螺母板的製作方法
2023-10-11 04:20:29 1
專利名稱：螺母板的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種一般用於航天工業中的無鉚釘螺母板。
背景技術：
螺母板用於在航天和商業應用場合中把結構和非結構部件固定在一起。當今正採用許多不同設計結構的螺母板。兩個主要的品種是鉚接螺母板和擴口的無鉚接螺母板。在鉚接螺母板中，使用兩個或更多鉚釘來把螺母板主體固定到工件上。無鉚接螺母板基本上由三個部件組成一個螺母元件、一個夾持支架和一個連接套管。這些螺母板連接和固定到工件上的方法是根據兩個特徵(1)通過把支架套管組件壓入或者拉入到工件孔內，該套管插入到工件孔內。在該套管上的細齒/凸起結構與工件壁接觸，從而提供抵抗螺母板旋轉的阻力。
(2)在該套管插入到該工件孔之後，套管端部對著工件相對側擴張，提供了抵抗在使用螺母板期間出現的頂出力的阻力。在第4,732,518號美國專利中公開了這類無鉚接螺母板的一個實例，其中該專利中描述了套管抵抗較大的幹涉力而插入工件內部，然後該套管變形以使套管端部擴張。該套管在其中具有細齒/凸起，其中該細齒/凸起結構較長並逐漸變細，從而該細齒/凸起伸入到工件壁內。該逐漸變細特徵、長度和特有的幾何形狀是必要的，從而採用為該用途選擇的安裝方法使安裝成為可能。具有逐漸變細和延伸細齒凸起結構的』518專利的主要目的是，通過把負載分配到整個工件上並提供由於套管插入到工件內而產生的膨脹，提高工件的疲勞壽命，同時對工件孔周圍附近的材料冷處理。然而如在4,732,518號美國專利中論述的那樣，用現今設計的工具安裝無鉚接螺母板顯得笨重、緩慢、複雜、昂貴以及經常出故障。此外，製備孔還需要非常精確而且為平齊安裝需要鑽孔或者擴口。這些缺點限制了無鉚接螺母板的使用。無鉚接螺母板的擴張並且在許多方面是不利的，如複雜的工具、實現平齊安裝的專門孔的製備(如鑽孔和擴孔)、夾持長度限制、在套管和工件壁之間的間隙形成以及較長的長度，從而使無鉚接螺母板成為一個相對較重的部件。在5,096,349號、5,245,743號、5,405,228號以及5,704,747號美國專利中描述了四種其它無鉚接螺母板設計，這些是用來防止擴張，不過每個都具有與此關聯的缺陷。5,704,747號美國專利的設計依靠粘合劑把螺母板固定到該結構上。5,096,349號、5,245,743號以及5,405,228號美國專利的設計沒有用來把螺母板固定到結構內的粘合劑或者凸起。這些設計採用了大量的冷加工孔和高度幹涉嚙合，其中利用硬化銷作為安裝工具以使套管部在該結構內擴張。該套管是平滑的，同時由於高度膨脹，形成的摩擦力被期望保持該螺母板並提供希望的機械性能。用於該緊固件設計的基本目的是提高接合點的機械疲勞性能。用於該設計的零件非常昂貴，安裝費用大並麻煩，而且孔製備需要非常精確。因此，該設計的總成本非常大從而應用受到限制。在該領域還曾報導過的是，由於需要較大擴張，該接收結構可能超過可接受限值變形，從而產生損壞而不能使用孔結構。因此，就需要克服先有技術無鉚接螺母板設計缺陷的無鉚接螺母板設計。本發明供給這樣的一種無鉚接螺母板設計。
發明內容
該發明的一個主要的目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，其中該螺母板將使無鉚接螺母板到工件的安裝得到簡化。
該發明的一個目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，其中該螺母板利用了一種新穎的工具原理來提高螺母板到工件上的安裝速度，同時該螺母板確保螺母板的套管與工件的適當嚙合。
該發明的另一個目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，其中該螺母板將極大地擴展無鉚接螺母板在航天應用場合以及商業上的使用。
該發明的又一個目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，其中該螺母板滿足扭矩輸出的特定要求，而該扭矩輸出能抵抗作用在孔軸周圍螺母板上的扭矩。
該發明的又一個目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，其中該螺母板滿足頂出的特定要求，而該頂出特性能抵抗沿著孔軸特定的外加力。
該發明的又一個目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，該螺母板滿足疲勞的特定要求，而該疲勞特性為使接收結構阻力變成動力載荷的安裝特性。
該發明的再一個目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，其中該螺母板把支架和套管元件結合成單個元件，由此減少了一個部件，以極大地簡化了元件組件，降低了總成本並改善了操作和機械的性能。
該發明的又一個目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，其中在無鉚接螺母板安裝時，該螺母板不允許在螺母板套管部分和工件壁之間形成間隙。
該發明的另一個目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，其中該螺母板使套管在工件孔內擴大，以確保在整個孔內與工件密切接觸，同時該螺母板誘發提高工件疲勞壽命的殘餘壓應力。
該發明的又一個目的是提供這樣一種無鉚接螺母板，其中如果第一螺母磨損時，該螺母可輕易地由另一個螺母替代。
該發明的又一個目的是在插入到工件孔內管狀部分的外壁上提供凸起或者肋線，這將有助於改善頂出、扭矩輸出和疲勞特徵。
簡要地說，根據上文描述，該發明提供一種新穎螺母板的三個實施例。
