Крепежное устройство
Изобретение относится к крепежному устройству, которое может крепить закрепляемый элемент путем введения одной части в другую и направлено на повышение работоспособности соединения во время введения одного элемента в другой. Крепежное устройство содержит: первый элемент, содержащий участок фланца и участок ножки, отходящий от участка фланца, образующий отверстие для введения, открытое на участке фланца, разделенный вокруг продольной оси и имеющий направляемый участок на внутреннем периферийном участке отверстия для введения; второй элемент, имеющий направляющий участок, расположенный от его конца в направлении основания и вдавливаемый в отверстие для введения первого элемента так, чтобы направляющий участок вошел в контакт с направляемым участком и раздвинул участок ножки. Направляющий участок имеет изогнутую поверхность, имеющую угол касательной, изменяющийся относительно продольной оси в точке контакта с направляющим участком от участка на стороне конца в сторону участка на стороне основания, и сила введения в первый элемент в каждой точке контакта сохраняется приблизительно постоянной. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область изобретения
Изобретение относится к крепежному устройству, которое может крепить закрепляемый элемент к крепежному элементу путем введения второго элемента в первый элемент.
Предшествующий уровень техники
Крепежное устройство, которое крепит закрепляемый элемент к крепежному элементу, описано, например, в патентном документе 1. В известной технологии направляющая часть пальца наклонена относительно оси пальца в два этапа, и отрезок на стороне конца направляющей части становится первой направляющей частью, содержащей направляющую поверхность, наклоненную на 30-65 градусов к оси пальца, а отрезок на стороне основания становится второй направляющей частью, содержащей направляющую поверхность, наклоненную на 5-25 градусов к оси пальца. На первом этапе установки, когда палец вдавливают во втулку, направляемая часть направляется направляющей поверхностью первой направляющей части так, чтобы раздвинуть участок ножки. Кроме того, на втором этапе установки направляемая часть направляется направляющей поверхностью второй направляющей части так, чтобы раздвинуть участок ножки.
Документ известного уровня техники
Патентный документ
Патентный документ 1 - Патент Японии № 4679871
Краткое описание изобретения
Задачи, решаемые изобретением
Согласно настоящему изобретению предлагается крепежное устройство, в котором второй элемент плавно вставляется в первый элемент без быстрого изменения усилия введения в первом элементе или втором элементе и которое может управлять увеличением силы введения на втором этапе введения в первый элемент для улучшения работоспособности во время введения.
Средства для решения задачи
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается крепежное устройство, состоящее из первого элемента, содержащего фланец и ножку, отходящую от фланца, образующую отверстие для введения, расположенное во фланце, и разделенную вдоль оси, и снабженного направляемой частью на нижней периферийной части отверстия для введения; и второго элемента, образующего направляющую часть, проходящую от его конца в направлении основания, и которое вжимается в отверстие для введения первого элемента так, чтобы ввести в контакт направляющую часть с направляемой частью и раздвинуть ножку. Кроме того, направляющая часть является криволинейной поверхностью, изменяющей угол касательной к оси в точке контакта с направляемой частью от стороны конца к стороне основания, и усилие введения в первый элемент в каждой точке контакта удерживается приблизительно постоянным.
Согласно вышеописанному аспекту, когда второй элемент вдавливают в отверстие для введения в первом элементе, направляющая часть второго элемента контактирует с направляемой частью первого элемента для раздвигания ножки первого элемента. В это время направляющей частью является изогнутая поверхность, изменяющая угол касательной относительно оси в точке контакта с направляемой частью от конца к основанию, и сила введения второго элемента в первый элемент в каждой точке контакта остается приблизительно постоянной. Следовательно, второй элемент плавно вставляется в первый элемент без резкого изменения силы введения второго элемента в первый элемент, и увеличение силы введения на второй части операции введения второго элемента в первый элемент регулируется так, чтобы улучшить работоспособность во время введения.
Что касается второго аспекта настоящего изобретения, согласно первому аспекту изобретения, когда модуль упругости участка ножки предполагается постоянным, и сила трения в точке контакта предполагается равной 0, и объем раскрытия участка ножки в произвольной точке на изогнутой поверхности равен V, и угол касательной равен θ, в произвольной точке изогнутой поверхности можно создать отношение V sin θ = constant.
