牢固连接。

盖子3可确定出绕主轴线旋转的大致中空的形状，安装上盖子之后，主轴基本上与螺丝1的轴线△重合。

紧固部分30可确定出内表面范围，该内表面与螺母2凹槽相对应，该凹槽用于放置所述盖子。此外该内表面，具有指定的外观和尺寸，以便于紧固部分30不仅能与螺母夹持部分21相结合，而且还能让盖子3围绕无法布置在接合位置的螺母2旋转。在无法旋转的情况下，必须在不损坏盖子的前提下在所需角距离范围内或者不可避免的角距离范围内能安装盖子，并考虑盖子3和螺母2的制造允差。

例如，紧固部分30内表面与螺母夹持部分21外表面形状互补。

可以更改围绕螺纹部分12和夹持部分21组成的系统旋转的盖子3的配置方式：在所述实施例中，可以通过垂直移除所述盖子，再让所述盖子围绕纵轴△旋转一次或多次，在角距离等于30°且夹持部分21齿廓P内角周期为θ的情况下，垂直地更换盖子3。在附图所示的实施例中，在齿廓P的角周期内，可能存在十二个位于螺母2上的盖子3位置；可根据给定的原始角度位置，在给定的旋转方向上或者其他旋转方向上，以30°的角距离(或以θ°的角距离)将盖子3连续旋转十一次。

锁闭部分31可确定出内部区域，由所述锁闭部分侧壁确定出的尺寸，需进行定义，以便在安装好螺母2之后可放置螺丝1的自由端。

在优选实施例中，锁闭部分31的内部呈圆柱形，具有圆形截面和主轴；其直径大于螺丝1螺纹部分12的最大直径；比如，所述螺纹部分的最大直径需要加上一个间隙，以便于能在不承受任何作用力，且不损坏盖子或者螺丝1螺纹的前提下来放置盖子。

在如图所示的实施例中，锁闭部分31包括托盘33，用于将锁闭部分31封闭在第二端，以便于固定盖子3或者密封紧固件。所述托盘33为备选件，锁闭部分31内部可以打开。

此外，如图3所示，锁闭部分31的侧壁包括两对穿透的开口32(比如可以为孔或者切口)。沿着所考虑的成对数量的开口中心位置所在的方向，围绕主轴对称布置成对的开口。因此，第一对开口可确定出轴线A₂所在的第一个方向，第二对开口可确定出轴线A₃所在的第二个方向。

此外，开口32全部位于基本上与主轴等高的区域，轴线A₂和轴线A₃形成角

在如图所示的实施例中，

等于75°，从而保证两个相邻开口32中间具有足够的区域。因盖子材质的缘故，该角度可以取下文中所述的其他数值。在本实施例中，所有开口在主轴所在方向，均具有相似的尺寸和相似的高度h，以及具有沿着中心水平面的角扇区

确定出的长度。需采用匹配的开口32尺寸，以便能放入销钉4的矩形部分。可根据如下关系式，参照螺母2夹持部分21周期性齿廓P内的角周期θ来确定角扇区

在附图中所示的实施例中，开口32为长方形孔。角周期θ等于30°，角扇区

等于15°。因此，两个相邻的开口32可覆盖螺母一角的相同角扇区。

当盖子3被安装到螺丝1螺纹部分12上以及螺母2夹持部分21上时，销钉4的矩形部分可穿过径向孔120以及两个开口32，所述两个开口在同一对开口内完全相对，销钉4曲线部分则靠在盖子3第二部分的外表面上，从而保证能将所述销钉固定在所述盖子上。曲线部分具有匹配的外观，以便能与盖子3的外表面相结合。优选地，所用销钉为弹簧销。

为了将销钉4插入盖子3内，径向孔的轴线A₁需要基本上与每对开口的其中一条轴线A₂或A₃重合，也就是说，由轴线A₁和A₂或A₃其中一条轴线形成的角度，需小于或等于角扇区

在所述实施例中，等于θ/2。

按照如下方式来选择被开口32覆盖的角扇区

以及选择位于两对开口32之间方向上的角度

无论盖子位于螺母哪个位置，且无论制造允差为多少，第一对开口，其第一角扇区

通常情况下，位于螺母2其中一角所在的同一个第一半周期15°所在的平面上；第二对开口32，其第二角扇区

通常位于螺母一角的同一个第二半周期15°所在的平面，并且会覆盖同一轮廓的不同部分，两个半周期会覆盖周期为θ的螺母一角。

图4给出了与螺母2夹持部分21相关的盖子3开口32的相对位置。在围绕螺母2旋转的盖子3的初始配置中，在如图4所示的实施例中，15°的角扇区

可以覆盖插入第一对开口32中的销钉4，所述开口与轴A₂相连，角度区域15°与齿廓P内的基本外观的第一半角周期相对应，比如，其中包括螺母其中一个角的顶点。15°的第二角扇区