該發明的第一實施例提供了一種螺母板，其中該螺母板包括一個螺母、一個夾持支架和一個杆。該夾持支架具有一個管狀部分和支架部分。該管狀部分具有貫穿其中的孔，而該孔限定了逐漸變細的內壁同時限定了一個肩部。該管狀部分具有帶有從其中延伸凸起的外壁。該支架部分從管狀部分伸出並具有一對帶從其中延伸折邊的相對側壁和在其中設置的槽。該螺母具有帶從其相對側伸出的翼片的基部和帶有從其中向上貫穿延伸的螺紋孔的圓筒部分。該杆具有一個擴大可變形的頭部和一個從其中延伸的細長圓筒部分。在操作中，該杆插入到管狀部分的孔內，從而該擴大頭部依靠在肩部上。該螺母然後被插入夾持支架的支架部分中，從而螺母的翼片設置在支架部分的槽內，以固定螺母並允許螺母在橫向和縱向相對於支架部分浮動。該管狀部分接著被插入到工件孔內，從而該支架部分依靠在工件的頂部。該杆然後經過管狀部分的孔拉出，以把管狀部分擴展到由工件孔限定的壁內。該管狀部分外壁上的凸起嵌入到工件壁內，以提高頂出和扭矩輸出特性。當杆的頭部經過管狀部分孔拉出時，該頭部將變形以呈現與管狀部分擴展內壁的擴展尺寸對應的幾何形狀。一旦完全地經過孔拉出，該管狀部分固定地連接到工件上，同時該杆可廢棄。
該發明的第二實施例提供了一種螺母板，其中該螺母板包括一個螺母、一個支架、一個套管和一個杆。第二實施例的螺母板基本上與第一實施例的螺母板相同，所不同的是，第一實施例的夾持支架設於兩個分開部件上，即帶有套管的支架和套管與夾持支架的管狀部分類似，而支架與夾持支架的支架部分類似。第二實施例的螺母板連接操作實際上以與第一實施例螺母板連接的相同方式進行。
該發明的第三實施例提供了一種螺母板，其中該螺母板包括一個螺母、一個夾持支架、一個杆和一個保持件。該夾持支架具有一個管狀部分和支架部分。該管狀部分具有貫穿其中的孔，而該孔限定了逐漸變細的內壁同時限定了一個肩部。該內壁也可具有從其中延伸的凸緣。該管狀部分具有帶有從其中延伸凸起的外壁。該凸起為一系列的高凸起和低凸起，其中該高凸起具有一個靠近支架部分的傾斜部。該支架部分從管狀部分伸出並具有一個帶有從其中延伸的突起的基部和一對從其中延伸具有設置在其中的槽的相對側壁。該螺母具有一個基部和一個圓筒部分，其中該基部在相對端具有凹槽，而圓筒部分具有從其中向上貫穿延伸的螺紋孔。該杆具有一個擴大可變形的頭部和一個從其中延伸的細長圓筒部分。該保持件優選的是一個彈簧件，該彈簧件可嵌入到支架部分的槽內。在操作中，該杆插入到管狀部分的孔內，從而該擴大頭部依靠在肩部上。該螺母然後被插入夾持支架的支架部分中，從而該螺母的凹槽接收基於支架部分的突起。該保持件接著設置在支架部分的相對側壁的槽內，從而該螺母保持在保持件和支架部分之間，但可在橫向和縱向浮動。該管狀部分接著被插入到工件孔內，從而該支架部分依靠在工件的頂部。該杆然後經過管狀部分的孔拉出，以把管狀部分擴展到由工件孔限定的壁內。管狀部分的高凸起和低凸起嵌入在工件壁內，以提高頂出和扭矩輸出特性，該高凸起把材料移動到低凸起，從而該低凸起與工件壁形成密封。當杆的頭部經過管狀部分孔拉出時，該頭部將變形以呈現與管狀部分擴展內壁的擴展尺寸對應的幾何形狀。一旦完全地經過孔拉出，該管狀部分固定地連接到工件上，同時該杆可廢棄。
在下文詳細描述被認為是新穎的發明的特徵。通過參照結合附圖的以下描述，可更好地理解發明的結構與操作構成與方式以及其進一步目的和優點，其中相同標號表示相同元件。
圖1a-1c為固定到工件上的發明第一實施例的螺母板側面立式剖面圖；圖2為發明第一實施例的螺母板夾持支架的側面立式剖面圖；
圖3為發明第一實施例的螺母板的夾持支架的側面立式剖面圖；圖4a-4g為發明第一實施例螺母板的夾持支架的透視圖，其中每個均具有用於管狀部分外部壁上凸起或者肋線的不同結構；圖5為發明第一實施例螺母板的夾持支架可選擇設計的透視圖；圖6為如圖5所示螺母板可選擇設計的側面立式剖面圖；圖7為發明第二實施例螺母板的分解透視圖；圖8為發明第二實施例螺母板的側面立式剖面圖，其中在把該螺母板固定到一個工件前，該螺母板位於該工件內；圖9為發明第二實施例螺母板的側面立式剖面圖，其中在把該螺母板固定到一個工件後，該螺母板位於該工件內；圖10為發明第三實施例螺母板的分解透視圖；圖11為發明第三實施例螺母板的側面立式剖面圖；圖12a-12c為固定到工件上的發明第三實施例的螺母板側面立式剖面圖；圖13為發明第三實施例螺母板的夾持支架的底部透視圖；圖14為發明第三實施例螺母板的夾持支架的上部透視圖；圖15為發明第三實施例螺母板的夾持支架的側面立式剖面圖；圖16為發明第三實施例螺母板的可選擇夾持支架的側面立式剖面圖。
具體實施例方式
雖然本發明可以不同形式的實施例出現，在附圖中示出並在這裡將詳細地描述具體的實施例，其中可以理解的是，本說明書將考慮發明原理的範例，同時不想把發明限定成示出的那樣。
圖1-6中示出了一種螺母板100的第一實施例，在圖7-9中示出了該螺母板200的第二實施例，同時在圖10-16中示出了該螺母板300的第三實施例。相似元件用相似標號表示，其中第一實施例為一百，第二實施例為兩百，而第三實施例為三百。
下面注意如圖1-6所示發明的第一實施例的螺母板100。該第一實施例的螺母板100包括一個螺母102、一個夾持支架104和一個杆106。
從圖2-3中清楚地看到，夾持支架104在側面看為大致Y形，並包括一個管狀部分108和一個支架部分110，其中該支架部分從管狀部分108在第一端112向外延伸。該支架部分110包括一個基部114和相對的直立的側壁116，118。折邊120，122從側壁116，118上端部伸出並從那裡向外突出。槽124，126貫穿支架部分110的側壁116，118。該側壁116，118和折邊120，122優選的是由彈性材料形成。