Согласно вышеописанному аспекту, когда предполагается, что модуль упругости участка ножки является постоянным, и сила трения в точке контакта предполагается равной 0, и объем раскрытия участка ножки в произвольной точке на изогнутой поверхности равен V, и угол касательной равен θ, на произвольной точке изогнутой поверхности появляется отношение V sin θ = constant. Следовательно, ввиду длины направляющей части изогнутая поверхность направляющей части сформирована так, чтобы V sin θ = constant, чтобы второй элемент плавно вставлялся в первый элемент без резкого изменения усилия введения второго элемента в первый элемент, а увеличение силы введения на второй части операции введения второго элемента в первый элемент контролировалось для улучшения работоспособности во время введения.
Эффект изобретения
Первый аспект изобретения имеет вышеописанную структуру, поэтому второй элемент плавно вставляется в первый элемент без резкого изменения силы введения второго элемента в первый элемент, а увеличение силы введения на втором этапе введения второго элемента в первый элемент регулируется так, чтобы улучшить работоспособность во время введения.
Второй аспект изобретения имеет вышеописанную структуру, поэтому второй элемент плавно вставляется в первый элемент без резкого изменения силы введения второго элемента в первый элемент, а увеличение силы введения на втором этапе введения второго элемента в первый элемент регулируется так, чтобы улучшить работоспособность во время введения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в увеличенном масштабе, показывающий существенные части крепежного устройства по одному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 2 - крепежное устройство по одному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 3 - вид сбоку в сечении, иллюстрирующий состояние, в котором крепежное устройство вставлено в крепежные отверстия крепежного элемента, и прикрепляемый элемент по одному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 4 - вид сбоку в сечении, иллюстрирующий состояние, в котором крепежный элемент и прикрепляемый элемент скреплены крепежным устройством по одному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 5 - вид в перспективе, иллюстрирующий втулку крепежного устройства по настоящему изобретению.
Фиг. 6 - вид спереди втулки крепежного устройства, если смотреть с торца в направлении оси, по одному варианту настоящего изобретения.
Фиг. 7 - вид сбоку пальца крепежного устройства по настоящему изобретению, половина которого показана в сечении.
Фиг. 8 - вид спереди пальца крепежного устройства по настоящему изобретению, если смотреть с торца в направлении оси.
Фиг. 9 - диаграмма, показывающая отношение между расстоянием движения пальца и силой введения пальца в крепежное устройство по одному варианту настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительного варианта
Далее следует подробное описание одного варианта крепежного устройства по настоящему изобретению со ссылками на фиг. 1-9.
На всех чертежах элементы (структурные элементы), имеющие одинаковые или соответствующие функции, обозначены одними и теми же позициями, и их повторное описание опускается.
Как показано на фиг. 3 и 4, крепежное устройство 10 по настоящему изобретению содержит втулку 12 (первый элемент), являющуюся первым элементом, и палец 14 (второй элемент), являющийся вторым элементом, которые образуют так называемый пистон или пистонную заклепку. С помощью крепежного устройства 10, например, прикрепляемый элемент 18, например деталь внутренней отделки и т.п., можно прикрепить к элементу основы, например к панели автомобиля и пр.
Втулка крепежного элемента
Как показано на фиг. 5, на втулке 12 сформирован фланец 26, имеющий приблизительно круглую дисковидную форму на одном конце в осевом направлении. Наружный диаметр фланца 26 больше, чем диаметр крепежного отверстия 20, сформированного в крепежном элементе 16, и крепежного отверстия 22, сформированного в прикрепляемом элементе 18 (см. фиг. 3). Кроме того, на нижней поверхности 26А фланца 26 сформирована ножка 28, отходящая вниз (направление вниз на фиг. 5). Внутри ножки 28 втулки 12 сформировано отверстие 32 для введения пальца, открытое к верхней поверхности 26В фланца 26. Кроме того, ножка 28 состоит из четырех частей 34 ножки.