与基本外观的第二半角周期相对应，比如，其中包括螺母其中一个角的空心部分。

因此，在对盖子3进行相应的旋转之后，有可能让盖子处于这样一种位置：无需改变螺母相对于螺丝径向孔的位置，便可让轴线A₁和A₂或A₃其中一条轴线对齐。被孔32覆盖的角扇区

以及位于两对孔32之间方向上的角度

则可以位于盖子3位置，这样无论螺丝1径向孔120相对于螺母2的位置如何，均能插入销钉4的矩形部分。

需要注意的是，这种推论对于角度

的其他值也有效，比如45°、105°或135°。这些值对应的是半角周期θ/2的奇数整数倍，且不等于1。在所述实施例中，以30°的角距离，分别旋转一次、三次或四次，可以覆盖指定的基本角扇区。

图6a至图6d给出了盖子3相对于销钉4的极限位置，适用于螺丝1和螺母2之间形成的角度，角度变化范围为-7.5°至7.5°，该角度可定义为径向孔120轴线A₁和水平轴之间的角度，可切割轴线△，并被夹持部分21的参考点M穿过。所述第一个取值范围完全被第一对开口32覆盖。

图6e至图6h给出了盖子3相对于销钉4的极限位置，适用于螺丝1和螺母2之间形成的角度，角度变化范围为7.5°至22.5°。第一对开口32无法覆盖第二个取值范围。因此，盖子3只能旋转一个角距离，以便于第二对开口32能基本上与径向孔120对齐。第二对开口32覆盖了第二个取值范围；因此30°的范围已被覆盖。因此，根据夹持部分21齿廓内的周期，无论螺母2相对于螺丝1的方向如何，均可安装盖子3。

盖子3可以锁闭螺母2，销钉4能锁闭螺丝1和盖子3。本发明所述的锁闭装置，可以主动锁闭紧固件。盖子3和销钉4可以用来尽量限制螺母2相对于螺丝1的松动范围。

如图7a-7c所示，在安装本发明所述的紧固件时，存在固有的间隙。图7a给出了螺母2和盖子3之间现有的最大角度间隙。图7b给出了销钉4和盖子3之间现有的最大间隙。图7c给出了销钉4和螺丝1之间现有的最大间隙。

实际上，因为存在这些间隙的缘故，本发明所述的紧固件，其最大松动范围约为27°。该最大松动范围，对应的是约9％的最大预应力损耗。最大预应力损耗可以理解为在紧固件最悲观的松动状态下的预应力损耗，也就是最大松动范围。

需要注意的是，该推论内容并不仅限于实施例范围，而是可以延伸至其角周期θ严格小于90°的夹持部分21的所有齿廓P。本发明的优点在于，能对紧固件进行主动锁闭，无需在安装时修改螺母2的标称紧固作用力，以便径向孔120能与盖子3的开口32对齐。

同样地，通常情况下，该推论内容适用于成对开口32的对数N大于或等于1的切口，角扇区

则等于：

角度

其中p为整数，其取值范围为1至N-1，第一对开口32所在方向和一对参考开口方向之间的夹角取值为：

-对于所述成对的每对开口32，当盖子3被安装到螺母2上时，无论所述盖子处于哪个位置，一对开口32均覆盖同一个且唯一一个呈基本角扇区和具有角幅度θ的部分；所述部分与螺母2夹持部分21的基本轮廓部分相连。

为满足这两项条件，比如，成对的每对开的两个方向之间的夹角需具有如下外观：

其中，1≤P≤N-1

需要注意的是，除非两对开口中有一对开口为多余开口，否则不得采用可乘以角周期θ的角度将两对开口分开，因为两对开口需要和基本角扇区内的同一部分相连。

比如，成对开口32的对数可以如图8所示，等于1。

如图9所示，在盖子3具有3对开口的情况下，成对开口32的对数同样可以大于或等于3。在该实施例中，角周期θ等于30°；角扇区

等于10°。第一对开口32，被一对角度

等于40°的参考开口分开。第二对开口，被角度

等于110°的所述那一对参考开口分开。

如图10所示，开口32同样可以为切口。

Claims

1.一种盖子(3)，用于与螺母(2)接合，和用于接收销钉(4)，所述螺母包括角周期为θ的夹持部分(21)，所述夹持部分沿着所述螺母主轴旋转；所述盖子基本上围绕一个主轴旋转，所述盖子包括：

-位于一个第一端的紧固部分(30)，所述紧固部分确定与凹槽相对应的内表面，所述凹槽用于与螺母(2)夹持部分(21)啮合，从而使得当所述盖子(3)位于所述螺母上时，所述螺母的主轴基本上与所述盖子的主轴重合；