該管狀部分108從支架部分110的基部114在與該支架部分側壁116、118相反方向上延伸。該管狀部分108具有一個穿過的孔128，該孔限定了管狀部分108的內壁130。該管狀部分108還具有一個外壁136。在該管狀部分108的第一端112，該內壁130限定了孔128的第一內徑。在與管狀部分108第一端112的最小距離處，該內壁130向內逐漸變細，以提供一個肩部132並限定孔128的第二內徑，並因此限定管狀部分108在外壁136和肩角132之間的管壁厚度。在外壁136和肩部132之間的管狀部分108管壁厚度優選的是0.010英寸。在管狀部分108肩部132的孔128第二內徑小於在該管狀部分108第一端112的孔128的第一內徑。從肩部132到管狀部分108第二端134，該內壁130逐漸變細或者帶有階梯，從而在管狀部分108第二端134的內壁130限定了第三內徑，並因此限定了在管狀部分108第二端134的管狀部分108的管壁厚度。在管狀部分108第二端134的管壁厚度優選的是0.014英寸，因此該管壁厚度大於在外壁136和管狀部分108肩部132之間的管壁厚度。在管狀部分108第二端134的孔128的第三內徑小於在該管狀部分108肩部132的孔128的第二內徑。
該管狀部分108的外壁136從支架部分110下面伸到管狀部分108的第二端134。凸起或者肋線140從管狀部分108的外壁136向外延伸。該凸起140可在該外壁136上以許多不同的形狀形成，如在圖4a-4g所示那樣為軸向直邊、傾斜或者螺旋狀。優選的是，該凸起140如圖2和4b示出的那樣形成，其中該凸起140沿著外壁136軸向直邊。鄰近的凸起140彼此隔開設置，因此間隙141設置在相鄰凸起140之間。該凸起140還具有在支架部分110底面138附近的傾斜部143，從而該凸起140在支架部分110的底面138附近是較厚的。該凸起140的傾斜部143提供了支架部分110的改善的扭矩。
如圖1a-1c所示，該螺母102包括一個圓筒部142和一個平底部144，該平底部144在其一端從該圓柱部142向外延伸。該圓筒部142具有一個貫穿的孔146，該孔限定了圓筒部142的內徑。在該內徑的該圓筒部142通常帶有螺紋，從而如螺栓的工件可固定在其中。該平底部144進一步限定了在相對方向徑向地向外延伸的翼片或翼翅148，150。該翼片148，150嵌入在夾持支架104的支架部分110的槽124，126內，從而該螺母102保持靠在夾持支架104上，以防止在螺母102和夾持支架104之間的實質移動。該翼片148，150在尺寸上比該槽124，126較小，以便使螺母102相對於夾持支架104有限浮動。
如圖1a-1c所示，杆106在其第一端154包括一個擴大頭部152和從該擴大頭部152伸出的一個細長圓筒部分156。該擴大頭部152具有一個小於管狀部分108第一內徑但比該管狀部分108第二內徑較大的一個直徑。該擴大頭部152朝該圓筒部分156逐漸變細，該圓筒部分156具有小於管狀部分108第三內徑的直徑。該圓筒部分1 56具有一個靠近杆106第二端160的工具嚙合段158。該擴大頭部152可在其中具有一個空腔162，以輔助該擴大頭部152的變形，這些將在這裡進一步論述，不過不必提供該空腔162使該擴大頭部152變形。
如圖1a所示，在操作中，在夾持支架104管狀部分108的第一端112，杆106第二端160被插入該夾持支架104管狀部分108的孔128中，直到杆106的擴大頭部152遇到來自管狀部分108內壁130的肩部132的阻力。
然後，通過向外偏斜折邊120，122和夾持支架104的側壁116，118，同時把螺母102的翼片148，150插入到側壁116，118的槽124，126內，該螺母102連接到夾持支架104上。接著，如圖1a示出的那樣，讓折邊120、122和側壁116，118返回到它們的正常位置，從而把螺母102連接到夾持支架104上，允許螺母102相對於夾持支架104的浮動。
如圖1b所示，該夾持支架104的管狀部分108然後被插入工件166的孔164中，從而夾持支架104的支架部分110底面138支撐在工件166的頂面168上。該孔164具有比夾持支架104管狀部分108的直徑略微大的直徑。該孔164具有大於或者等於夾持支架104管狀部分108長度的長度，從而該管狀部分108沒有越過工件166的孔164延伸。
如圖1b所示，一個保持或者鄰接力F1施加到工件166的底面170上，同時一個工具(未示出)與杆106的嚙合段158嚙合，此外，把在軸向並與力F1相反方向的一個力F2施加到杆106上。在杆106上的力F2使夾持支架104的管狀部分108和支架部分110穩固地地靠在工件166上並位於其中。
在力F2施加到杆106上後，當擴大頭部152變形到該擴張內壁130的尺寸時，如果設置擴大頭部152的空腔162的話，則在該空腔162輔助下，該擴大頭部152遇到來自內壁130肩部132的阻力，從而該內壁130強制徑向地向外擴張。當管狀部分108的內壁130從肩部132到該管狀部分108的第二端134向內逐漸變細或者具有階梯時，該擴大頭杆152一致地具有一個外徑，該外徑比管狀部分108的內壁130的直徑大，儘管該擴大桿頭152變形到呈現與管狀部分108擴張內壁130的尺寸對應的幾何形狀。因此，施加於該擴大桿頭152上的軸向力F2將使管狀部分108的內壁130持續徑向膨脹。當內壁130通過該擴大頭部152連續地膨脹時，該管狀部分108的外壁136在孔164內抵靠工件166壁連續徑向地向外擴張，從而以與孔164的壁固定和緊密嚙合的關係把凸起140嵌入在工件壁上。該凸起140的傾斜部143進一步嵌入到工件166的壁內，以提供夾持支架104的改善的扭矩輸出。如圖1c所示，當該擴大頭部152經過管狀部分108的孔128被完全拉出時，該夾持支架104固定到工件166上，而該杆106可能報廢。如螺栓的工件可因此固定到該螺母板100上。
