CN1296630C - 盲板紧固器和驱动螺母组件 - Google Patents

Abstract

一种具有改进驱动螺母(50)的盲板紧固器(10)。该紧固器包括螺栓(20)、套管(30)、螺母(40)和驱动螺母(50)。本发明的改进的驱动螺母具有与螺母头(44)上的驱动凹槽(46)精确配合的凸出部(56)。一当组装盲板紧固器后，该驱动螺母(50)将与螺母(40)的头部啮合，从而防止任何相对转动。

Description

盲板紧固器和驱动螺母组件

发明背景

本发明涉及用于将面板和平板部件固定在一起的盲板紧固器，具体涉及改进的驱动螺母组件。

盲板紧固器通常用来将两个平板部件固定在一起，该平板部件中一个平板部件的下侧面(盲板侧面)不能接近。这种固定器在飞机和航天运载组件中具有广泛的运用。由于在这些环境中受到震动和经受声振疲劳，所以需要形成一种具有经久强度和可靠性的紧固器。

以前所用的本发明将对其改进的盲板紧固器包括：(1)螺栓；(2)套管；(3)螺母；(4)驱动螺母。美国专利No.4772167和4747202公开了过去所用盲板紧固器的例子。一般地讲，该螺栓具有外螺纹表面，该外螺纹表面可使套管、分别具有内螺纹的螺母和驱动螺母套在该螺栓上。该盲板紧固器插入到要固定在一起的平板部件的准直孔中，在完成安装后，该套管和螺母便使平板部件固定在一起。

该螺栓的形状为长的螺纹螺栓，在螺栓的一端上具有加大的头，而在头的相对端切削的两个平部分是拧紧平面，该拧紧平面在组装和安装盲板紧固器时可使工具转动该螺栓。该螺栓在螺纹部分的预定位置具有易脆裂的槽，该槽的直径加工成小于外螺纹的小直径。此种易脆裂槽的作用是防止在安装期间产生过大的转矩和/或套管的过份翻转，该槽起着断裂作用。当达到一定安装负载时，该易脆裂槽首先通过降低扭转剪力然后与组件断开而可防止过载。

该套管为圆筒形，用有延性的材料制作。该套管的作用在安装时使其径向膨胀，并紧压在平板部件的盲板侧面上。该螺母为圆筒形，类似于埋头螺栓或头突出的螺栓，只是该螺母从上到下均具有内螺纹，而在该头的顶部上具有驱动凹槽。另外，在该螺母上沿其直径形成小凹部，以便在螺栓上形成摩擦作用，一旦装上紧固器后便可防止该螺栓松开。

该驱动螺母类似于传统的六角螺母，其内螺纹与螺母相同。在驱动螺母的一个端部是倒角的，该倒角从外部六角形开始，结束于预定的平底镗孔，该平底镗孔的直径大于内螺纹的直径。另外，该驱动螺母具有由延性材料组成的环行脊部，该驱动螺母可使该环行脊部形变，进入螺母头或螺母的凹槽中。

过去所用盲板紧固器的组装过程包括将套管套在螺栓上，直至它靠着螺栓头，随后将螺母拧在螺栓上，直至它压着套管。然后在螺母的外壁上用物理形变方法形成小凹坑，这种物理形变方法使一些螺母材料紧压在内部螺栓上，以防止松开。然后将驱动螺母拧在螺栓上，直至该驱动螺母顶着螺母的头。利用一种工具可以完成盲板紧固器的安装操作，该工具适合于使驱动螺母停止不动，并同时套在螺栓的切削的平部分上。该工具可防止驱动螺母转动，但同时可使螺栓转动。当螺栓转动时便使套管移向平板部件的盲板侧面。有延性的套管随后顶着平板部件，并开始形变，直径加大。在此同时，在盲板紧固器组件相对端部的驱动螺母的环行脊部开始形变，被压平而压在螺母头上。当扭转负载和加压负载增加时，可形变驱动螺母的环形脊部在压入螺母头的凹槽前便开始转动，转动角度大到180度，这可以从螺母头上的标志和部件上的斑点看出来。

驱动螺母起“防松”螺母的作用，因为，该螺母受迫形变，使其紧压在螺母头上，以防止螺母转动。在一定的扭转负载和加压负载时，该螺栓便停止转动，易脆裂的槽破裂，从而使驱动螺母和螺栓的其余部分脱落。

