ЗАКЛЁПКА ДЛЯ ОДНОСТОРОННИХ КРЕПЕЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, СООТВЕТСТВУЮЩИЙ УСТАНОВОЧНЫЙ ИНСТРУМЕНТ И СПОСОБ УСТАНОВКИ ТАКОЙ ЗАКЛЁПКИ Российский патент 2019 года по МПК F16B19/04 F16B19/10 F16B31/00 B21J15/02 B21J15/12 B21J15/14 B25B27/00 

Настоящее изобретение относится к односторонним крепежным элементам, т.е. к крепежным деталям, устанавливаемым через конструкции, предназначенные для сборки, только с одной стороны таких сборных конструкций, обычно называемой «доступной» стороной. Эти крепежные детали используют, например, для сборки конструкций воздушного летательного аппарата.

В частности, настоящее изобретение относится к заклепке для односторонних крепежных деталей такого типа, который содержит винт с управляющим элементом, канавкой разрушения, выполненной с возможностью выдерживания растягивающего напряжения и разрушения под действием напряжения кручения, головкой, отделенной от управляющего элемента канавкой разрушения, гладким стержнем и резьбовой частью, втулку, содержащую выступ, выполненный с возможностью приема головки винта, и трубчатый стержень, содержащий внутреннюю резьбу, предназначенную для вхождения в зацепление с резьбовой частью винта. Этот тип заклепки известен, например, из документов ЕР 1635994 и US 3,236,143. Настоящее изобретение также относится к установочной головке для установки таких заклепок.

Для увеличения производительности летательного аппарата и снижения затрат на сборку, изготовители стремятся автоматизировать процесс сборки с помощью роботизированных средств, оборудованных головкой. В отличие от человека - оператора, который может захватить заклепку сложной формы и без труда ввести ее в отверстие, робот может установить крепежную деталь правильно только в том случае, если перед введением заклепки в конструкцию оси установочной головки и заклепки строго соосны. Известные заклепки для односторонних крепежных элементов и известные установочные головки не обеспечивают возможности получения такой соосности. При вставке заклепок в установочную головку концы заклепок имеют значительное угловое отклонение от оси установочной головки. Поэтому, когда робот пытается ввести заклепку в отверстие, напротив которого она размещена, конец заклепки ударяется о конструкцию и не может быть введен в отверстие.

Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить недостатки заклепок предшествующего уровня техники, и в частности, обеспечить заклепку с потайной головкой и установочный инструмент, которые обеспечивают надежную автоматизацию установки.

Для этого заклепка согласно настоящему изобретению имеет вышеупомянутый тип, таким образом, что управляющий элемент винта содержит первую управляющую часть, выполненную с возможностью направления введения заклепки в установочный инструмент, и вторую управляющую часть, выполненную с возможностью передачи крутящего момента, эти две управляющие часть отделены блокирующей частью, выполненной с возможностью ограничения осевого перемещения заклепки в установочном инструменте.

Такая заклепка может быть захвачена и жестко удерживаться установочной головкой таким образом, что ее ось фактически совпадает с осью установочной головки.

Кроме того, устройство согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет по меньшей мере одну из следующих характеристик:

- блокирующая часть цилиндрическая и связана с каждой управляющей частью закругленной по радиусу частью,

- втулка содержит два сваренных элемента,

- втулка содержит зону для формирования утолщения с упругим сопротивлением меньше, чем упругое сопротивление остальной части втулки,

- втулка содержит по меньшей мере одну канавку сжатия, выполненную на наружной части трубчатого стержня втулки между выступом и зоной для формирования утолщения,

- крутящий момент передается посредством шлицов, многоугольных поверхностей или цилиндрической поверхности,

- первая управляющая часть содержит фаску,

- втулка содержит конечную часть напротив выступа, с внешним диаметром, меньшим внешнего диаметра стержня.

Настоящее изобретение также относится к установочной головке для установки заклепки с потайной головкой. Установочная головка содержит цилиндрическое тело с передней поверхностью, содержащей отверстие, трубчатую оболочку, расположенную в теле, мундштук, расположенный в оболочке и образующий внутренний проход. Мундштук содержит две приемные части для управляющего элемента заклепки, с формой, сопрягаемой с указанной управляющей частью, причем по меньшей мере одна из приемных частей, выполнена с возможностью передачи вращающего момента. Указанные приемные части в осевом направлении отделены средней частью, содержащей по меньшей мере один элемент, подвижный в радиальном направлении во внутреннем проходе и выполненный с возможностью ограничения осевого перемещения заклепки. Такая установочная головка обеспечивает возможность прочного закрепления заклепки соосно с осью установочной головки. Кроме того, она обеспечивает возможность приложения к заклепке высокого тягового усилия и приложения момента вращения к этой же заклепке.