杆106的擴大頭部152將最初使管狀部分108擴張，同時把壓縮載荷施加在部件上，以使它們抵靠在工件166的上表面168上。該管狀部分108將擴大以與工件166中孔164的壁嚙合。當這種情況發生時，確立了足以使該頭部152徑向地變形的徑向力。因此，該頭部152可控制在工件164內公差變化，並將連續地使該管狀部分108徑向地向外變形，以用足夠力與孔壁嚙合，從而使在管狀部分108外壁136上凸起140或者替代結構嵌入到孔164的壁內。可理解的是，管狀部分108增加的管壁厚度確保了沿著管狀部分108的整個長度連續發生徑向變形，以獲得在孔164壁中凸起140的需求程度的嚙合，從而實現了改善的扭矩輸出、頂出和疲勞特徵。
在圖5-6中示出了圖1-4中螺母板100的一個可選擇設計，該設計用螺母板100a表示。該螺母板100a包括一個螺母102a、一個夾持支架104a和一個杆(未示出)。
下面注意圖7-9示出的螺母板200的第二實施例。第二實施例的螺母板200包括一個螺母202、一個支架203、一個套管205和一個杆206。由於螺母板200的螺母202和杆206在結構上與第一實施例螺母板100的螺母102和杆106一致，這些部件在這裡不再描述，其中可以理解的是，對螺母202的描述與螺母102的相同，而對杆206的描述與杆106的相同。相似標號將表示相似元件。實際上，在該實施例中，支架203和套管205是分離部件，而在以前的實施例中作為夾持支架104是整體的。因此，該支架203和該套管205結合形成一個夾持支架204。
在側面上看，該螺母板200的支架203為大致U形，並包括一個基部214和相對直立的側壁216、218。折邊220、222從側壁216、218上端部伸出並從那裡向外突出。槽224、226貫穿支架203的側壁216、218。該側壁216，218和折邊220，222優選的是由彈性材料形成。一個相對較大的開口227形成在基部214的中心。
該套管205包括一個管狀部分208和頭部209，該頭部209在套管205的第一端211垂直於該管狀部分208延伸。該頭部209限定了在相對方向徑向地向外延伸的翼片或翼翅272，274。該翼片272，274嵌入在支架203的槽216，218內。該管狀部分208具有一個穿過的孔228，該孔限定了管狀部分208的內壁230。在套管205的第一端211，該內壁230限定了一個第一內徑。在與套管205第一端211的最小距離處，內壁230向內逐漸變細，以提供一個肩部232，同時限定一個第二內徑，其中第二內徑小於該第一內徑。從該肩部232到套管205的第二端213，該內壁230略微地逐漸變細或帶有階梯，從而在套管205第二端213的內壁230限定了一個第三內徑，其中該第三內徑小於第二內徑，等等，從而在套管205第二端213的管狀部分208管壁厚度比設置肩部232處附近的更大。
管狀部分208的外壁236從頭部209的底面276伸出到套管205的第二端213。凸起240從套管205的外壁236向外延伸。該凸起240可在外壁236上以許多不同外形而形成。
在操作中，該支架203位於具有孔264的工件266的頂面268上，從而支架203的開口227與工件266的孔264對準。該套管205的管狀部分208然後經過支架203的開口227插入並進入工件266的孔264內。該孔264具有一個直徑，該直徑比套管205的管狀部分208的直徑略微大。支架203的側壁216，218是偏斜的，以使頭部209的翼片272，274被插入側壁216，218的槽224，226中。
該杆206的第二端260接著在套管205第一端211插入到該套管205的孔228中，直到杆206的擴大頭部252與套管205的內壁230肩部232接觸。
然後，通過向外偏斜折邊220，222和夾持支架203的側壁216，218，同時把螺母202的翼片248，250插入到在套管205頭部209的翼片272，274之上的側壁216，218的槽224，226內，該螺母202連接到夾持支架203上。接著，讓折邊120、122和側壁216，218返回到它們的正常位置，從而把螺母202連接到套管205和支架203上，允許螺母200相對於支架203和套管205的浮動。
保持力或鄰接力F1施加到工件266的底面270上，同時工具(未示出)與杆260的工具嚙合區258嚙合，並把力F2施加到杆206上，該力為軸向並以與力F1相反的方向施加到工件266上。在杆206上的力F2使套管205和支架203牢固地抵靠在工件266上並位於其中。
在力F2施加到杆206上後，當擴大頭部252變形到該擴張內壁230的尺寸時，如果設置擴大頭部252的空腔(未示出)的話，則在該空腔輔助下，該擴大頭部252遇到來自內壁230肩部232的阻力，從而該內壁230強制徑向地向外擴張。當管狀部分208的內壁230從肩部232到該套管205的第二端213向內逐漸變細或者具有階梯時，該擴大頭部杆252一致地具有一個外徑，該外徑比管狀部分208的內壁230的直徑大，儘管該擴大桿頭252變形到呈現與管狀部分208擴張內壁230的尺寸對應的幾何形狀。因此，施加於該擴大桿頭252上的軸向力F2將使管狀部分208的內壁230持續徑向膨脹。當內壁230通過該擴大頭部252連續地膨脹時，該管狀部分208的外壁236在孔264內抵靠工件266壁連續徑向地向外擴張，從而以與孔264的壁固定和緊密嚙合的關係把凸起240嵌入在工件壁上。當該擴大頭部252經過管狀部分208的孔228被完全拉出時，該套管205以及因此該支架203和該螺母202固定到工件266上，而該杆206可以廢棄。如螺栓的工件可因此固定到該螺母板200上。杆206的擴大頭部252將最初使管狀部分208擴張，同時把壓縮載荷施加在部件上，以使它們抵靠在工件266的上表面268上。該管狀部分208將擴大以與工件266中孔264的壁嚙合。當這種情況發生時，確立了足以使該頭部252徑向地變形的徑向力。因此，該頭部252可控制在工件264內公差變化，並將連續地使該管狀部分208徑向地向外變形，以用足夠力與孔壁嚙合，從而使在管狀部分208外壁236上凸起240或者替代結構嵌入到孔264的壁內。可理解的是，管狀部分208增加的管壁厚度確保了沿著管狀部分208的整個長度連續發生徑向變形，以獲得在孔264壁中凸起240的需求程度的嚙合。
