УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОРАЗЪЕМНОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПЛОСКОГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 1995 года по МПК A44B21/00 F16B21/00 

Изобретение относится к быстроразъемным соединениям и может быть использовано в машино- и приборостроении, а также для закрепления различных изделий на одежде человека.

Известен крепежный элемент (патент США N 4841604, кл. F 16 B 19/00, 1989), состоящий из Т-образного стержня с проточкой и втулки (пуговицы) со ступенчатым отверстием. Данное соединение обеспечивает эффект стопорения, однако из-за неизменяемости геометрии втулки (пуговицы) на соединении, выполненном с конкретными размерами, можно зажимать только упругие материалы в узком диапазоне толщин, причем этот диапазон обеспечивается за счет деформации зажимаемого материала.

Известно устройство, содержащее Т-образный стержень с проточкой и втулку с пазами и ступенчатым отверстием (патент США N 4874276, кл F 16 B 13/04, 1989). Однако устройство не обеспечивает плотный зажим элементов различной толщины при стопорении внутренних выступов втулки в проточке стержня. Из-за этого на данном устройстве возможно закрепление плоских элементов только строго определенной толщины.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является быстроразъемное соединение, содержащее Т-образный стержень с тремя проточками, упругую втулку с коническим кольцом и ступенчатым отверстием. Указанное соединение может зажимать элементы, толщина которых регулируется ступенчато, т.е. можно зажимать элементы только трех конкретных толщин. Кроме того, оно сложно по конструкции, т.к. втулка выполнена из двух деталей.

Цель изобретения расширение эксплуатационных возможностей устройства, которое позволит осуществлять быстроразъемное закрепление плоских элементов различной толщины в бесступенчатом диапазоне, а также адаптация геометрии втулки к элементам различной толщины для обеспечения плотного контакта при зажиме.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для быстроразъемного закрепления плоского элемента, состоящего из Т-образного стержня с проточкой и втулки с пазами и ступенчатым отверстием, упорный торец втулки выполнен в виде двух граней, образующих между собой угол 2α, определяемый по формуле
2α≥ 2arctg(2l/D)+arcsin(d/) (1)
где l расстояние от плоскости торцевого пояска в переходной части отверстия втулки до вершины прямоугольного паза;
D диаметр головки стержня;
d диаметр меньшего отверстия втулки.

Такое конструктивное выполнение позволяет втулке сжиматься у вершины и разжиматься в основании, поворачивая выступы и постепенно увеличивая диаметр меньшего отверстия втулки. Когда выступы опускаются до начала проточки на стержне, вершина втулки разжимается, а основание сжимается, наклонные грани поворачиваются, стремясь занять исходное положение, и ребрами зажимают элемент. Тем самым обеспечивается приспособляемость геометрии втулки к элементам различной (в определенном диапазоне) толщины и плотный контакт при зажиме.

Проведенный поиск по патентным и научным источникам информации не обнаружил аналога, характеризующегося признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте. Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна".

Заявленное изобретение не следует явным образом из известного уровня техники, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата. Следовательно, изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показано устройство в сборе; на фиг.2 втулка, общий вид; на фиг.3 то же, вид сбоку; на фиг.4 то же, продольное сечение; на фиг.5 устройство при закреплении плоского элемента наибольшей допустимой толщины; на фиг.6 расчетная схема устройства.

Устройство состоит из стержня 1 и втулки 2, между которыми закрепляется плоский элемент 3.

Втулка изготавливается из упругого материала, содержит прямоугольный паз 4, для треугольных паза 5 и 6, упорный торец, образованный двумя наклонными гранями 7 и 8. Размеры пазов 5 и 6 выбираются такими, чтобы при закреплении в устройстве элемента 3 наибольшей допустимой толщины В оставались некоторые зазоры между стенками обоих пазов. Внутренняя полость втулки выполнена в виде ступенчатого отверстия, которое в совокупности с пазом 4 образует два полукольцевых выступа 9 и 10. Диаметр меньшего отверстия втулки равен диаметру d проточки стержня. С диаметрально противоположных сторон боковой поверхности втулки выполнены две наклонные грани 11 и 12, перпендикулярные граням 7 и 8. Основанием втулки служат ребра 13 и 14, параллельные боковым стенкам паза 4.

Сборка устройства осуществляется следующим образом.

Стержень 1 вставляется в отверстие плоского элемента 3. Втулка 2 в своей вершине сжимается усилием Р, а под действием усилия S одевается на стержень 1. При этом выступы 9 и 10 перескальзывают с конической вершины стержня на его цилиндрическую головку, диаметр которой равен D. Прием выполняется за счет наличия пазов 4-6, благодаря которым втулка сжимается у вершины и разжимается в основании, поворачивая выступы 9 и 10 и постепенно увеличивая диаметр меньшего отверстия. Вместе с этим грани 7 и 8 поворачиваются таким образом, что угол между ними увеличивается от исходного значения 2α. Проточка стержня выполнена длиной С, равной
С=h+b, (2)
где h исходная высота ступени отверстий от основания втулки;
b минимальная толщина закрепляемого элемента.