Установочная головка согласно настоящему изобретению также имеет предпочтительно по меньшей мере одну из следующих характеристик:

- вращающий момент передается посредством канавок, многоугольных поверхностей или роликовой обоймы,

- средняя часть содержит по меньшей мере один паз, в котором размещен радиально подвижный элемент,

- упругие средства прижимают в радиальном направлении подвижный элемент к внутренней части мундштука,

- мундштук подвижен в осевом направлении и выполнен с возможностью поворота в оболочке.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу установки заклепки с потайной головкой согласно настоящему изобретению с использованием установочной головки согласно настоящему изобретению, содержащий первый этап зацепления установочной головки с управляющим элементом винта, второй этап приложение осевого тягового усилия к управляющему элементу и формирование утолщения на втулке, третий этап вворачивания винта во втулку и разрушение управляющего элемента винта на уровне канавки разрушения. В течение этапа зацепления установочной головки с управляющим элементом винта, радиально подвижный элемент ограничивает осевое перемещение заклепки в установочной головке.

Согласно другой особенности способа установки согласно настоящему изобретению в течение этапов формирования утолщения, вворачивания винта и разрушения управляющего элемента управляющие части винта содержатся в приемных частях мундштука, блокирующая часть винта прижата подвижным элементом и мундштук расположен в оболочке для предотвращения любого радиального перемещения подвижного элемента.

Дополнительные цели, особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из описания вариантов реализации настоящего изобретения, которое представлено совместно с чертежами, на которых:

- на фиг. 1 представлено изометрическое изображение заклепки согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, в неустановленном состоянии,

- на фиг. 2 представлен вид с разрезом заклепки согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, в неустановленном состоянии,

- на фиг. 3 представлен вид с разрезом заклепки согласно первому варианту реализации настоящего изобретения, в установленном состоянии,

- на фиг. 4 представлен вид заклепки согласно второму варианту реализации настоящего изобретения, в неустановленном состоянии, содержащей втулку, сформированную от двух сваренных втулочных элементов,

- на фиг. 5 показан вид заклепки согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения, в неустановленном состоянии, содержащей пазы, выполненные во внешней части втулки,

- на фиг. 6 показан вид заклепки согласно четвертому варианту реализации настоящего изобретения, в неустановленном состоянии, содержащей управляющие части различных форм,

- на фиг. 7А показан вид с разрезом установочной головки для заклепки согласно первому варианту реализации настоящего изобретения,

- на фиг. 7В представлен вид с разрезом установочной головки согласно второму варианту реализации,

- на фиг. 7С показано изометрическое изображение периметрическая пружины, используемой в установочной головке, представленной на фиг. 7В,

- на фиг. 7D представлен разрез по оси 7D-7D на фиг. 7В,

- на фиг. 8-15 показаны виды с разрезом заклепки, представленной на фиг. 1-3, и установочного инструмента, представленного на фиг. 7А, изображающие различные этапы установки заклепки.

Для облегчения понимания чертежей показаны только элементы, необходимые для понимания настоящего изобретения. Одинаковые элементы обозначены одинаковыми ссылочными номерами на всех чертежах.

Согласно фиг. 1-3 заклепка 10 в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения содержит винт 12 и втулку 14. Винт 12 содержит управляющий элемент 16, выполненный с возможностью отделения при установке заклепки, канавку 18 разрушения, головку 20 с фаской от зенковки, гладкий цилиндрический стержень 22, переходной участок 24 и резьбовую часть 26. Переходной участок 24 обеспечивает возможность соединения цилиндрического стержня 22 с резьбовой частью 26 и имеет максимальный диаметр меньше, чем диаметр цилиндрического стержня 22. Переходной участок 24, представленный здесь, имеет закругленную форму, но может принимать коническую форму.

Управляющий элемент 16 содержит первую управляющую часть 28, блокирующую часть 30 и вторую управляющую часть 32. На его свободном конце у первой управляющей части 28 имеется фаска 34, которая облегчает центровку и введение управляющего элемента 16 в установочную головку. В этом примере каждая управляющая часть 28, 32 содержит средства передачи крутящего момента в форме двадцати четырех шлицов 36. Эти шлицы расположены в осевом направлении по цилиндрической части внешней периферии каждой управляющей части 28, 32, рассредоточенные равномерно и выровненные в осевом направлении друг с другом. Две управляющие части 28, 32 выполняют функцию центрирования крепежной детали в установочной головке и передают вращающий момент между установочной головкой и крепежной деталью. Использование большого количества шлицов на первой части 28, связанной с фаской 34, способствует автоматическому вхождению в зацепление.

Центрирование, достигаемое двойной шлицевой системой, обеспечивает возможность выравнивания оси заклепки 10 с осью установочной головки, которая сама установлена роботом на ось сверления в конструкции, которая подлежит сборке. Таким образом, такой управляющий элемент 16 обеспечивает робототехническому устройству возможность введения заклепки 10 в сверление без помехи или повреждения на конструкции. Без такого осевого выравнивания применение заклепки роботом при сверлении собираемой конструкции было бы невозможно.

Канавка 18 разрушения выполнена с такими размерами, чтобы она обладала самым маленьким диаметром винта 12, способным выдерживать заданное напряжение растяжения при установке и разрушаться при заданным напряжением кручения.