下面注意如圖10-16所示發明的第三實施例的螺母板300。該第一實施例的該螺母板300包括一個螺母302、一個夾持支架304、一個杆306和一個保持件307。從圖13-15中清楚地看到，夾持支架304在側面看為大致Y形，並包括一個管狀部分308和一個支架部分310，其中該支架部分從管狀部分308在一個第一端312向外延伸。該支架部分310包括一個基部314和相對的直立的側壁316，318。該基部314具有一對突起317，319，該突起從基部314向上伸出。突起317設置在基部314的邊緣321近端，而突起319設置在基部314的邊緣323近端。槽324，326貫穿支架部分310的側壁316，318。
該管狀部分308從支架部分310的基部314在與該支架部分側壁316，318和支架部分310的突起317，319相反方向上延伸。從圖15可清楚地看到，該管狀部分308具有貫穿的孔328，該孔限定了管狀部分308的內壁330。該管狀部分308還具有一個外壁336。在該管狀部分308的第一端312，該內壁330限定了孔328的一個第一內徑。在與管狀部分308第一端312的最小距離處，該內壁330向內彎曲，以提供一個肩部332並限定孔328的一個第二內徑，並因此限定管狀部分308在外壁336和肩角332之間的管壁厚度。在外壁336和肩部332之間的管狀部分308管壁厚度優選的是0.010英寸。在管狀部分308肩部332的孔328第二內徑小於在該管狀部分308第一端312的孔328的第一內徑。從肩部332到管狀部分308第二端334，該內壁330逐漸變細或者帶有階梯，從而在管狀部分308第二端334的內壁330限定了一個第三內徑，並因此限定了在管狀部分308第二端334的管狀部分308的管壁厚度。在管狀部分308第二端334的管壁厚度優選的是0.014英寸，因此該管壁厚度大於在外壁336和管狀部分308肩部332之間的管壁厚度。在管狀部分308第二端334的孔328第三內徑小於在該管狀部分308肩部332的孔328的第二內徑。
該管狀部分308的外壁336從支架部分110下面伸到管狀部分308的第二端334。凸起或者肋線340從管狀部分308的外壁336向外延伸。該凸起340可在該外壁336上以許多不同的形狀形成，不過優選的是，該凸起340以如圖13所示的那樣形成。如圖13所示，該凸起340沿著外壁336軸向直邊，從而它們從管狀部分308的第二端334伸到支架部分310的底面338。兩個不同類型的凸起340沿著外壁336設置，即高凸起340a和低凸起340b。該高凸起340a從外壁336向外比該低凸起340b延伸更大距離。該高凸起340a和該低凸起340b在外壁336周圍交替設置，從而每個高凸起340a設置在兩個低凸起340b之間，同時每個低凸起340b設置在兩個高凸起340a之間。每一高凸起340a還優選的是在支架部分310底面338的近端具有一個傾斜部343a，從而該高凸起340a從支架部分310底面338近端的外壁336比管狀部分308第二端334近端更向外延伸。在這裡進一步詳細論述凸起340a、340b的用途。
在圖16中示出了夾持支架304a的一個可選擇實施例。該夾持支架304a除了在管狀部分308a的孔328a的內壁330a方面外，其他與夾持支架304相同。夾持支架304a的內壁330a具有設置在管狀部分308a第二端334a的凸緣335a，凸緣335a限定了第四內徑，由此限定了在管狀部分308a第二端334a的管壁厚度。在第二端334a的管狀部分308a的管壁厚度優選的是大於0.014英寸(在夾持支架304的管狀部分308第二端334的管狀部分108的管壁厚度)，由此大於在外壁336a和管狀部分308a肩部332a之間的管狀部分308a的管壁厚度。在管狀部分308a第二端334a中孔328a的第四內徑小於在管狀部分308a肩部332a的孔328a的第二內徑(以及在夾持支架304的管狀部分308肩部332處的孔328的第三內徑)。在這裡進一步論述設置凸緣335a的用途。
如圖10-12所示，該螺母302包括一個圓筒部342和一個平底部344，該平底部344在其一端從該圓柱部342向外延伸。該圓筒部342具有一個貫穿的孔346，該孔限定了圓筒部342的內徑。在該內徑的該圓筒部342通常帶有螺紋，從而如螺栓的工件可固定在其中。該基部344包括末端凹槽347，349和分別位於該凹槽347，349相對側的軸向伸出的端部351，353以及355，357。該凹槽347、349的尺寸設計成接收夾持支架304的突起317，319。
如圖10-12所示，該保持件307可以是由矩形線彎成示出形狀而形成的彈簧。保持件307優選的是一體的並從端部361伸出到側部363，然後伸出到中間部365，其次延伸到側部367，然後再到端部369。下面進一步論述保持件307的操作和用途。
如圖12a所示，在操作中，杆306第二端360被插入該夾持支架304管狀部分308的孔328中，直到該306的擴大頭部352遇到來自管狀部分308內壁130的肩部332的阻力。
然後通過把螺母302的基部344抵靠在支架部分310的基部314上，該螺母302連接到夾持支架304上，從而在基部314上的突起317，319設置在螺母302的凹槽347，349內。該保持件307接著固定到支架部分310上，以把螺母302保持在由支架部分310和保持件307限定的區域內，但從而可使螺母302在橫向和在縱向浮動，以允許如螺栓的工件與螺母302對準。
通過把端部361，369一起擠壓直到側部363，367足夠靠近在一起以嵌入在夾持支架304側壁316，318之間的空隙內，該保持件307固定到支架部分310上。該保持件307然後放置在側壁316，318之間，其中側部363，367與槽324，326對準。在端部361，369的擠壓力接著被釋放，使側部363，367向外移動並進入到槽324，326之內，進入到圖11-12所示的位置。
