RU2854284C1 - Болт-заклепка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области высокопрочного крепежа. Болт-заклепка состоит из упорного элемента и болта с головкой на одном конце стержня и хвостовиком на другом конце стержня, а также шлицевой частью между ними. После головки на стержне расположен шлицевой участок, выполненный с продольными ребрами и имеющий диаметр, превышающий диаметр монтажных отверстий соединяемых элементов, далее последовательно выполнены кольцевые запорные канавки, индикаторная канавка, участок ослабления, являющийся местом контролируемого излома стержня, хвостовик, снабженный кольцевыми канавками для вытягивания, причем местоположение индикаторной канавки определено размером соединяемых элементов, а упорный элемент выполнен из более мягкой стали относительно болта, в виде втулки с фаской и выступом. Технический результат: исключение микролюфта и повышение виброустойчивости и долговечности соединения. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

Description

Изобретение относится к области высокопрочного крепежа типа «HUCK BOLT» и аналогичных конструкций.

Известен крепеж близкий по совокупности существенных признаков (Патент на изобретение ЕР1623126, 08.02.2006. Blind fastener and method of removing it from a workpiece. Глухой крепежный элемент и способ его снятия с заготовки). Глухой крепежный элемент для вставки через отверстие в заготовке, содержащий штифт, втулку и опорный элемент; штифт проходит внутри втулки и входит в зацепление с ней на первом конце детали или вблизи него. Втулка имеет радиально расширяющийся участок; опорный элемент расположен рядом со вторым концом втулки и выступает из него радиально, а штифт выступает за пределы опорного элемента, в котором опорный элемент съемно прикреплен к втулке с помощью средств, достаточно прочных для того, чтобы можно было вставить собранный крепежный элемент в отверстие в заготовке и установить его там, но достаточно слабых для того, чтобы можно было извлечь опорный элемент из втулки, чтобы можно было выдвинуть штифт и втулку из отверстия в заготовке, отверстие на заготовке, чтобы вынуть из него крепежный элемент.

Известен хак-болт (Huck BOLT https://huck-bolt.ru/) состоящий из штифта с кольцевыми или винтовыми канавками и более мягкой втулки.

В хак-болтах ("Huck BOLT") контроль усилия натяга либо отсутствует, либо реализован менее наглядными и неавтоматическими способами, что усложняет и делает менее точным процесс установки.

В "Huck BOLT" и многих аналогах контроль усилия натяга либо отсутствует, либо реализован менее наглядными и неавтоматическими способами, что усложняет и делает менее точным процесс установки.

Задачей изобретения является преодоление вышеуказанных недостатков, а именно, исключение микролюфта и повышение виброустойчивости и долговечности соединения. Контроль усилия предварительного натяга в предложенном патентном соединении осуществляется с помощью отрыва хвостовика в определенной части болта при достижении заданного усилия затяжки.

Поставленная задача решается тем, что болт-заклепка, состоящий из упорного элемента и болта с головкой на одном конце стержня и хвостовиком на другом конце стержня, а также шлицевой частью между ними, отличающийся тем, что после головки на стержне расположен шлицевой участок, выполненный с продольными ребрами и имеющий диаметр, превышающий диаметр монтажных отверстий соединяемых элементов, далее последовательно выполнены кольцевые запорные канавки, индикаторная канавка, участок ослабления, являющийся местом контролируемого излома стержня, хвостовик, снабженный кольцевыми канавками для вытягивания, причем местоположение индикаторной канавки определено размером соединяемых элементов, а упорный элемент выполнен из более мягкой стали относительно болта, в виде втулки с фаской и выступом.

Поставленная задача достигается также тем, что шлицевой участок с продольными ребрами имеет высоту ребра не более 1 мм.

Поставленная задача достигается также тем, что на упорном элементе фаска выполнена на периферии одного из его торцов, а выступ расположен не дальше середины упорного элемента.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:

Фиг. 1 - внешний вид болта и втулки в разрезе, до скрепления (вид 1) и после скрепления (вид 2);

Фиг. 2 - изображает сборку в виде крепежа, готового для установки;

Фиг. 3 - разрез крепежа, вставленного в отверстие скрепляемых элементов, готового к установке;

Фиг. 4 - размещение специального инструмента для последующей установки крепежа, с выносным видом шлицевой части;

Фиг. 5 - начальная стадия затягивания болта специальным инструментом, с выносным видом шлицевой части;

Фиг. 6 - полностью затянутый болт специальным инструментом, с выносным видом деформированной шлицевой части;

Фиг. 7 - деформация упорного элемента;

Фиг. 8 - отрыв хвостовика болта;

Фиг. 9 - готовое соединение.

Фиг. 10 - конкретный пример выполнения болта-заклепки (с указанием размеров).