Блокирующая часть 30 содержит гладкую цилиндрическую среднюю часть и две вогнутых закругленных по радиусу части 30А и 30В, связанные соответственно с управляющими частями 28, 32. Диаметр гладкой цилиндрической части блокирующей части 30 меньше, чем диаметр управляющих частей 28, 32, но больше чем самый маленький диаметр канавки 18 разрушения. Поэтому поперечное сечение блокирующей части больше, чем поперечное сечение канавки разрушения. Закругленные по определенному радиусу части 30А, 30В обеспечивают остановку управляющего элемента в установочном инструменте в осевом направлении, блокируя любое осевое движение указанной заклепки в течение установки.

Длина гладкого стержня 22 выбирается в зависимости от диапазона толщин собираемых конструкций, изменяющегося между минимальной толщиной и максимальной толщиной.

Винт 12 вставлен с зазором во втулку 14, которая содержит расширенный выступ 40, выполненный с возможностью приема головки 20 с конической фаской винта, и трубчатый стержень 42. Перед установкой заклепки 10 в конструкцию наружная поверхность трубчатой части 42 имеет цилиндрическую форму и на своем конце, противоположном выступу 40, имеет цилиндрическую часть 44 уменьшенного внешнего диаметра, облегчающую вставку заклепки 10 в отверстие. Эта более тонкая часть 44 является необязательным элементом, и втулка может иметь одинаковый внешний диаметр по всей длине трубчатой части 42.

Трубчатый стержень 42 имеет гладкую цилиндрическую внутреннюю поверхность 46 и резьбовую внутреннюю поверхность 48, расположенную в конце втулки 14, противоположном выступу 40. Резьба винта 12 и внутренняя резьба втулки 14 могут быть сопряжены. Например, они представляют собой резьбы стандарта AS8879, обычно используемого для крепежных деталей в аэронавигационной области.

Полная длина втулки 14 разделена на три последовательных смежных зоны, выполняющие отдельные функции. Первая зона G, названная зоной зажима, содержит выступ 40 и часть трубчатого стержня 42 с гладкой внутренней поверхностью 46, соответствующую минимальной толщине собираемой конструкции.

Вторая зона U деформации проходит по остальной части трубчатого стержня 42 с гладкой внутренней поверхностью 46. Эта зона U, когда заклепка 10 не установлена, охватывает остальную часть гладкого стержня 22 винта, переходную зону 24 и резьбовую часть 26. Зона U втулки предназначена для деформации для формирования утолщения, которое будет опираться на невидимую сторону конструкций, подлежащих сборке. Для облегчения формирования утолщения зона U может быть отожжена кольцевым способом, например посредством индукционной машины, или содержать заплечик (не показан) по части гладкой внутренней поверхности 46 втулки, уменьшающий толщину втулки по длине этой зоны.

Третья зона L втулки проходит по всей резьбовой части трубчатого стержня 42. Ее функция заключается в предотвращении любого перемещения между втулкой и концом винта и обеспечения возможности завинчивания винта во втулку. Когда заклепка не установлена, эта зона L расположена в контакте с конечной частью резьбы 26 винта 12.

На фиг. 3 показана заклепка 10, представленная на фиг. 1 и 2, в установленном состоянии в двух конструкциях 50, 52, предназначенных для сборки. Управляющий элемент 16 был отломлен на уровне канавки 18 разрушения таким образом, что остались только головка 20 винта и выступ 40 втулки, вместе формирующие головку заклепки и включенные в коническое отверстие, полученное зенкованием, ранее выполненное в открытой поверхности 54 конструкции 50. Первая зона G втулки 14 полностью включена в конструкции 50, 52. Вторая зона U втулки деформирована и содержит утолщение 58, одна поверхность которого контактирует с невидимой стороной 56 конструкции 52, противоположной открытой стороне 54. Остаточная деформация при растяжении между головкой заклепки 20, 40 и утолщением 58 удерживает конструкции 50, 52 в собранном состоянии. Третья зона L втулки в установленном положении охватывает часть резьбы 26 винта, расположенную рядом с переходной частью 24.

Винт изготовлен, например, из титанового сплава Ti6AI4V и покрыт слоем смазки, и втулка изготовлена, например, из пассивированной стали А286. Во второй отожженной зоне U прочность составляет приблизительно 600 МПа, тогда как прочность первой и третьей зон G и L составляет приблизительно 1200 МПа.

На фиг. 4 показана заклепка 10А согласно второму варианту реализации настоящего изобретения. На фиг. 4 элементы, идентичные элементам на фиг. 1-3, обозначены теми же ссылочными номерами, отличающиеся элементы содержат такие же ссылочные номера, к которым добавлена буква А. Единственное различие между заклепкой на фиг. 4 и заклепкой на фиг. 1-3 заключается во втулке 14А, которая во втором варианте реализации сформирована из двух сваренных элементов 14А' и 14А".

Первый втулочный элемент 14А' содержит увеличенный выступ 40А' и трубчатую часть 42А' гладкой внутренней поверхности, которая выполнена с возможностью охвата гладкой части 22 стержня винта, соответствующей минимальной толщине конструкции, которая должна быть скреплена. Полная длина этого первого втулочного элемента 14А' имеет по существу такую же длину G как первая зона втулки 14 заклепки, описанной в связи с фиг. 1-3. Втулочный элемент 14А' изготовлен, например, из упрочненной и дисперсионно-упрочненной стали А286 с пределом прочности 1200 МПа.