Как показано на фиг. 6, каждая часть 34 ножки 28 втулки 12 определена вокруг оси двумя осевыми плоскими поверхностями, которые ортогональны друг другу. Кроме того, между соответствующими соседними частями 34 ножки рядом друг с другом образованы прорези 40 заранее определенной ширины, а на нижней поверхности 26А фланца 26 сформированы канавки 30, проходящие вдоль наружного периферийного участка соответствующих частей 34 ножки.
Как показано на фиг. 4, область, расположенная рядом с каждой частью 34 ножки втулки 12, становится шарниром 36, когда части 34 ножки раздвигаются.
Как показано на фиг. 3, отверстие 32 для введения пальца проходит внутри ножки 28 втулки 12, в которой сформирован нижний участок 32А отверстия 32 для введения пальца, который имеет приблизительно чашеобразную форму. Кроме того, в положениях, равноудаленных от нижней поверхности 26А фланца 26 внутри соответствующих частей 34 ножки во втулке 12, выполнены направляемые выступы 42, которые выступают в сторону центральной оси 12А втулки 12.
Палец крепежного устройства
Как показано на фиг. 7, на одном конце пальца 14 в осевом направлении сформирована головка 50, имеющая приблизительно круглую дисковидную форму. Наружный диаметр головки 50 пальца 14 больше, чем внутренний диаметр отверстия 32 для введения пальца, открытого во фланце 26 втулки 12 (см. фиг. 5). Кроме того, на нижней поверхности 50А головки 50 сформирован штырь 52, отходящий вниз (на фиг. 7).
На торце (в нижней части на фиг. 7) штыря 52 пальца 12 сформирован направляющий участок 56. Кроме того, у основания штыря 52 сформировано основание 58, отходящее от нижней поверхности 50А головки 50. Направляющий участок 56 и основание 58 расположены на одной прямой, проходящей через промежуточный участок 59, имеющий приблизительно форму колонны. Наружный диаметр промежуточного участка 59 меньше, чем наружный диаметр и нижней кромки 58А основания 58, и верхней кромки 56А направляющего участка 56. Кроме того, верхняя кромка 56А направляющего участка 56 сформирована вдоль окружного направления пальца 14.
Как показано на фиг. 4, когда палец 14 полностью вставлен во втулку 12 и сила введения достаточно увеличивается, направляемый участок 42 части 34 ножки втулки 12 вступает в зацепление с верхней кромкой 56А направляющего участка 56 пальца 14.
Как показано на фиг. 1, конец пальца 14 имеет форму круглого усеченного конуса, а конец 14а имеет плоскую поверхность, ортогональную продольной оси 14В пальца 14. Кроме того, направляющий участок 56 пальца 14 имеет изогнутую поверхность, имеющую угол касательной (угол наклона) θ, изменяющийся относительно продольной оси 14В в точке Р1 контакта с направляемым участком 42 от внешней периферийной кромки торца 14А пальца 14 к верхней кромке 56А. Поэтому если принять модуль упругости части 34 ножки 28 втулки 12 постоянным и силу трения между втулкой 12 и пальцем 14 в точке Р1 контакта равной 0, сила S введения будет приблизительно постоянной.
Более конкретно, как показано на фиг. 2, когда палец 14 вжимают во втулку 12 на заранее определенное расстояние, как показано сплошными линиями из положения, показанного штрихпунктирными линиями, величина раздвигания (величина отклонения) частей 34 ножки втулки 12 в точке Р1 контакта с направляемым участком 42 направляющего участка 56 равна V. Кроме того, как показано на фиг. 1, угол касательной к продольной оси 14В в точке Р1 контакта равен θ. Далее, если принять модуль упругости части 34 ножки 28 втулки 12 за постоянный, а силу трения между втулкой 12 и пальцем 14 в точке Р1 контакта равной 0, то в произвольной точке Р1 на изогнутой поверхности 56В направляющего участка 56 возникает отношение V sin θ = constant (H).
Если величину Н уменьшить, длина Y (см. фиг. 1) направляющего участка 56 пальца 14 увеличивается так, что величина Н определяется с учетом длины Y направляющего участка 56 пальца 14.