Болт (1) (см. Фиг. 1) выполнен из среднеуглеродистой легированной стали и содержит головку (2), расположенную на одном из концов стержня, предназначенную для опирания на одну из поверхностей соединяемых элементов (3). Непосредственно за головкой (2) расположен шлицевой (рифленый) участок (4), выполненный с продольными ребрами (5) и имеющий диаметр, превышающий диаметр монтажных отверстий (6) соединяемых элементов (3). За данным участком последовательно размещены: кольцевые запорные канавки (7) или винтовая резьба; индикаторная канавка (8), предназначенная для визуального контроля корректности соединения; ослабленный участок (9), являющийся местом контролируемого излома стержня. Далее расположен хвостовик (10), снабженный кольцевыми канавками для вытягивания (11), предназначенными для захвата специальным инструментом (12) при монтаже крепежного узла.

Упорный элемент (13) (см. Фиг. 1, вид 1) выполнен в виде втулки из среднеуглеродистой стали. Изготовление упорного элемента (13) из более мягкой стали относительно болта (1) обеспечивает возможность деформирования упорного элемента (13) под усилием инструмента, который будет обжимать кольцевые канавки или винтовую резьбу болта. На периферии одного из ее торцов выполнена фаска (14), предназначенная для центрирования установочного инструмента (12). Противоположный торец (15) втулки образует опорную поверхность, взаимодействующую с соединяемым элементом (3). Кроме того, упорный элемент снабжен выступом (16), который способствует правильной деформации данного упорного элемента (13). Выполнение выступа (16) ближе к концу упорного элемента (13) приведет к нежелательному дополнительному усилию при деформацию.

Болт (1) и упорный элемент (13), при сборе в единый крепежный узел, представляют собой болт-заклепку, как показано на Фиг. 2.

Болт-заклепка предназначен для соединения двух или более металлических конструкционных пластин (соединяемых элементов (3)), снабженных соосным цилиндрическим отверстием (6) (Фиг. 3). С одной стороны отверстия (6) вставляется болт (1), при этом его шлицевая часть (4) упирается в данное отверстие (6). С противоположной стороны отверстия (6) устанавливается упорный элемент (13). Общая толщина соединяемых элементов (3) должна находиться в пределах допустимых значений и не превышать длину шлицевого участка (4) применяемого болта, что обеспечивает корректную фиксацию соединения.

Выполнение шлицевого участка (4) с продольными ребрами (5) высотой ребра более 1 мм усложнит деформацию этих ребер во время втягивания болта (1) в отверстие (6), повышая усилие для вышеуказанной деформации.

Крепеж, который был установлен в отверстие (6) соединяемых элементов (3), как показано на Фиг. 3, далее затягивается путем приложения прогрессивно возрастающего усилия вытяжки за хвостовик болта (10), относительно упорного элемента (13). Это осуществляется стандартным гидравлическим инструментом для установки крепежей, таким как коммерчески доступный инструмент под обозначением Huck (регистрируемый товарный знак) тип Н2628, предназначенный для монтажа болтовых крепежей с кольцевыми канавками, описанных выше.

Инструмент (12) представляет собой кольцевую наковальню (17) (Фиг. 4), обладающую внутренним отверстием (18), форма которого оптимизирована для обжатия упорного элемента (13). В конструкции инструмента (12) предусмотрены захваты (19), которые взаимодействуют с кольцевыми канавками (11) в хвостовой части болта (1), обеспечивая его вытягивание. Кроме того, инструмент (12) оснащен гидравлическим поршнем и цилиндром (не показаны), позволяющими осуществлять контролируемое увеличение силы втягивания захватов (19) относительно наковальни (17). Конструктивное исполнение подобных инструментов и принципы их работы являются общеизвестными в области вытяжных крепежных систем, что исключает необходимость их детального описания.

Инструмент (12) подводят к хвостовику (10) болта таким образом, что наружный край горловины кольцевой наковальни (17) устанавливается в контакт с фаской (14) упорного элемента (13), как показано на Фиг. 5. При срабатывании инструмента (12) его захваты (19) зацепляют вытягивающие кольцевые канавки (11) хвостовика (10) болта и прикладывают к нему прогрессивно возрастающее вытягивающее усилие относительно наковальни (17). Возникающее реакционное усилие передается через упорный элемент (13) на его опорный торец (15) и далее на поверхность соединяемого элемента (3). Инструмент (12), уперевшись, таким образом, на упорный элемент (13), начинает втягивать болт (1) в себя. При этом шлицевая часть (4) начнет деформироваться (20) по мере продвижения внутри отверстия (6) в соединяемых элементах (3) (Фиг. 5). Деформированная шлицевая часть (20) полностью заполняет все свободное пространство в отверстии (6) соединяемых элементов (3), что полностью исключает микролюфт и значительно повышает виброустойчивость и долговечность соединения. После того, как болт (1) затягивается до упора головкой (2) в поверхность соединяемого элемента (3), шлицевая часть окончательно деформируется (20) (Фиг. 6), а усилие инструмента (12) будет направлено на деформацию упорного элемента (13). При дальнейшем увеличении нагрузки инструмент (12) начинает сдавливать и деформировать с внешней стороны упорный элемент (13), тем самым, выравнивая ступенчатый выступ (16). С внутренней стороны упорный элемент, деформируясь, будет обжимать кольцевые канавки (7) или винтовую резьбу болта (1), создавая прочное, устойчивое к вибрации соединение (Фиг. 7). Далее инструмент (12) упирается в соединяемые элементы (3) и продолжает вытяжку болта (1). При достижении заданного усилия затяжки осуществляется отрыв хвостовика (10) в специально ослабленной части болта (9) (Фиг. 8). Такой отрыв служит четким и наглядным индикатором правильного натяга и предотвращает перетяжку болта (1).