Второй втулочный элемент 14А" содержит трубчатую часть 42А" достаточной длины для охвата оставшейся гладкой стержневой части 22, переходной части 24 и большей части резьбы 26 винта. Этот второй элемент обладает длиной, равной сумме длин второй и третьей зон U и L втулки 14 заклепки 10, описанной с использованием фиг. 1-3. Аналогично приведенному выше описанию второй втулочный элемент 14А" локально отожжен или утонен по второй зоне L, чтобы иметь более низкую прочность, обеспечивающую возможность образования утолщения. Втулочный элемент 14А" изготовлен, например, из отожженной нержавеющей стали с прочностью максимум 600 МПа. Кроме того, могут быть использованы другие материалы или обработки.

Два втулочных элемента 14А' и 14А" сварены, например, посредством сварки лазером, электронным лучом или трением.

Преимущество использования двух втулочных элементов заключается в облегчении изготовления втулки 14А, например, путем уменьшения внутренних длин, которые подлежат механообработке, и связанных трудностей достижения жестких допусков без значительного увеличения стоимости. Второе преимущество заключается в обеспечении возможности производства в промышленных масштабах, и, следовательно, по низкой цене, большого количества вторых элементов 14А" идентичных длин и сваривания их с первыми элементами 14А' отличных длин, но одинакового диаметра, тем самым адаптируя к различным толщинам скрепляемых конструкций.

На фиг. 5 показан вид заклепки 10 В согласно третьему варианту реализации настоящего изобретения. На фиг. 5 элементы, идентичные элементам с фиг. 1-3, обозначены такими же ссылочными номерами, тогда как отличающиеся элементы обозначены такими же ссылочными номерами, к которым добавлена буква В. Единственное различие между заклепкой на фиг. 5 и заклепкой на предыдущих чертежах заключается в том, что втулка 14В содержит две кольцевые канавки 146 и 148, выполненные на наружной поверхности гладкой трубчатой части 42В втулки 14В, расположенной в первой зоне G между расширенным выступом 40В и второй зоной U для формирования утолщения.

Вследствие их расположения в зоне втулки, которая расположена в контакте с внутренней стенкой отверстия конструкции, кольцевые канавки 146 и 148 сжимаются между втулкой 14В и конструкцией при приложении тягового усилия к винту для формирования утолщения. Таким образом, при сжатии канавки обеспечивают возможность компенсации изменений формы и размера утолщения из-за различных толщин, которые могут быть зажаты заклепкой 10В данной длины. В частности, канавки обеспечивают возможность формирования одного утолщения приемлемого диаметра систематически в контакте с невидимой поверхностью конструкций, которые должны быть собраны, независимо от толщины, которая будет скреплена, по всему диапазону размеров крепежной детали. Количество канавок, их формы и глубины могут изменяться по длине первой зоны G в зависимости от длины зоны G, толщины втулки и ее внешнего диаметра.

На фиг. 6 показан вид заклепки 10С согласно четвертому варианту реализации настоящего изобретения. В этом варианте реализации первая часть 28С управляющего элемента 16С представляет собой цилиндр и содержит фаску 34С с такой же функцией, как фаска 34 заклепки 10. Вторая управляющая часть 32С содержит многоугольные поверхности 36С, распределенные по ее периферии. В этом примере первая управляющая часть 28С выполняет функцию центрирования и направления управляющего элемента в установочный инструмент, тогда как вторая управляющая часть 32С выполняет функцию передачи вращающего момента между установочным инструментом и заклепкой 10С. Диаметр первой управляющей часть 28С в данном варианте реализации меньше или равен максимальному диаметру второй управляющей часть 32С. Длина первой управляющей часть 28С в осевом направлении больше, чем длина второй управляющей части 32С, в частности, для уменьшения углового отклонения в конце заклепки вследствие увеличения контактной поверхности между установочным инструментом и второй частью. Эта конфигурация, показанная на фиг. 12, обеспечивает возможность выравнивания осей заклепки и установочной головки с высокой точностью порядка одного градуса. Блокирующая часть 30С идентична блокирующей части заклепки 10 и выполняет такую же функцию, как остановка перемещения заклепки 10С в установочном инструменте. Втулка 14С содержит на противоположном от выступа конце фаску 44С, которая облегчает вставку заклепки в расточенное отверстие и гасит небольшой угловой зазор между осью заклепки 10С и осью установочной головки.

На фиг. 7А представлен вид с разрезом установочной головки 60, которая может быть использована на установочном инструменте и подходит для установки заклепки 10, 10А или 10В, рассмотренной в приведенном выше описании. Установочная головка 60 содержит полое цилиндрическое тело 62 с передней поверхностью 64, предназначенной для вхождения в контакт с открытой стороной конструкции. В центре передней поверхности 64 образовано отверстие 66 достаточного диаметра для обеспечения возможности прохода управляющего элемента 16 и головки 20 винта 12. Цилиндрическое тело 62 принимает в свое внутреннее пространство полую цилиндрическую неподвижную оболочку 68. Оболочка 68 расположена в теле 62 для обеспечения внутреннего кольцевого зазора Е в переднем конце тела 62 вблизи передней поверхности 64.