Более конкретно, как показано на фиг. 1, если Е - модуль упругости втулки 12, I - момент инерции сечения для втулки 12, а L - величина отклонения (см. фиг. 2), то реактивная сила F от направляемого участка 42 части 43 ножки втулки 12, воздействующая вертикально на изогнутую поверхность направляющего участка 56, равна:
F=(3×E×I/L3)V.
На фиг. 2 позицией «m» обозначено расстояние перемещения пальца 14.
В данном случае, хотя величина модуля упругости является переменной из-за перекоса, если принять, что модуль упругости Е является постоянным, 3×Е×I/L3 становится постоянной К (F=K×V), а что касается реактивной силы F - величина раздвигания детали 34 ножки втулки 12 пропорциональна V.
Кроме того, как показано на фиг. 1, если μ - коэффициент трения, то компонент Fy в направлении Y реактивной силы F и компонент My в направлении Y силы М трения вдоль изогнутой поверхности между направляющим участком 56 и направляемым участком 42 равны:
Fy=F×sin θ;
My=V×cos θ=μF×cos θ.
В результате сила S введения пальца равна S=Fy+My=F×sin θ+μF×cos θ.
Здесь, если пренебречь компонентом My силы М трения в направлении Y, сила S введения пальца 14 равна S=K×sin θ и сила S введения пропорциональна величине V×sin θ. Следовательно, изогнутая поверхность направляющего участка 56 может быть изогнутой поверхностью, имеющей такой угол θ касательной, чтобы сила S введения стала постоянной относительно изменения величины раздвигания (величины отклонения) V части 34 ножки в каждой точке Р1 контакта от конца до участка основания.
Как показано на фиг. 7 и 8, в пальце 14 сформированы четыре ребра 60, разнесенных на равные интервалы вокруг продольной оси на участке 58 основания и имеющих плоские поверхности. В крепежном устройстве 10 каждое ребро 60 пальца 14 вставлено в паз 40, сформированный между частями 34 ножки во втулке 12 так, чтобы втулка 12 поворачивалась в запертое положение относительно пальца 14. Как показано на фиг. 3, крепежное устройство 10 поставляется с предприятия-изготовителя в состоянии, в котором втулка 12 и палец 14 собраны, и устанавливается в крепежное отверстие 20 элемента 16 основания и в крепежное отверстие 22 прикрепляемого элемента 18.
Работа и эффект
Далее следует описание работы и эффекта настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 3, крепежное устройство 10 по настоящему изобретению вставлено в крепежное отверстие 20 и в крепежное отверстие 22 в состоянии, в котором прикрепляемый элемент 18 наложен на элемент 16 основания, и крепежное отверстие 22 совмещено с крепежным отверстием 20. После этого, как показано на фиг. 4, палец 14 вдавливают во втулку 12 так, чтобы направляющий участок 56, образованный на конце пальца 14, вошел в контакт с направляемым участком 42 втулки 12, и каждая часть 34 ножки 28 втулки 12 отогнулась, и ножка раздвинулась. Затем, когда направляемый участок 42 каждой части 34 ножки войдет в зацепление с верхней кромкой 56А направляющего участка 56 пальца 14, в крепежном устройстве 10 ответной силой отклонения втулки 12 генерируется втягивающая (осевая) сила так, что прикрепляемый элемент 16 и элемент 18 основания оказываются скрепленными.
В это время, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, в крепежном устройстве по настоящему изобретению направляющий участок 56 пальца 4 имеет изогнутую поверхность с углом θ касательной, изменяющимся относительно продольной оси 14В в каждой точке Р1 контакта с направляемым участком 42 от наружного периферийного участка конца 14А пальца 14 к верхней кромке 56А. Кроме того, сила S введения пальца 14 во втулку 12 остается приблизительно постоянной.
Более конкретно модуль упругости каждой части 34 ножки 28 является постоянным, и благодаря уменьшению модуля упругости увеличение силы трения в некоторой степени нейтрализуется, так что если силу трения в точке Р1 контакта принять за равную 0, и величина раздвигания части 34 ножки втулки 12 в точке Р1 контакта направляющего участка 56 с направляемым участком 42 равна V, и угол касательной относительно продольной оси 14В пальца 14 в точке Р1 контакта равен θ, то в произвольной точке Р1 контакта на изогнутой поверхности 56В направляющего участка 56 возникает отношение V sin θ = constant.