Готовое соединение с помощью болта-заклепки указано на Фиг. 9.

Описанный выше крепеж с помощью болта-заклепки обладает так же преимуществом, заключающимся в том, что установленный крепеж может быть при необходимости относительно легко удален механически из соединенных элементов (3).

Таким образом, предложенное изобретение выделяется упругопластической конструкцией шлицевой части (4), обеспечением полного исключения микролюфта, улучшенной виброустойчивостью, контролем усилия преднатяга через отрыв хвостовика (10) и высокой ремонтопригодностью за счет того, что предлагаемое соединение позволяет многократный демонтаж без повреждения посадочных отверстий (6) соединяемых элементов (3).

В качестве примера рассмотрим соединение двух деталей из листового металла, марки стали 09Г2С, толщиной 4 мм и 6 мм, в которых предварительно выполнены отверстия диаметром 10,5 мм. Соединение осуществляется через эти отверстия с использованием болта, марки стали 40Х, диаметром стержня 10 мм и соответствующей шлицевой частью (в данном случае диаметром 11,25 мм). Длина шлицевой части должна составлять 10⁺² _-1 мм, что определяется суммарной толщиной соединяемых деталей. Для удобства нарезания шлицевой части имеется технологическая канавка длиной участка 2 мм. Далее на стержне расположены кольцевые или винтовые канавки, общая длина которых составляет 16 мм. На участке длиной 3-4 мм размещена индикаторная канавка, за которой следует аналогичный участок длиной 3-4 мм, представляющий собой ослабленный участок. Затем идет небольшой гладкий участок стержня длиной 2,5 мм, за которым следует хвостовая часть длиной 24 мм см (Фиг. 10).

К болту подбирается упорный элемент (13), изготовленный из среднеуглеродистой стали, с внутренним диаметром отверстия 12 мм. Болт вставляется с одной стороны соединенных металлических деталей через отверстие до упора, после чего с другой стороны устанавливается упорный элемент.

Монтаж осуществляется с помощью специализированного инструмента, например Huck (регистрируемый товарный знак) тип Н2628, который подводится со стороны упорного элемента. Хвостовая часть болта пропускается через рабочую область инструмента, а его центрирование выполняется по фаске упорного элемента. После этого начинается процесс втягивания болта, который приводит к деформации шлицевой части, проходящей через отверстие. Затем происходит деформация упорного элемента, который сжимается и обжимает болт. В завершение инструмент отрывает хвостовик болта при достижении заданной силы втягивания. Таким образом, формируется готовый крепежный узел на данную болт-заклепку.

Измеренные значения силы для примерного крепежа с наружным диаметром стержня болта 10 мм составляют от 900 до 9000 ньютонов в зависимости от диметра отверстия и материала детали.

Контроль усилия предварительного натяга в предложенном соединении осуществляется с помощью отрыва хвостовика в определенной части болта при достижении заданного усилия затяжки.

Для каждой толщины скрепляемых элементов рекомендуется использовать подходящий болт-заклепку по длине шлицевой части.

В предлагаемом соединении шлицевая (рифленая) часть болта расположена между головкой и кольцевыми канавками и выполнена с возможностью упругопластической деформации. При монтаже специальным инструментом она пластически деформируется и заполняет все свободное пространство в отверстии соединяемых деталей, что полностью исключает микролюфт и значительно повышает виброустойчивость и долговечность соединения.

Claims (3)

1. Болт-заклепка, состоящий из упорного элемента и болта с головкой на одном конце стержня и хвостовиком на другом конце стержня, а также шлицевой частью между ними, отличающийся тем, что после головки на стержне расположен шлицевой участок, выполненный с продольными ребрами и имеющий диаметр, превышающий диаметр монтажных отверстий соединяемых элементов, далее последовательно выполнены кольцевые запорные канавки, индикаторная канавка, участок ослабления, являющийся местом контролируемого излома стержня, хвостовик, снабженный кольцевыми канавками для вытягивания, причем местоположение индикаторной канавки определено размером соединяемых элементов, а упорный элемент выполнен из более мягкой стали относительно болта, в виде втулки с фаской и выступом.

2. Болт-заклепка по п.1, отличающийся тем, что шлицевой участок с продольными ребрами имеет высоту ребра не более 1 мм.

3. Болт-заклепка по п.1, отличающийся тем, что на упорном элементе фаска выполнена на периферии одного из его торцов, а выступ расположен не дальше середины упорного элемента.