Мундштук 70 расположен в оболочке 68 и выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении и поворота в оболочке 68. Мундштук 70 содержит внутреннюю стенку 70А, ограничивающую проход 72, который проходит в осевом направлении по всей длине мундштука. Мундштук 70 содержит переднюю часть 74, у которой внешняя поверхность в форме усеченного конуса размещена в отверстии 66 тела. Внутренняя поверхность передней части 74, формирующая передний конец прохода 72, содержит первую приемную часть 76 с сопряженными поверхностями 80, передающими крутящий момент, взаимодействующие со шлицами 36 управляющих частей 28, 32 винта. Мундштук 70 содержит вторую приемную часть 78 в проходе 72, расположенную в осевом направлении на определенном расстоянии от первой части 76. Вторая приемная часть 78 также содержит сопряженные поверхности 80, передающие крутящий момент, взаимодействующие со шлицами 36 первой управляющей части 28 винта. В этом примере сопряженные поверхности 80, передающие крутящий момент, состоят из двадцати четырех осевых шлицов, выполненных на внутренней поверхности стенки 70А мундштука. Шлицы непрерывны от передней части мундштука 70 до противоположной задней части. Они равномерно распределены по внутренней поверхности стенки 70А и соответствуют расположению и количеству шлицов 36 управляющего элемента винта. Радиальные размеры шлицов установочной головки соответствуют радиальным размерам шлицов винта в пределах небольшого зазора, обеспечивающего возможность прямолинейного движения в осевом направлении между винтом и мундштуком.

Две приемные части 76, 78 отделены средней частью 82, в которой выполнено четыре паза 84 радиально через всю ширину стенки мундштука 70, открывающиеся в проход 72. Элемент 86, подвижный в радиальном направлении, расположен в каждом пазе 84. Подвижные элементы 86 обычно изготовлены из стали высокой твердости. Они содержат внутреннюю поверхность 88 тороидальной формы, сопрягаемую с блокирующей частью 30 управляющего элемента 16 винта, и внешнюю цилиндрическую поверхность 90, выполненную с возможностью скольжения в оболочке 68. Упругие средства (не показаны) кольцеобразно расположены в канавке 92, выполненной на внешней поверхности подвижных элементов и внешней поверхности мундштука. Упругий элемент стремится прижимать подвижные элементы радиально к внутренней стороне мундштука 70 во внутреннем проходе 72. Подвижные элементы обеспечивают возможность изменения внутреннего диаметра средней части 82 в зависимости от радиального положения, которое они принимают. В исходном положении или положении нулевого расстояния подвижные элементы 86 открыты в проход 72. Внутренний диаметр средней части 82 меньше, чем самый маленький диаметр приемных частей 76, 78. Этот внутренний диаметр соответствует наружному диаметру цилиндрической части блокирующей части 30 винта 16. В положении максимального расстояния подвижные элементы вжаты внутрь пазов 84 по направлению к наружной стороне мундштука 70 таким образом, что внутренний диаметр средней части по меньшей мере равен самому большому диаметру приемных частей 76, 78.

Внутренняя стенка 70А между второй приемной частью 78 и ее задним концом 96 гладкая и имеет диаметр, по меньшей мере равный самому большому диаметру приемных частей 76, 78 для обеспечения возможности удаления управляющего элемента 16 после его разрушения.

В целом на первой приемной части 76 установочная головка содержит поверхность с формой, подходящей для приема управляющих часть 28, 32 винта 12, поскольку эти две части скользят в первой части 76 установочного инструмента. На второй приемной части 78 установочная головка 60 содержит поверхность с формой, сопрягаемой с первой частью 28 управляющего элемента 16 винта, которая полностью размещается в этой приемной части.

На фиг. 7В показана установочная головка 60С, подходящая для установки заклепки 10С, содержащая тело 62С, оболочку 68С в форме усеченного конуса и цилиндрический мундштук 70С. Головка 60С содержит первую приемную часть 76С с двенадцатью шлицами, эквивалентными двенадцати шлицам второй управляющей часть 34С заклепки 10С. Головка также содержит вторую приемную часть 78С с гладкой цилиндрической внутренней поверхностью, с внутренним диаметром, идентичным - в пределах данного зазора - внешнему диаметру первой управляющей части 28С заклепки 10С. В этом примере подвижные элементы 86С имеют цилиндрическую наружную поверхность 90С без канавки и удерживаются на месте упругими средствами 98, проходящими между наружной поверхностью оболочки 68С и внутренней поверхностью тела 62С.

На фиг. 7С представлено изометрическое изображение периметрической пружины 98, видимой на фиг. 7В. Пружина 98 содержит круглый конец 100, внутренний диаметр которого насаживается без зазора на наружную поверхность оболочки 68С. Шесть гибких плеч 102, равномерно распределенных, проходят от конца 100.