如圖12b所示，該夾持支架304的管狀部分308接著被插入工件366的孔364中，從而該夾持支架304的支架部分310的底面338位於工件366的頂面368上。該孔364具有一個直徑，該直徑比包括凸起340的夾持支架304的管狀部分308直徑略微大。該孔364具有優選的是大於或者等於夾持支架304管狀部分308長度的長度，從而該管狀部分308沒有越過工件366的孔364延伸。
如圖12b所示，一個保持或者接合力F1施加到工件366的底面370上，同時一個工具(未示出)與杆306的工具嚙合段358嚙合，而把一個力F2施加到杆306上，該為軸向並與力F1施加到工件366上的方向相反。在杆306上的力F2使夾持支架304的管狀部分308和支架部分310穩固地抵靠在工件366上並位於其中。
在力F2施加到杆306上後，當擴大頭部352變形到該擴張內壁330的尺寸時，如果設置擴大頭部352中空腔(未示出)的話，則在該空腔輔助下，該擴大頭部352遇到來自內壁330肩部332的阻力，從而該內壁330強制徑向地向外擴張。當管狀部分308的內壁330從肩部332到管狀部分308的第二端334向內逐漸變細或者具有階梯時，該擴大頭部杆352一致地具有一個外徑，該外徑比管狀部分308的內壁330的直徑大，儘管該擴大桿頭352變形到呈現與管狀部分308擴張內壁330的尺寸對應的幾何形狀。因此，施加於該擴大桿頭352上的軸向力F2將使管狀部分308的內壁30持續徑向膨脹。當內壁330通過該擴大頭部352連續地膨脹時，該管狀部分308的外壁336在孔364內抵靠工件366壁連續徑向地向外擴張，從而以與孔364的壁固定和緊密嚙合的關係把凸起340a、340b嵌入在工件366的壁上。
該凸起340a的傾斜部343a不該凸起340a其他部分更進一步嵌入到工件366的壁內，以提供夾持支架304的改善的扭矩輸出。當高凸起340a嵌入到工件366的壁時，工件366的材料在高凸起340a之間移動。然而，移動材料不總是裝填在高凸起340a之間的間隙，因此設置該低凸起340以佔據間隙並作為與工件366的壁的密封件。
如圖12c所示，當該擴大頭部352經過管狀部分308的孔328被完全拉出時，該夾持支架304固定到工件366上，而該杆306可能報廢。如螺栓的工件可因此固定到該螺母板200上。杆306的擴大頭部352將最初使管狀部分308擴張，同時把壓縮載荷施加在部件上，以使它們抵靠在工件366的上表面368上。該管狀部分308將擴大以與工件366中孔364的壁嚙合。當這種情況發生時，確立了足以使該頭部352徑向地變形的徑向力。因此，該頭部352可控制在工件364內公差變化，並將連續地使該管狀部分308徑向地向外變形，以用足夠力與孔壁嚙合，從而使在管狀部分308外壁336上凸起340或者替代結構嵌入到孔364的壁內。可理解的是，管狀部分308增加的管壁厚度確保了沿著管狀部分308的整個長度連續發生徑向變形，以獲得在孔364壁中凸起340的需求程度的嚙合，從而實現了改善的扭矩輸出、頂出和疲勞特徵。
由於在圖16示出的夾持支架304a的可選擇實施例包括設置在管狀部分308a第二末端334a的凸緣335a，因此該夾持支架304a比夾持支架304提供了改善的頂出特徵。當設置凸緣335a時，該杆306將推動並嵌入更多材料進入到孔364的壁內，從而實現了改善的頂出特徵。
本發明實施例的螺母板100、200、300與現有技術比有許多好處。即該螺母板100、200和300與先有技術螺母板相比具有提高的扭矩輸出、頂出和疲勞特徵；該螺母板100、200、300比現有技術的螺母板重量輕，因此降低了運行費用；該螺母板100、200、300具有增大的抓握範圍，因此減少了緊固件的數量；該螺母板100、200、300不需要在工件上有沉孔/埋頭孔，因此具有較低安裝成本；該螺母板100、200、300不需要擴口，因此具有較低安裝成本；該螺母板100、200、300不需要任何專門的孔製備，因此具有較低安裝成本；該螺母板100、200、300不會在管狀部分108、208、308和工件166、266、366的壁之間形成間隙；以及該螺母板100、200、300利用標準的埋頭鉚釘安裝工具，因此降低了工具費用。
然而，應當指出，仍然通過延長管狀部分108、208、308來進行管狀部分108、208、308端部的擴張，從而越過工件166、266、366壁的長度延伸。管狀部分108、208、308端部的擴張將只提供一個更進一步的鎖定機構，從而該螺母板100、200、300將具有增大的扭矩輸出和頂出值。
也應注意的是，儘管不是優選的，但如果需要的話，在發明每一實施例中螺母102，202的連接也可在管狀部分108，208、308固定到工件166，266、366的孔164，264、364壁之後進行。
該螺母102，202、302還可以在磨損後從螺母板100，200、300上去掉，以及如需要的話用一個新螺母102，202、302替換。雖然參考一個或多個具體的實施例描述了上述描述，但本領域的技術人員將承認，在沒有脫離上述描述精神和範圍的情況下可進行許多變化。
權利要求
1.一個適合於連接到由穿過工件的孔限定的壁上的螺母板，所述螺母板的特徵在於一個螺母，具有一個基部和一個從所述基部向上延伸的部分，所述向上延伸部具有穿過其中設置的孔；一個夾持支架，包括一個管狀部分和一個支架部分，所述管狀部分具有一個第一端和一個第二端，所述支架部分從所述管狀部分的所述第一端伸出，所述管狀部分包括一個外壁和一個內壁，所述外壁從所述管狀部分的所述第一端伸出到所述管狀部分的所述第二端，所述內壁從所述管狀部分的所述第一端伸出到所述管狀部分的所述第二端，所述內壁由一個貫穿所述管狀部分的孔限定，所述內壁逐漸變細，從而在所述管狀部分所述第一端的所述孔的直徑大於所述管狀部分所述第二端的所述孔的直徑，所述管狀壁的所述孔與所述螺母的所述孔連通；一個杆，具有一個擴大的頭部和一個從那裡延伸的細長的部分，所述杆設置在所述管狀部分的所述孔內，在所述杆軸向運動後，所述擴大頭部能使所述管狀部分的所述內壁擴展，從而所述管狀部分的所述外壁強制與工件壁嚙合；以及把所述螺母固定在所述支架部分內的裝置，所述固定裝置可使所述螺母在所述支架部分內進行有限的移動。