现时所用盲板紧固器的问题起源于可形变的驱动螺母，该盲板紧固器不能获得最佳的安装性能和可靠性，因为该可形变驱动螺母可以产生不需要的转动和“防松螺母”作用。可形变驱动螺母在该驱动螺母的环形脊部形变而压入螺母头的凹槽时，便在该螺母的头上转动。这种形变过程使得螺母转动，并在螺母头上形成伤斑或造成擦痕。这种结果不仅可以明显看出来，而且使螺母的防腐特性变坏，使螺母头下的镀层损坏，并使螺母的啮合区域损坏。最后，可形变驱动螺母“防松螺母”作用，使要求的安装负载产生很大的变化，这样便导致螺栓过早地破裂，并使得套管材料形变引起的直径增大的量不一致，因此损坏了盲板紧固器的整体性。

所以一直需要一种盲板紧固器，这种盲板紧固器具有可以与螺母头牢固啮合的不形变的驱动螺母，这样便可以消除螺母的转动，以及防止产生由于不需要的转动和“防松螺母”作用造成的所有问题。

发明概要

本发明目的在于提供一种具有改进驱动螺母和组装方法的盲板紧固器。本发明的盲板紧固器包括螺栓、套管、螺母和驱动螺母。本盲板紧固器的螺栓、套管和螺母类似于上述先前所用盲板紧固器的这些部件。本发明的改进涉及一种新结构的驱动螺母和盲板紧固器的新的组装方法。这种新驱动螺母和组装方法由于消除了与驱动螺母受迫形变而压入螺母头有关的不一致性而显著提高了该盲板紧固器的可靠性。

本发明的新驱动螺母具有与螺母头上凹槽精确配合的突出部。该新驱动螺母的突出部不形变，其作用是取代用在先前驱动螺母组件中的可形变环形脊部。该突出部的结构和螺母头上的凹槽虽然具有很多形式，但是只要这些部件能够很好的匹配即可。这些突出部形成在驱动螺母的一个端部上，并且可以进行充分的啮合，可以承受任何安装扭转负载。一当完成盲板紧固器的新的组装过程，该驱动螺母便与螺母头啮合，由此可以在将该盲板紧固器装入到要固定的平板期间防止螺母的任何转动。

包括新驱动螺母的盲板紧固器的组装方法也不同于先前所用的方法。这种组装方法包括将套管套在螺栓的螺纹上，使其达到靠着螺栓头的位置，然后将螺母局部地拧在该螺栓上，直至螺母大头区域内的内螺纹已完全拧在该螺栓上。随后使新驱动螺母的突出部与螺母头上的啮合凹部对准并进行啮合。随后，转动这种啮合的驱动螺母和螺母，这样便使驱动螺母和螺母在物理上紧锁在一起并作为一个单一的单元拧在螺栓上。一当螺母邻接套管时，便定位螺栓、套管、螺母和驱动螺母，并在螺母上形成小凹坑，由此可完成组装。这种形成为小凹坑的过程使得螺母外表面上发生小的物理形变，这种形变使少部分的螺母材料紧压在内螺纹上，由此可以产生充分的摩擦力，防止松动。

一当完成新的组装操作，便将具有新驱动螺母的盲板紧固器装入到要紧固的平板部件上，方法是利用一种类似于先前公开的盲板紧固器所用的装置。即一种工具，这种工具可以保持驱动螺母不动，而在同时可转动螺栓，以便使套管紧压着平板部件盲板侧面而发生形变，从而使平板部件紧固在螺母和套管之间。

在安装期间，当套管发生形变而紧压在平板部件的盲板侧面时，该驱动螺母不会形变而压入螺母头。驱动螺母和螺母头的这种啮合连接可防止在螺母头上产生伤斑或擦伤，从而可保持其抗腐蚀特性。和具有形变环形脊部的先前所用驱动螺母不一样，本发明的驱动螺母没有任何“防松螺母”作用。在驱动螺母上的突出部由于不会受迫形变而紧压在螺母头上，所以可消除作用于螺栓的安装负载的不确定性。这样又大大减小了螺栓过早断裂的危险，并增加了套管部件压在平板部件上所发生的形变量的一致性。