Каждое гибкое плечо на конце, противоположном круглому концу, заканчивается в конечной части 104 по дуге, охватывающей угловую поверхность 60°. В исходном положении сборка шести конечных частей 104 формирует круглый конец с более меньшим внутренним диаметром, чем внешний диаметр средней части 82С. В этом примере пружина 98 установлена на оболочке 68С таким образом, что у каждой дугообразной части 104 есть часть, опирающаяся на среднюю часть 82С и на подвижный элемент 86С (фиг. 7D). Таким образом, когда подвижный элемент 86С перемещается радиально к внешней стороне, только часть каждой конечной части 104 подвергается радиальному усилию. Такая пружина 98 изготовлена из термообработанной и закаленной стали, значительно прочнее, чем упругая часть из резины и будет совершать большое количество установочных циклов, не требуя обслуживания. Эта пружина не становится овальной в отличие от пружины по меньшей мере с одной намотками и может оказывать сжимающее усилие на подвижные элементы 86 в очень ограниченном кольцевом пространстве.

Способ установки заклепки 10, описанный в отношении фиг. 1-3, в конструкции S изображен на фиг. 8-15. Для упрощения представлена только цельная конструкция S, но подразумевается, что данная конструкция состоит из нескольких собираемых конструкционных подэлементов.

Кроме того, способ установки, рассмотренный в приведенном ниже описании, одинаков со способом для установки заклепки 10А, 10В или 10С, представленным в приведенном выше описании.

В неустановленном состоянии заклепка 10 расположена, например, в контейнере Р и захвачена робототехническим устройством, обеспеченным установочной головкой 60, рассмотренной в приведенном выше описании. Согласно фиг. 8 установочная головка 60 продвигается вперед в направлении управляющего элемента 16 винта (стрелка F₁) до соприкосновения с ним. Направляемые фаской 34 управляющего элемента шлицы 36 первой управляющей части 28 проникают в осевом направлении в шлицы 80 первой приемной части 76 установочной головки 60. Фаска 34 отталкивает подвижные элементы 86 радиально к наружной стороне по мере приближения установочной головки к контейнеру и продвижения управляющего элемента 16 заклепки в мундштуке 70.

Расстояние между подвижными элементами достигает максимума, когда первая управляющая часть 28 расположена между двумя приемными частями 76, 78 установочной головки согласно фиг. 9.

При входе первой управляющей части 28 во вторую приемную часть 78 инструмента (фиг. 10), подвижные элементы возвращаются в радиальном направлении к внутренней части для входа в контакт с блокирующей частью 30 заклепки 10 под действием пружинного кольца, размещенного в канавке 92. Так управляющий элемент 16 винта полностью содержится в установочной головке 60. В этом положении первая управляющая часть 28 вставлена во вторую приемную часть 78 установочной головки, блокирующая часть 30 захвачена внутренними поверхностями 88 подвижных элементов, и вторая управляющая часть 32 вставлена в первую приемную часть 76 установочной головки. Затем мундштук 70 оттягивают назад таким образом, что подвижные элементы останавливаются напротив закругленной по радиусу части 30А. Так как оболочка 68 неподвижна в теле 62, цилиндрическая наружная поверхность 90 подвижных элементов постепенно проскальзывает в оболочку 68. Затем подвижные элементы 86 не могут больше перемещаться в радиальном направлении (фиг. 10 и 11). Под воздействием силы тяги ход подвижных элементов ограничен закругленной по радиусу частью 30А блокирующей части.

Поворот управляющего элемента 16 винта заблокирован в мундштуке вследствие зацепления сопрягаемых поверхностей управляющего элемента винта и приемных частей, выполненных с возможностью передачи вращающего момента, а также заблокировано смещение вследствие зацепления подвижных элементов и блокирующей части винта.

Центрирование, связанное с блокированием движения заклепки в установочном инструменте, обеспечивает опору с минимальным угловым зазором на конце 44 заклепки таким образом, что ось заклепки по существу коаксиальна с осью установочной головки. Согласно фиг. 11 ось заклепки 10 и ось мундштука 70 совпадают или по существу совпадают с угловым зазором менее, чем несколько градусов. Затем робот может переместиться к отверстию, выполненному в конструкции S и выровняться, например посредством оптического распознавания. Таким образом заклепка 10 по существу выровнена с осью отверстия.

Таким образом, заклепка 10 помещена роботом через отверстие с доступной стороны, уменьшенный диаметр 44 на конце крепежной детали (или фаска 44С для заклепки 10С), содействующий центрированию и направлению заклепки в отверстии. Отверстие в данном варианте реализации содержит коническое зенкование, выполненное с возможностью приема головки заклепки, содержащей выступ 40 втулки и головку 20 винта. Когда головка заклепки расположена в контакте с коническим зенкованием, резьбовой конец 26 высовывается из конструкции на невидимой стороне. В положении, показанном на фиг. 12, управляющий элемент 16 винта полностью вмещен в пределы управляющей головки 60, а передняя поверхность 64 прижата к выступу 40 втулки и открытой поверхности конструкции S.

Первый этап установки заклепки 10 состоит из формирования утолщения. Для этого мундштук 70 выполняет осевое перемещение в направлении от конструкции, в направлении стрелки F₂, в теле 62. В течение этого перемещения наружная поверхность 90 подвижных элементов 86 скользит в оболочке 68 до полного захвата подвижных элементов в мундштук 70. Таким образом, блокирующая канавка 30 винта жестко захватывается подвижными элементами 86, которые ограничивают осевое перемещение заклепки. На фиг. 12 мундштук 70 натягивает управляющий элемент 16 винта 12, выступ 40 втулки 14 неподвижно удерживается на конструкции передней поверхностью 64.