2.如權利要求1限定的螺母板，其特徵在於，所述向上延伸部是圓筒形的，其中由所述孔限定的所述向上延伸部的內壁帶有螺紋。
3.如權利要求1限定的螺母板，其特徵在於，所述夾持支架的所述管狀部分以及所述夾持支架的支架部分是整體地形成。
4.如權利要求1限定螺母板，其特徵在於，所述管狀部分的所述內壁進一步限定了靠近所述管狀部分的所述第一端的一個肩部，在所述管狀部分的所述第一端的所述孔的所述直徑比在所述肩部的所述孔的直徑大，而在所述肩部所述孔的所述直徑大於在所述管狀部分的所述第二端所述孔的所述直徑。
5.如權利要求4限定的螺母板，其特徵在於，所述杆的所述擴大頭部具有這樣的直徑，該直徑大於在所述肩部的所述孔的所述直徑，但小於在所述管狀部分的所述第一端的所述孔的所述直徑，從而所述杆的所述擴大頭部能夠靠在所述肩部上。
6.如權利要求1限定的螺母板，其特徵在於，所述內壁在所述管狀部分的所述第二端進一步限定了一個凸緣，從而在所述管狀部分的所述第二端所述孔的所述直徑減小。
7.如權利要求1限定的螺母板，其特徵在於，所述外壁具有從其中向外延伸的多個凸起，在所述內壁通過杆擴張後，所述凸起能夠嵌入到工件的壁內。
8.如權利要求7限定的螺母板，其特徵在於，每個所述凸起大體上從所述支架的下面伸出到所述管狀部分的所述第二端。
9.如如權利要求7限定的螺母板，其特徵在於，相鄰凸起由間隙隔開。
10.如權利要求7限定的螺母板，其特徵在於，每個所述凸起具有靠近所述支架的下面的傾斜部，從而每個所述凸起與離開所述管狀部分的所述第二端相比，更遠離靠近所述支架部分的所述下面的所述外壁。
11.如權利要求7限定的螺母板，其特徵在於，所述多個凸起包括高凸起以及低凸起，所述高凸起從所述外壁比所述低凸起進一步向外延伸。
12.如權利要求11限定的螺母板，其特徵在於，每個所述高凸起具有靠近所述支架下面的傾斜部，從而每個所述高凸起與離開所述管狀部分的所述第二端相比，更遠離靠近所述支架部分的所述下面的所述外壁。
13.如權利要求11限定的螺母板，其特徵在於，每個所述高凸起設置在兩個低凸起之間，其中每個所述低凸起設置在兩個高凸起之間。
14.如權利要求1限定的螺母板，其特徵在於，所述杆的所述擴大頭部由這樣的材料製成，該材料允許所述杆的所述擴大頭部變形到相應的尺寸的幾何尺寸，從而所述擴大頭部持續擴展所述管狀部分的所述內壁，直到所述擴大頭部在其所述第二端脫出所述管狀部分的所述孔。
15.如權利要求14限定的螺母板，其特徵在於，所述杆的所述擴大頭部在其中具有一個空腔，所述擴大頭部的所述空腔能輔助所述擴大頭部變形。
16.如權利要求1限定的螺母板，其特徵在於，所述支架部分具有一個基部，該基部從所述管狀部分的所述第一端和相對側壁向外延伸，其中該相對側壁從所述基部在與所述管狀部分相反的方向伸出，所述相對側壁限定了接收所述螺母的空間。
17.如權利要求16限定的螺母板，其特徵在於，所述支架部分的每個所述側壁在其中具有一個槽，其中所述固定裝置包括一個柔性保持件，該保持件安裝在所述螺母的所述基部上面，同時該保持件包括伸入到所述相對側壁的每一個所述槽中的部分。
18.如權利要求17限定的螺母板，其特徵在於，所述支架部分的所述基部具有突起，該突起在所述管狀部分的相對的方向從所述支架部分的所述基部伸出，其中所述螺母的所述基部設置有相對的端部凹槽，所述相對的端部凹槽能夠接收所述突起以限制所述螺母相對於所述支架部分的移動。
19.如權利要求16限定的螺母板，其特徵在於，所述螺母所述基部具有相對的端部，其中端部具有至少一個從其中延伸的翼片元件，其中所述固定裝置在每個所述側壁中包括至少一個開口，該開口用於接收所述螺母的翼片元件。
20.如權利要求19限定的螺母板，其特徵在於，至少一個所述側壁由柔性材料形成，從而所述至少一個側壁可遠離所述其它側壁而彎曲以允許所述螺母的所述翼片元件接收在所述側壁的所述開口內。
21.如權利要求20限定的螺母板，其特徵在於，所述夾持支架分別地由一個支架和一個套管形成，所述支架具有貫穿其中的一個開口和帶有貫穿其中的槽的所述相對側壁，以及所述套管在其一端具有一個管狀部分和一個擴大頭部，所述管狀部分經過所述支架的所述開口延伸，從而所述套管的所述擴大頭部定位在所述支架上，所述擴大頭部經過管狀部分所述相對側壁的所述槽而延伸。
22.如權利要求1限定的螺母板，其特徵在於，所述管狀部分具有一個長度，該長度小於工件壁的長度，從而所述管狀部分的所述第二端不延伸到工件孔之外。
23.一種適合於連接到由穿過工件的孔限定的壁上螺母板的管狀部分，所述管狀部分的尺寸設計成配合在工件的孔中，所述管狀部分的特徵在於一個外壁，大致從所述管狀部分的第一端延伸到所述管狀部分的第二端；以及一個內壁，從所述管狀部分的所述第一端伸出到所述管狀部分的所述第二端，所述內壁由貫穿所述管狀部分的孔限定，所述內壁逐漸變細，從而在所述管狀部分的所述第一端的所述孔的直徑大於在所述管狀部分的所述第二端的所述孔的直徑；所述管狀部分的所述孔能接收穿過其中的杆，用於擴展所述管狀部分的所述內壁，從而所述管狀部分的所述外壁被強制與工件壁嚙合。
24.如權利要求23限定的管狀部分，其特徵在於，所述內壁進一步限定了靠近所述管狀部分的所述第一端的一個肩部，在所述管狀部分的所述第一端的所述孔的所述直徑比在所述肩部的所述孔的直徑大，而在所述肩部的所述孔的所述直徑大於在所述管狀部分的所述第二端所述孔的所述直徑。
25.如權利要求23限定的管狀部分，其特徵在於，所述內壁在所述管狀部分的所述第二端進一步限定了一個凸緣，從而在所述管狀部分的所述第二端的所述孔的所述直徑減小。