下面参照附图进行详细说明，从这些说明中可以明显看出本发明的其它目的、特征和优点。

附图的简要说明

图1是局部横截面侧视图，示出本发明的盲板紧固器系统；

图2是图1所示盲板紧固器系统的局部截面侧视图，示出驱动螺母啮合在螺母的驱动凹槽中；

图3是图1所示盲板紧固器系统的局部横截面图，示出组装完成后的盲板紧固器；

图4是图1所示盲板紧固器系统的局部截面侧视图，示出在装入到一对平板部件期间的盲板紧固器；

图5是图1所示盲板紧固器系统的局部截面侧视图，示出组装期间盲板紧固器进入一对平板部件的盲板紧固器，此时可形变的套管已发生形变；

图6是图1所示盲板紧固器系统的局部截面侧视图，示出安装完成后的盲板紧固器；

图7a是图1所示盲板紧固器系统的螺母的顶视图，示出形为交叉槽口结构的驱动凹槽；

图7b是图7a所示螺母的局部截面侧视图；

图8a是图1所示盲板紧固器系统螺母的顶视图，示出形为单一槽口结构的驱动凹槽；

图8b是图8a所示螺母的局部截面侧视图；

图9a是图1所示盲板紧固器系统驱动螺母的透视图，示出具有倾斜啮合表面的四个突出部；

图9b是图1所示盲板紧固器系统驱动螺母的透视图，示出具有平啮合表面的四个突出部；

图10a是图1所示盲板紧固器系统驱动螺母的透视图，示出具有倾斜啮合表面的两个突出部；

图10b是图1所示盲板紧固器系统驱动螺母的透视图，示出具有平啮合表面的两个突出部。

本发明的详细说明

本发明可被实施形成盲板紧固器10，该紧固器用于连接两个或多个面板或平板部件在一起。通常该平板部件用普通用在航天工业中的材料制作，这些材料包括铝材或其它的复合材料。如图4所示，该盲板紧固器10被设计成可产生一个夹紧力，由此可将平板部件12和14固定在一起。该盲板紧固器10特别适合于组装飞机和航天运载装置，在这些飞机和航天运载装置中，进入平板部件14的不能接近的表面18或“盲板”表面是不可能的。

参照图1，该盲板紧固器10包括螺栓20、套管30、螺母40和驱动螺母50。一般地讲，螺栓具有外螺纹22，该外螺纹可使套管30、螺母40和驱动螺母50套在该螺栓上。此时，可组装盲板紧固器10并将其插入到平板部件12和14中，这些平板部件具有直径足够大的孔，可以使盲板紧固器穿过到这些平板部件。

螺栓20的形状为长的螺纹螺栓，具有外螺纹22和加大的头部24，在加大的头部24的相对端部是两个切削的平面26，该平面形成拧紧表面，允许驱动工具(未示出)啮合该切削的平面26并施加转矩，从而使螺栓20转动。在优选实施例中，加大的螺栓头24的尺寸被定为等于匹配套管30的直径，该套管的直径从套管主体32的外表面开始计算。

螺母和驱动螺母分别形成内螺纹，这些内螺纹是完全相同的内螺纹33。内螺纹33的尺寸定为可与螺栓20的外螺纹22相配合。这样便可以使螺母和驱动螺母拧在螺栓20上。

该螺栓20还包括易脆裂的沟槽28。该易脆裂的沟槽28定位于螺栓20螺纹部分的预定位置，其直径小于外螺纹22的小直径。该易脆裂的沟槽28起断脖的作用，当达到一定的扭转负载时，该槽将停止扭转剪切作用，并从盲板紧固器10上断开。这种易脆裂槽的断脖作用可防止组装期间过大的扭转和/或套管的过大变曲。在优选实施例中该易脆裂沟槽28被加工在螺栓20的轴向位置，使得当该易脆裂槽28裂开时，该螺栓20从螺栓头24伸出的其余部分将基本上与螺母头44的顶表面43平齐。

套管30为圆筒形状，用延性的材料制作。该套管套在螺栓20上，使该套管端部34顶着螺栓头24。套管表面36被设计成在螺栓20转动和螺母40移向套管30时可以发生形变。螺母40的锥形鼻部分42可将这样一个力紧压在套管表面37的内直径上，使得套管主体的内直径37径向膨胀，并且该套管在锥形鼻部分42上滑动时发生极端形变。继续加上的负载可使套管主体32的直径增加，并使其紧贴着平板部件14的盲板内表面18，由此可使平板部件12和14紧固在套管30和螺母40的头44之间。

螺母40为圆筒形状，最好类似于埋头螺栓。螺母40包括螺母主体41、位于螺母一端的锥形鼻部分42和位于该锥形鼻部分42相反端部的螺母头44。该螺母主体41最好具有大体与套管主体32外直径相同的外直径。该锥形鼻部分向内凸出，其直径小于螺母主体41的直径。该锥形鼻部分42在拧在螺栓20上时紧贴着套管的内直径37。如图2所示，螺母头44包含驱动凹槽46，该驱动凹槽可使驱动螺母50与螺母40相啮合。