Мундштук 70 продолжает перемещаться в осевом направлении, приводя в движение резьбовую часть 26 винта и внутреннюю резьбу 48 втулки к невидимой стороне конструкции S до формирования утолщения 58, одна поверхность которого упирается в невидимую поверхность (фиг. 13). Головка 20 винта 12 затем содержится в кольцевом зазоре Е установочной головки.

Второй этап состоит из вворачивания винта 12 во втулку 14 для введения головки 20 винта в выступ 40 втулки. Тяговое усилие, приложенное к мундштуку 70, прекращается, и поворотное движение прикладывается к мундштуку, который теперь свободно перемещаться продольно в направлении конструкции (стрелка F₃ на фиг. 14). На фиг. 14 изображен конец этого движения: мундштук 70 возвратился на свое начальное место в оболочке 68 таким образом, что подвижные элементы 86 снова свободно перемещаются радиально в пределах нагрузки упругих средств. Подвижные элементы остановились напротив второй круговой части 30В зоны блокирования. Головка 20 винта расположена в выступе 40 втулки. Резьбовая часть 26 винта в значительно выступает от более тонкой части 44 втулки 14.

Третий этап состоит из завершения установки заклепки путем разрушения управляющего элемента 16 винта. После размещения головки 20 винта в выступе 40 втулки мундштук 70 продолжает поворачиваться. Вращающий момент передается к винту через две управляющие части 30, 32 винта. Канавка 18 разрушения выполнена с возможностью разламывания при превышении определенного уровня вращающего момента. Она разламывается при достижении этого порогового значения, оставляя головку 20 расположенной заподлицо с открытой поверхностью конструкции S.

После разрушения управляющий элемент 16 удаляется через заднюю или переднюю часть установочной головки. На фиг. 15 показано покомпонентное изображение установочной головки 60, отломленного управляющего элемента 16 и заклепки 10, установленной в конструкции S.

Установочная головка 60 затем отводится для передвижения к следующей заклепке, которая должна быть захвачена. И цикл установки может начаться заново.

Заклепка и установочная головка согласно настоящему изобретению структурно не ограничены исключительно примерами, представленными в приведенном выше описании. Например, головка заклепки может выступать вместо того, чтобы быть утопленной. Управляющая часть или части 30, 32, выполненные с возможностью передачи вращающего момента, могут содержать двенадцать шлицов, многоугольные поверхности или любые другие средства, обеспечивающие возможность передачи вращающего момента. Она также может иметь круглую секцию. В этом случае установочная головка содержит в сопрягаемой приемной части круглые средства для передачи крутящего момента, такое как роликовая обойма.

Заклепка может объединять несколько вариантов реализации, указанных в приведенном выше описании. Например, втулка 14 может содержать два сваренных втулочных элемента 14А', 14А" и канавки 146, 148 сжатия на наружной поверхности первого элемента 14А'. В качестве альтернативы втулка 14 может содержать один втулочный элемент и кольцевую канавку на ее наружной поверхности.

Блокирующая часть 30 может принимать различные формы при условии, что они обеспечивают возможность блокирования движения заклепки в установочном инструменте. Например, блокирующая часть может быть цилиндрической, такого же внешнего диаметра как смежные управляющие части и содержать непрерывное круглое или продолговатое отверстие, выполненное с возможностью приема подвижного элемента установочного инструмента, скользящего в радиальном направлении.

Пазы 84 и подвижные элементы 86 могут измениться по количеству и по форме, сопрягаемой с формой блокирующей части 30 заклепки. Пазы должны обеспечивать возможность радиального движения подвижных элементов 86 вокруг управляющего элемента 16 винта при вставке его в установочную головку 60. Может быть предусмотрен только один паз, в котором размещен один подвижный элемент, например в форме вилки с двумя ответвлениями, выполненными с возможностью поддерживания блокирующей части уменьшенного внешнего диаметра описанных заклепок 10, 10А, 10В или 10С, или в форме пальца, скользящего радиально по отверстию. Кроме того, подвижные элементы 86 могут быть заменены шарами или элементами конической формы.

Внутренняя оболочка 68 может быть заменена кольцевым буртом, выполненным на внутренней поверхности тела 62, расположенным по достаточной длине для блокирования подвижных элементов 86 в радиальном направлении при тяге винта для формирования утолщения.