26.如權利要求23限定的管狀部分，其特徵在於，所述外壁具有從其中向外延伸的多個凸起，在通過杆所述內壁擴張後，所述凸起能夠嵌入到工件的壁內。
27.如權利要求26限定的管狀部分，其特徵在於，每個所述凸起大體上從靠近所述管狀部分的所述第一端延伸出到所述管狀部分的所述第二端。
28.如如權利要求26限定的管狀部分，其特徵在於，相鄰凸起由間隙隔開。
29.如權利要求26限定的管狀部分，其特徵在於，每個所述凸起具有靠近所述管狀部分的所述第一端的傾斜部，從而每個所述凸起與離開所述管狀部分的所述第二端相比，更遠離靠近所述管狀部分的所述第一端的所述外壁。
30.如權利要求26限定的管狀部分，其特徵在於，所述多個凸起包括高凸起以及低凸起，所述高凸起從所述外壁比所述低凸起進一步向外延伸。
31.如權利要求30限定的管狀部分，其特徵在於，每個所述高凸起具有靠近所述管狀部分的所述第一端的傾斜部，從而每個所述高凸起與離開所述管狀部分的所述第二端相比，更遠離靠近所述管狀部分的所述第一端的所述外壁。
32.如權利要求30限定的管狀部分，其特徵在於，每個所述高凸起設置在兩個低凸起之間，其中每個所述低凸起設置在兩個高凸起之間。
33.如權利要求23限定的管狀部分，其特徵在於，所述管狀部分具有一個長度，該長度小於工件壁的長度，從而所述管狀部分的所述第二端不延伸到工件孔之外。
34.一種適合於連接由通過工件的孔限定的壁上的螺母板的管狀部分，所述管狀部分的尺寸設計成嵌在工件的孔上，所述管狀部分的特徵在於一個外壁，從所述管狀部分的第一端伸出到所述管狀部分的第二端，所述外壁具有從其中向外延伸多個凸起，至少所述凸起一部分具有一個靠近所述管狀部分的所述第一端的傾斜部，從而具有傾斜部的每個所述凸起與離開所述管狀部分的所述第二端相比，更遠離靠近所述管狀部分的所述第一端的所述外壁；以及一個內壁，從所述管狀部分的所述第一端伸出到所述管狀部分的所述第二端，所述內壁由貫穿所述管狀部分的一個孔限定；所述管狀部分的所述孔能夠接收穿過其中的一個杆，用於擴展所述管狀部分的所述內壁，從而所述管狀部分的所述外壁被強制與工件壁嚙合，在由杆使所述內壁擴張後，所述凸起能夠嵌入到工件壁內。
35.如權利要求34限定的管狀部分，其特徵在於，每個所述凸起大體上從靠近所述管狀部分的所述第一端延伸出到所述管狀部分的所述第二端。
36.如權利要求34限定的管狀部分，其特徵在於，相鄰凸起由間隙隔開。
37.如權利要求34限定的管狀部分，其特徵在於，所述多個凸起包括高凸起以及低凸起，所述高凸起從所述外壁比所述低凸起進一步向外延伸。
38.如權利要求37限定的管狀部分，其特徵在於，每個所述高凸起具有靠近所述管狀部分的所述第一端的傾斜部，從而每個所述高凸起與離開所述管狀部分的所述第二端相比，更遠離靠近所述管狀部分的所述第一端的所述外壁。
39.如權利要求37限定的管狀部分，其特徵在於，每個所述高凸起設置在兩個低凸起之間，其中每個所述低凸起設置在兩個高凸起之間。
40.如權利要求34限定的管狀部分，其特徵在於，所述管狀部分具有一個長度，該長度小於工件壁的長度，從而所述管狀部分的所述第二端不延伸到工件孔之外。
41.一種螺母板的杆，其中該螺母板適合於連接到由通過工件的孔限定的壁上，所述杆在其軸向移動時能對管狀部分的傾斜內壁進行擴展，從而該管狀部分與工件的壁嚙合，所述杆的特徵為一個細長部；以及一個可變形的頭部，設置在所述細長部的端部，所述可變形的頭部允許管狀部分的逐漸變細內壁有規則膨脹，以補償在工件孔尺寸上的變化，從而該外壁提供與工件壁充分的嚙合，當在杆軸向運動期間通過工件在其中施加足夠的阻力時，所述可變形的頭部變形。
42.如權利要求41限定的杆，其特徵在於，所述可變形的頭部具有設置在其中的空腔。
43.一種把一個螺母板固定到由通過工件的孔限定的壁上的方法，所述方法的特徵在於，包括下面步驟a)提供所述螺母板，該螺母板包括一個螺母、一個夾持支架，該夾持支架具有一個管狀部分和一個從其第一端伸出的支架部分，所述管狀部分具有一個帶有從其中向外伸出凸起的外壁，所述管狀部分具有設置在其中的孔，該孔限定了所述管狀部分的內壁、所述內壁限定了靠近所述管狀部分所述第一端的肩部，所述內壁從所述肩部到所述管狀部分第二端逐漸變細，以及一個杆具有一個擴大頭部；b)把所述杆插入到所述管狀部分所述孔內，從而所述杆的所述擴大頭部設置在所述管狀部分的所述內壁的所述肩部上；c)把所述螺母放置到所述支架部分內；d)把所述螺母固定在所述支架部分內，從而所述螺母被阻止從所述支架部分移出，但所述螺母可在所述支架部分內隨意移動；e)把所述管狀部分插入到工件孔內，從而所述支架部分的底面設置在工件頂面上；f)把第一力施加到工件的底面上；g)把第二力施加到所述杆上，以經過所述管狀部分的所述孔移動所述杆的所述擴大頭部，從而所述孔的所述逐漸變細的內壁擴展，以使所述外壁上的所述凸起嵌入到工件壁內，以把所述管狀部分固定到工件上。
44.如權利要求43限定的方法，其特徵為，進一步包括下面步驟a)使所述杆的所述擴大頭部在擴張後相對於所述逐漸變細的內壁變形到相應尺寸的幾何形狀，從而所述擴大頭部持續使所述逐漸變細內壁擴展。
全文摘要
該發明提供一種無鉚接螺母板，該螺母板包括一個螺母、一個具有管狀和支架部分的夾持支架和一個具有擴大頭部的杆。該杆設置在管狀部分孔之內，從而該頭部依靠在支架孔內的肩部上。該管狀部分設置在工件孔之內，從而該支架部分依靠在工件的頂部。該螺母保持在該支架部分之內。一個力施加到工件底部而另一個反向力施加到杆上，從而該頭部使管狀部分徑向地向外擴展，因此在管狀部分上的凸起嵌入到工件壁內，從而把螺母板固定到工件上。該夾持支架還可以由兩個分離元件、一個具有管狀部分和支架的套管形成。
文檔編號F16B37/06GK1608176SQ02822071
公開日2005年4月20日 申請日期2002年11月5日 優先權日2001年11月9日
發明者拉赫馬圖拉·F·圖斯凱 申請人:德事隆國際公司