Поэтому, как показано на фиг. 9, когда палец 14 вдавливают во втулку 12 и величина m введения увеличивается, увеличение силы S введения пальца 14 во втулку 12 регулируется так, чтобы она была приблизительно постоянна. Следовательно, на втором этапе введения пальца 14 во втулку 12 увеличение силы введения можно регулировать, чтобы улучшить работоспособность.
В результате, в крепежном устройстве 10 по настоящему изобретению палец 14 плавно вставляется во втулку 12 без резкого изменения силы S введения пальца 14 во втулку 12, и сила введения пальца 14 во втулку 12 на втором этапе введения не увеличивается, поэтому оператор может сразу определить, что введение завершилось.
Как показано диагональными линиями на фиг. 9, сила втягивания крепежного устройства 10 по настоящему изобретению показана площадью участка, окруженного кривой С1 и осью Х, и Х=m, что показывает отношение между величиной введения пальца 14 и силой S введения пальца 14. В результате, увеличение величины m введения пальца 14 после обеспечения достаточной втягивающей силы позволяет регулировать силу введения на втором этапе введения пальца 14.
Кроме того, в крепежном устройстве 10 по настоящему изобретению длина Y (см. фиг. 1) направляющего участка 56 пальца 14 определяется величиной V sin θ = constant (H). Кроме того, V sin θ может быть приблизительно равно силе S введения. Следовательно, сравнение величины каждой V sin θ = constant (H) во множестве крепежных устройств 10 может показать силу S введения пальца 14 в каждом крепежном устройстве. В результате можно создать крепежное устройство 10, в котором сила S введения пальца 14 и длина Y направляющего участка 56 пальца 14 будут заранее заданы.
Другие варианты
Выше были подробно описаны конкретные примеры настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами, и специалистам понятно, что в рамках настоящего изобретения могут иметься и другие варианты. Например, в описанных выше вариантах крепежное устройство 10 содержит втулку 12 как первый элемент и палец 14 как второй элемент. Однако принципы настоящего изобретения могут быть применены и к другим крепежным устройствам, в которых направляющий участок второго элемента контактирует с направляемым участком первого элемента при вдавливании второго элемента в первый элемент, чтобы ножка первого элемента отогнулась и раздвинулась.
Кроме того, в описанных вариантах предполагается, что модуль упругости части 34 ножки 28 втулки 12 является постоянным, а сила трения в точке Р1 контакта равна 0. Вместо этого можно рассмотреть увеличение силы трения и уменьшение модуля упругости, связанные с увеличением величины введения пальца 14. При этом увеличение силы трения и уменьшение модуля упругости в некоторой степени нейтрализуют друг друга и можно изменить материал крепежного устройства 10 или толщину элемента основания 16 так, чтобы изменить модуль упругости части 34 ножки и влияние силы трения.
1. Крепежное устройство, содержащее:
первый элемент, содержащий участок фланца и участок ножки, отходящий от участка фланца, образующий отверстие для введения, открытое на участке фланца, разделенный вокруг продольной оси и имеющий направляемый участок на внутреннем периферийном участке отверстия для введения;
второй элемент, имеющий направляющий участок, расположенный от его конца в направлении основания и вдавливаемый в отверстие для введения первого элемента так, чтобы направляющий участок вошел в контакт с направляемым участком и раздвинул участок ножки,
при этом направляющий участок имеет изогнутую поверхность, имеющую угол касательной, изменяющийся относительно продольной оси в точке контакта с направляющим участком от участка на стороне конца в сторону участка на стороне основания, и сила введения в первый элемент в каждой точке контакта сохраняется приблизительно постоянной.
2. Устройство по п. 1, в котором, если принять модуль упругости участка ножки постоянным, а силу трения в точке контакта принять равной 0, и величина раздвигания участка ножки в произвольной точке на изогнутой поверхности равна V, и угол касательной равен θ, в произвольной точке на криволинейной поверхности возникает отношение V sin θ=constant.