Изобретение относится к односторонним крепежным элементам и направлено на повышение автоматизации установки заклепки. Заклепка содержит винт с управляющим элементом, канавкой разрушения, выполненной с возможностью выдерживания растягивающего напряжения и разрушения под действием напряжения кручения, головкой, отделенной от управляющего элемента канавкой разрушения, гладким стержнем и резьбовой частью; втулку, содержащую выступ, выполненный с возможностью приема головки, и трубчатый стержень, содержащий внутреннюю резьбу, предназначенную для вхождения в зацепление с резьбовой частью винта. Управляющий элемент винта содержит первую управляющую часть, выполненную с возможностью направления введения заклепки в установочный инструмент, и вторую управляющую часть, выполненную с возможностью передачи вращающего момента. Указанные две управляющие части отделены блокирующей частью, выполненной с возможностью ограничения осевого перемещения заклепки в указанном установочном инструменте. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Заклепка (10, 10А, 10В, 10С), содержащая винт (12) с управляющим элементом (16), канавкой (18) разрушения, выполненной с возможностью выдерживания растягивающего напряжения и разрушения под действием напряжения кручения, головкой (20), отделенной от управляющего элемента канавкой разрушения, гладким стержнем (22) и резьбовой частью (26); втулку (14, 14А), содержащую выступ (40), выполненный с возможностью приема головки (20), и трубчатый стержень (42, 42А, 42В), содержащий внутреннюю резьбу (48), предназначенную для вхождения в зацепление с резьбовой частью (26) винта, отличающаяся тем, что управляющий элемент (16) винта содержит первую управляющую часть (28, 28С), выполненную с возможностью направления введения заклепки в установочный инструмент, и вторую управляющую часть (32, 32С), выполненную с возможностью передачи вращающего момента, причем указанные две управляющие части отделены блокирующей частью (30), выполненной с возможностью ограничения осевого перемещения заклепки в указанном установочном инструменте.

2. Заклепка (10, 10А, 10В, 10С) по п. 1, в которой блокирующая часть содержит цилиндрическую среднюю часть и соединена с каждой управляющей частью закругленной по радиусу частью (30А, 30В).

3. Заклепка (10А) по п. 1, в которой втулка (14А) содержит два соединенных сваркой элемента (14А', 14А'').

4. Заклепка (10, 10А, 10В, 10С) по п. 1 или 3, в которой втулка содержит зону (U) для формирования утолщения с пределом упругости меньше, чем предел упругости остальной части втулки.

5. Заклепка (10В) по п. 1, 2 или 3, в которой втулка содержит по меньшей мере одну канавку (146, 148) сжатия, выполненную на наружной части трубчатого стержня (42) втулки между выступом (40) и зоной (U) для формирования утолщения (58).

6. Заклепка (10, 10А, 10В, 10С) по п. 1, в которой передача крутящего момента выполнена посредством шлицов с многоугольными поверхностями или цилиндрической поверхностью.

7. Заклепка (10, 10А, 10В, 10С) по п. 1, в которой первая управляющая часть (28, 28С) содержит фаску (34, 34С).

8. Заклепка (10, 10А, 10В, 10С) по п. 1, в которой втулка содержит конечную часть (44, 44С), противоположную выступу (40), с внешним диаметром, меньшим, чем внешний диаметр стержня (42).

9. Установочная головка (60, 60С) для установки заклепки (10, 10А, 10В, 10С) по любому из пп. 1-8, содержащая цилиндрическое тело (62) с передней поверхностью (64) со сквозным отверстием, трубчатую оболочку (68), расположенную в теле, мундштук (70), расположенный в оболочке и образующий внутренний проход (72), отличающаяся тем, что мундштук (70) содержит две приемные части (76, 78; 76С, 78С) для управляющего элемента (16) заклепки с формой, сопрягаемой с указанными управляющими частями (28, 32, 28С, 32С),

причем по меньшей мере одна из приемных частей выполнена с возможностью передачи крутящего момента, а приемные части разделены в осевом направлении средней частью (82), содержащей по меньшей мере один элемент (86), подвижный в радиальном направлении во внутреннем проходе и выполненный с возможностью ограничения осевого перемещения заклепки.

10. Установочная головка (60) по п. 9, в которой крутящий момент передан посредством шлицов (90), посредством многоугольных поверхностей или роликовой обоймой.

11. Установочная головка (60) по п. 9, в которой средняя часть (82) содержит по меньшей мере один паз (84), в котором размещен радиально подвижный элемент (86).

12. Установочная головка (60) по п. 9, в которой упругое средство (98) в радиальном направлении поджимает подвижный элемент (86) в сторону внутренней части мундштука.

13. Установочная головка (60) по п. 9, в которой мундштук (70) выполнен с возможностью перемещения в осевом направлении и поворота в оболочке (68).

14. Способ установки заклепки (10, 10А, 10В, 10С) по любому из пп. 1-8 с использованием установочной головки (60, 60С) по любому из пп. 9-13, отличающийся тем, что способ содержит этапы:

- зацепления установочной головки с управляющим элементом (16) винта,

- осевой тяги на управляющем элементе (16) и формирования утолщения (58) на втулке (14, 14А, 14В),

- ввинчивания винта (12) во втулку и разрушения управляющего элемента винта на уровне канавки (18) разрушения,

отличающийся тем, что в течение этапа зацепления установочной головки с управляющим элементом (16) винта радиально подвижный элемент (86) ограничивает осевое перемещение заклепки в установочной головке.

15. Способ установки по п. 14, отличающийся тем, что в течение этапов формирования утолщения, ввинчивания винта и разрушения управляющего элемента управляющие части (28, 32; 28С, 32С) винта содержатся в приемных частях мундштука (70, 70С), причем блокирующая часть (30) винта прижата к подвижному элементу (86), а мундштук (70, 70С) расположен в оболочке (68, 68С) для предотвращения любого радиального перемещения подвижного элемента (86).