Поэтому когда выступы 9 и 10 опускаются до начала проточка на стержне, вершина втулки разжимается, а основание сжимается, наклонные грани 7 и 8 поворачиваются, стремясь занять исходное положение, и ребрами 13 и 14 зажимают элемент 3 в устройстве (или устройство на элементе 3).

Наибольшая допустимая толщина В закрепляемого элемента 3 определяется размерами устройства и может быть рассчитана с помощью схемы, представленной на фиг.6.

Из треугольника ΔКХП находим
XП=0,5А.ctgα
где А исходная ширина основания втулки.

Следовательно,
В=b+0,5А.ctgα (3)
Таким образом, диапазон регулирования зазора между торцами стержня и втулки составит величину, равную В-b.

При закреплении в устройстве элемента 3 толщиной В левая стенка yz паза 4 поворачивается по часовой стрелке и занимает положение y₁z₁. При этом угол < y₁z₁x= α. Для сохранения эффекта стопорения, расстояние dо₂от точки d образующей меньшего отверстия втулки до оси о₁х устройства не должно превышать половины диаметра головки стержня, т.е. должно выполняться условие
ао₂ ≅ D/2 (4)
Условие (4) налагает ограничение на допустимое значение угла 2α, образованного гранями 7 и 8.

Согласно фиг.6 aа₁lly₁z₁lloe₁ и ао₂lla₁x. Следовательно, o₁a₁X= o₁ao₂= Y₁Z₁X= α. Угол o₁ao₂= o₁ao+ oao₂ . Углы <о₁ао и <aof равны между собой как углы, образованные взаимно параллельными сторонами. Из прямоугольного треугольника аоf находим <аоf=arcsin(af/ao). Но af=d/2, ao= , где ао₂=D/2 и оо₂=l. Следовательно,∠aof=arcsin(d/), Угол <оао₂ находится из прямоугольного треугольника Δоао₂:
oao₂=arctg(oo₂/ao₂)=arctg(2l/D)
Искомый угол <о₁ао₂ будет равен
o₁ao₂=arctg(2l/D)+arcsin(d/)=α.

Соответственно угол 2α составит
2α=2arctg(2l/D)+2arcsin(d/) (5)
C уменьшением ао₂ при прочих равных условиях угол 2α увеличивается. Поэтому для обеспечения эффекта стопорения, т.е. для выполнения условия (4) формула (5) представится в окончательном виде:
2α≥ 2arctg(2l/D)+2arcsin(d/)
П р и м е р конкретного выполнения устройства. Пусть даны следующие размеры: l=1 мм; D=3 мм; d=2 мм; А=13 мм; b=2 мм. Тогда:
2α≥ 2arctg(2·1/3)+2arcsin(2/)=135^°20′,
Диапазон толщин закрепляемых элементов составит:
B-b=0,5.13.ctg(135^o20'/2)=2,67 мм.

Наибольшая толщина закрепляемого элемента будет равна
В=2+2,67=4,67 мм.

Разборка устройства осуществляется в следующей последовательности. К вершине втулки 2 прилагают усилие Р₁ в направлении, перпендикулярном осям пазов 5 и 6. Под действием усилия Р₁ пазы 5 и 6 закрываются, позволяя дополнительно сжать вершину втулки и разжать основание. Диаметр меньшего отверстия втулки становится больше диаметра D головки стержня. Выступы 9 и 10 выходят из зацепления с головкой стержня и втулку 2 снимают со стержня 1.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в машино- и приборостроении, а также для закрепления различных изделий на одежде человека;
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение поставленной цели.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Сущность изобретения: устройство для быстроразъемного закрепления плоского элемента состоит из Т-образного стержня с проточкой и втулки с пазами и ступенчатым отверстием. Упорный торец втулки выполнен в виде двух граней, образующих между собой угол 2α, определяемый по формуле 2α ≥ 2 , где l расстояние от плоскости торцового пояска в переходной части отверстия втулки до вершины прямоугольного паза, D - диаметр головки стержня, d диаметр меньшего отверстия втулки. 6 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЫСТРОРАЗЪЕМНОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПЛОСКОГО ЭЛЕМЕНТА, состоящее из Т-образного стержня с проточкой и втулки с пазами и ступенчатым отверстием, отличающееся тем, что упорный торец втулки выполнен в виде двух граней, образующих между собой угол 2α, определяемый по формуле

где l расстояние от плоскости торцевого пояска в переходной части отверстия втулки до вершины прямоугольного паза;
D диаметр головки стержня;
d диаметр меньшего отверстия втулки.