如图7a和7b所示，螺母头44的驱动凹槽46包括多个凹部48。在驱动凹槽中的凹部48可以形成为任何使得螺母头44和驱动螺母50可以相啮合的结构，因此在安装盲板紧固器时可防止螺母40和驱动螺母50转动。在优选实施例中，如图7a所示，该凹部48是十字形槽口结构，因此驱动螺母50必须具有配合十字形槽口结构的凸出部56。驱动凹槽48也可以为单一槽口的结构，如图8a和8b所示，也可以为其它的结构，例如六角形结构或者方形结构，只要驱动螺母50的凸出部56具有相匹配的结构即可。如图9a和图9b所示，驱动螺母50最好具有传统六角形螺母形状，并具有与螺母40相同的内螺纹33。该驱动螺母具有可由驱动工具(未示出)啮合的外表面52，该工具可防止驱动螺母转动。驱动螺母50具有多个突出部56，该突出部可与螺母头44形成可靠的机械结合。如上所述，该突出部56的结构被作成可与凹部48精密配合，该凹部48构成螺母头的驱动凹槽46。

突出部56用非形变材料制作，使得该突出部在安装盲板紧固器期间不会发生形变。和螺母40的凹部48一样，在驱动螺母50上的突出部的数目可以改变，并可以有很多不相同的几何形状结构。在优选实施例中，如图9a和9b所示，在驱动螺母上可以有四个突出部56，每个突出部为长方形形状，具有啮合表面57和驱动表面58。在图9a中，啮合表面57相对于驱动表面58是倾斜的，而在图9b中啮合表面57是平的。另外如图10a和10b所示，驱动螺母50具有两个突出部56，或者具有倾斜的啮合表面，如图10a所示，或者具有平的啮合表面，如图10b所示。突出部56最好突出于驱动螺母表面，该突出部为长方形形状，其长度等于外表面52和内螺纹33之间的距离。

在将盲板紧固器10插入平板部件12、14之前，首先组装该盲板紧固器。参照图1～图3，组装方法包括一系列步骤，这些步骤包括将套管30套在螺栓上，将螺母40和驱动螺母50拧在螺栓20上。首先如图1所示，将套管30套在螺栓内螺纹22上，使该套管端部34邻接螺栓头24。接着，将螺母40局部地拧在螺栓20上，使锥形鼻部分42移到套管表面36的内径37。螺母40最好拧在螺栓上，直至在螺母头44区域内的内螺纹33完全拧在螺栓上。具体是，螺母的驱动凹槽46在此时不位于螺栓的上面。随后，参照图2，配置驱动螺母50，使得突出部56与螺母40的驱动凹槽46对准并与其啮合。此时，驱动螺母50和螺母处于相匹配的啮合状态，其中，突出部56的啮合表面57和驱动表面58位于驱动凹槽46的凹部48中。接着，使相啮合的驱动螺母50和螺母40转动，这样，便造成驱动螺母和螺母作为一个单一的单元拧在螺栓上。一当驱动螺母50已被局部地拧在螺栓20上，该驱动螺母和螺母便在物理上锁定在一起。接着如图3所示，在螺栓20上拧动驱动螺母50和螺母40，直至螺母的锥形鼻部分42压着内直径37。然后，最好对螺母40进行生成微凹坑的处理，在这种处理中，使螺母主体41外表面的一部分对着螺栓20发生物理形变(未示出)。这种生成微凹坑的处理造成一小部分螺母40的材料顶着螺栓20发生位移，从而可形成充分的摩擦力，防止松动，这样便完成盲板紧固器10的组装操作，并准备安装该盲板紧固器。

安装已组装的盲板紧固器10包括使用该盲板紧固器10将多个平板部件或面板部件固定在一起，如图4所示优选的安装方法包括将两个平板部件12和14固定在一起。使盲板紧固器10穿过平板部件12、14中，在这个过程中，首先使螺母头44紧靠着平板部件12的可接近的外表面16，并使套管30伸过平板部件12和14，使该套管邻接平板部件14的不能接近的盲板表面18。