-位于一个第二端的锁闭部分(31)，所述锁闭部分的侧壁至少具有一对穿透的开口(32)，所述开口(32)适于接收所述销钉(4)；所述的一对开口沿着所述一对开口中心确定的方向，围绕所述盖子的主轴对称布置；所述开口(32)具有类似尺寸，其具有沿所述盖子的主轴方向的高度h，其具有根据角扇区

来确定的长度，所述角扇区用于使得所述销钉(4)矩形部分在所述一对开口的任何一个中进行运动，所述开口(32)位于所述盖子的主轴上的基本相同高度的位置；

所述紧固部分和所述锁闭部分需进行固定并连为一体；所述盖子的特征在于，所述角扇区

等于：

其中N为成对的所述开口的对数。

2.根据权利要求1所述的一种盖子(3)，其特征在于：所述锁闭部分(31)至少包括两对开口(32)，每对开口(32)均应按照如下方式进行布置：

-对于所述成对的每对开口，当所述盖子被安装到所述螺母(2)上时，无论所述盖子处于哪个位置，一对开口(32)均覆盖同一个且唯一一个呈基本角扇区和具有角幅度θ的部分，所述部分与所述螺母(2)的夹持部分(21)的基本轮廓部分相连；

3.根据权利要求1或2所述的一种盖子(3)，其特征在于：所述开口(32)为切口。

4.根据权利要求1或2所述的一种盖子(3)，其特征在于：所述开口(32)为长方形孔。

5.根据前述任一项权利要求所述的一种盖子(3)，其特征在于：所述紧固部分(30)和所述锁闭部分(31)通过连接部分(34)进行相互连接。

6.根据前述任一项权利要求所述的一种盖子(3)，其特征在于：其包括托盘(33)，所述托盘用于将所述盖子封闭在所述第二端。

7.一种主动锁闭紧固件，包括：

-螺丝(1)，所述螺丝具有螺纹部分(12)，所述螺纹部分(12)包括横穿所述螺纹部分的径向孔(120)；

-螺母(2)，专门用于安装在所述螺丝(1)上，所述螺母包括夹持部分(21)，所述夹持部分的外表面可在水平面限定一个截面(P)，所述截面具有围绕所述螺母的主轴的角周期θ；

所述紧固件的特征在于，还包括：

-根据权利要求1至6中任一项的所述盖子(3)，所述锁闭部分(31)内部具有规定尺寸，以便于能放置超出所述螺母(2)尺寸的所述螺丝(1)的自由端，所述盖子此外还用来与所述螺母(2)的夹持部分(21)相啮合，所述紧固部分(30)的内表面形成与所述夹持部分(21)齿廓(P)互补的腔体，所述角扇区等于在所述齿廓(P)内具有所述角周期的部分；

-呈直线形的销钉(4)，其用于在所述径向孔和所述开口对齐之后，插入所述盖子(3)的一对开口(32)内，以及插入所述螺丝(1)所述的径向孔(120)内，从而能锁闭所述紧固件。

8.根据权利要求7所述的一种主动锁闭紧固件，其特征在于：

-所述螺母为十二角螺母，可确定出在角周期为30°时十二个顶点的星形齿廓(P)；

-所述盖子(3)包括两对开口(32)；

-所述角扇区

等于15°；

-所述各对开口(32)之间的角距离

等于75°。

9.根据权利要求7或者8所述的一种主动锁闭紧固件，其特征在于：所述销钉(4)包括一对曲线，能与所述盖子(3)的锁闭部分(31)外表面匹配，从而能固定已安装好的所述销钉。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的一种主动锁闭紧固件，其特征在于：所述销钉(4)为弹簧销。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的一种主动锁闭紧固件，其特征在于：所述周壁(31)的所述第一部分的最小径向尺寸大于所述螺丝(1)的所述螺纹部分(12)的最大径向尺寸。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的一种主动锁闭紧固件的一种使用方法，其特征在于：其包括如下步骤：

-将所述螺丝(1)插入事先在结构系统(5)上钻好的孔以固定好所述系统，所述结构系统由结构件组成；

-施加紧固力矩，将所述螺母(2)安装到所述螺丝上；

-将所述盖子(3)安装在所述螺母(2)的夹持部分(21)上；

-如果所述径向孔(120)未与所述盖子(3)的一对开口(32)对齐，则沿着纵向方向取出所述盖子(3)，在指定的旋转方向上，在围绕其主轴，以等于角周期θ的角度旋转所述盖子，然后重新安装好所述盖子(3)；

-对齐所述开口(32)和所述径向孔(120)，将所述销钉(4)插入所述开口和所述径向孔内。