安装工具(未示出)适合于同时与驱动螺母50和螺栓20的切削平面26相啮合。该安装工具配置在驱动螺母50上，并形成一种可防止该驱动螺母50转动的啮合。因此，也可以防止螺母40转动，因为驱动螺母50和螺母40处于相配合的啮合状态。该安装工具还啮合螺栓20的切削平面26，并可向该螺栓20施加转矩。

当安装工具转动螺栓20并保持驱动螺母50和螺母40不动时，重要的是应注意到，驱动螺母50不会在螺母头44的表面43上形成任何伤斑或擦伤。因为在驱动螺母的突出部56和螺母相匹配的凹槽46之间具有牢靠的机械啮合，所以可以完全消除在先有盲板紧固器组件中存在的任何“防松螺母”作用。驱动螺母50是不形变的，结果可以形成一致的和可以预测的结果。和先有盲板紧固器不同，驱动螺母和螺母头可以按照设计进行一致的啮合，并且在安装负载增加时不会发生形变，该先有盲板紧固器依赖于使驱动螺母的环形脊部受迫形变而压入到螺母头中。

安装工具造成的增加的安装负载导致套管30移向螺母的锥形鼻部42和平板部件14的盲板表面18。参照图5，因为套管30用可形变的材料制作，当内直径37压靠在套管主体32的锥形鼻部分42上时，内直径37便开始径向扩大。当套管主体32紧压着平板部件14的盲板表面18时，内直径37的上部分便继续发生弯曲。

在预定扭转负载下，套管30将发生形变并膨胀到要求的直径，并且螺栓20的易脆裂沟槽28将失去扭转剪切的作用并裂开。如图所示，在优选实施例中在螺栓20的轴向部分成形易脆裂的沟槽，使得重要的是，在该易脆裂的沟槽28断裂时，该螺栓的其余部分基本上与螺母头44的表面43齐平。另外，驱动螺母50可以随同一部分螺栓20断开，这部分螺栓通过易脆裂沟槽28而断开，而不会使螺母头44的表面43受到损伤，因为突出部56不会形变进入驱动凹部46。如图6所示，在安装完成后平板部件12和14便紧固在螺母头44和可形变的套管30之间。

虽然已在优选实施例中说明和示出本发明，但是应当明白在其中可以进行各种改变和变型，这些改变和变型属于随后权利要求书确定的本发明的预定范围。

Claims (8)

1.一种盲板紧固器系统，包括：

螺栓，具有多个外螺纹和位于该螺栓端部的头部；

套管，具有多个内螺纹和可形变的套管面，该套管面配置在邻接该螺栓头的螺栓端部上；

螺母，具有多个内螺纹、位于该螺母一端的加大的螺母头以及形成在加大螺母头内的驱动凹槽，其中与螺母头相对的端部定位于螺栓上，邻接套管；

驱动螺母，配置在螺栓上，邻接上述螺母，该驱动螺母具有适合于由驱动工具啮合的外表面以及多个非形变凸出部，该凸出部凸出于驱动螺母的一端，用于啮合螺母的驱动凹槽。

2.如权利要求1所述的盲板紧固器系统，其特征在于，还包括啮合驱动螺母和螺栓的安装工具，该安装工具可保持驱动螺母不动，而转动螺栓。

3.如权利要求1所述的盲板紧固器系统，其特征在于，驱动螺母的凸出部具有啮合表面和驱动表面，该凸出部可伸入到螺母的驱动凹槽中。

4.如权利要求3所述的盲板紧固器系统，其特征在于，该啮合表面是倾斜的。

5.如权利要求1所述的盲板紧固器系统，其特征在于，驱动螺母的凸出部中至少一个凸出部为长方形结构，驱动螺母和螺母用非形变材料制作。

6.如权利要求1所述的盲板紧固器系统，其特征在于，驱动螺母凸出部中至少一个凸出部为非长方形形状，螺母的驱动凹槽的几何结构使得这些凸出部可以插入到驱动凹槽内。

7.一种组装紧固器系统的方法，包括以下步骤：

将具有多个内螺纹和可形变套管表面的套管拧在螺栓上；

将具有多个内螺纹和头部的螺母局部的拧在该螺栓上，该头部具有驱动凹槽；

将驱动螺母配置在螺母上，该驱动螺母具有多个内螺纹和多个凸出于驱动螺母一端的非形变凸出部，使得该凸出部与螺母的驱动凹槽对准并啮合于该驱动凹槽中；

将已啮合的驱动螺母和螺母拧在螺栓上。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在螺母的外表面上形成小凹坑的步骤，使得该螺母紧固在该螺栓上。

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