推动式无铆钉螺母板的制作方法

专利名称：推动式无铆钉螺母板的制作方法
技术领域：
本发明涉及通常用于航空航天工业的无铆钉螺母板。更具体地说，本发明设计推动式无铆钉螺母板以及用于安装它的方法和装置。
背景技术：
在航空航天应用中以及商业应用中，螺母板都用于将结构元件和非结构元件连接在一起。目前有许多不同的螺母板设计结构正在使用。两个主要种类是带铆钉螺母板和无铆钉螺母板。
在带铆钉螺母板中，用两个或更多铆钉将螺母板的主体连接到工件。
无铆钉螺母板主要由三个部件组成螺母部件、保持支架、以及连接套筒。将这些螺母板连接和固定到工件上的一种方法基于两个主要特征(1)通过将支架套筒组件压入或拉入工件的孔洞中，而将套筒插入工件的孔洞中。套筒上的锯齿形/叶片式特征与工件壁之间的干涉阻止螺母板的旋转。
(2)在将套筒插入工件的孔洞之后，使套筒的一端向外展开靠着工件的相反侧，从而阻止螺母板使用期间产生的拉出力。
美国专利No.4,732,518中体现了这种类型无铆钉螺母板的一种示例，该专利说明了克服严重的干涉力将套筒插入工件中，然后使套筒变形以造成套筒末端向外展开。套筒上带有锯齿形/叶片式结构，这种锯齿形/叶片式结构较长并具有变细的形状，使得锯齿形/叶片式结构延伸到工件壁中。对于根据应用情况所选择的安装方法，必须有变细的特征、长度以及具体的几何形状才可以进行安装。’518专利采用其变细的和延伸的锯齿形/叶片状结构的主要目的，是通过将载荷分布到整个工件中并通过将套筒插入工件而造成扩张，从而增强工件的疲劳寿命，并对工件孔洞周边附近的材料进行冷加工。
但是，采用现有设计方案的工具(例如美国专利No.4,732,518中讨论的那些)来安装无铆钉螺母板麻烦、缓慢、复杂、成本高、并且经常是不实用的。另外，制备孔必须精密，并需要埋头孔或沉孔来进行埋入式安装。这些缺点限制了无铆钉螺母板的使用。
由于多方面的原因，无铆钉螺母板的向外展开也有缺点，例如加工复杂、需要进行特殊的孔洞制备(例如埋头孔或沉孔)来实现埋入式安装、把手长度限制、套筒与工件壁之间产生间隙、以及长度较长造成无铆钉螺母板较重。
美国专利申请No.5,096,349、5,245,743、5,405,228以及5,704,747中说明了四种其他的无铆钉螺母板设计，这些设计用于避免向外展开，但是每种都有其相关的缺点。美国专利No.5,704,747的设计依靠粘合剂将螺母板连接到结构。美国专利No.5,096,349、5,245,743和5,405,228的设计中没有用于将螺母板固定在结构中所用的粘合剂或叶片。这些设计严重依赖冷加工的孔以及采用硬化销作为安装工具将套筒部分扩张到结构中造成的高度干涉啮合。套筒较光滑，并且由于高度扩张，所以要求所产生的摩擦力能够保持螺母板并提供期望的机械特性。这种紧固件设计的基本目的是增强接点的机械疲劳特性。用于这种设计的零件非常昂贵，安装成本高且麻烦，并要求孔的制备非常精密。因此，这种设计的总体成本很高，因此其应用受到了限制。这方面还有报导称，由于所需的高度扩张，容纳结构可能发生超过可接受限度的变形，从而造成孔结构的破坏和报废。
为了克服现有技术的无铆钉螺母板中这些缺点，已经设计了无铆钉螺母板来克服这些缺点并提供一种可以使无铆钉螺母板到工件的安装简化的无铆钉螺母板。本申请的受让人拥有的美国申请公开No.US-2003-0091408-A1中公开了这些无铆钉螺母板，该公开的内容全部结合于此。这些无铆钉螺母板克服了现有技术螺母板中的缺点，但是仍然具有某些缺点。即，这些螺母板含有拉动式设计的内部杆部件。组装过程包括将杆从工件的一侧插入，然后用特殊工具将杆经过工件中的孔从工件的另一侧拉出。因为需要对工件两侧都进行处理，所以拉动式设计的无铆钉螺母板中这些杆使得难以将这些无铆钉螺母板集成到自动组装处理中。这些螺母板还在其尺寸方面受到限制，可能制造成本较高并要使用大量材料。
因此，就需要一种无铆钉螺母板设计，它可以克服现有技术的无铆钉螺母板设计的缺点。本发明就提供了这样一种无铆钉螺母板设计。本发明还提供了用于对本发明的无铆钉螺母板进行安装的新方法和新装置。

发明内容
本发明的一个主要目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它可以简化无铆钉螺母板到工件的安装。
本发明的一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它采用了新的加工思想以加速螺母板到工件的安装，并确保了螺母板的套筒与工件正确啮合。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它适于结合到自动装配处理中，从而可以降低安装成本。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它比现有技术的无铆钉螺母板材料消耗更少，从而产品重量等更小，可以节省更多成本。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它可以从工件的仅一侧迅速简便地进行安装。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它可以具有不同的尺寸，这些尺寸只受到用于安装该推动式无铆钉螺母板的机器或工具的尺寸限制。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它可以大大扩展无铆钉螺母板在航空航天应用中以及商业应用中的应用。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它可以满足指定的防转需求，即能够抵抗作用在螺母板上的围绕孔轴线的指定扭矩。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它可以满足防止沿螺母方向拉出的指定需求，即能够抵抗沿孔轴线方向施加的指定力。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它可以满足指定的疲劳要求，即表现出承受结构能抵抗动态载荷的安装特性。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它将支架部件和套筒部件合并成一个单独的部件，从而减少了一个零件，以便大大简化部件组装，降低总成本并改善功能和机械特性。
本发明的另一个目的是提供一种推动式无铆钉螺母板，它使得在安装推动式螺母板期间，螺母板的套筒部分与工件壁之间不会形成间隙。
本发明的另一个目的是提供一种推动式螺母板，它使得套筒在工件的孔洞内扩张以确保在整个孔洞内与工件紧密接触，它还使残余压应力减小从而可能增强工件的疲劳寿命。
本发明的另一个目的是提供一种推动式螺母板，其中，如果先前的螺母被磨损，可以容易地用另一个螺母来替换。
本发明的另一个目的是在插入工件孔洞内的管状部分外壁上提供叶片或肋，这有助于改善抗拉、抗扭和疲劳特性。
简单地说，根据前述内容，本发明提供了一种无铆钉螺母板，它适于连接到由穿过工件的孔洞限定的壁。该螺母板包括螺母、保持支架和螺母夹持器。螺母设有穿过其的孔洞并由夹持器紧固在保持支架的支架部分中，还可以在支架部分中进行有限的运动。保持支架还包括具有内壁和外壁的管状部分。内壁是变细形状，使得部件靠着内壁定位。在向穿过螺母孔洞的部件施加轴向力时，该部件被推动穿过管状部分从第一端到第二端，以扩张内壁并迫使外壁与工件的壁产生啮合。该部件可以是球形的球、不带柄的心轴或带有柄的心轴形。还提供了一种工具来推动该部件穿过管状部件，该工具可以结合在人工处理中或自动处理中。


下面将详细说明本发明中被认为是新的那些特征。参考下面的说明并结合附图，可以更好地理解本发明的结构和操作的组成和方式以及本发明的更多目的和优点，在附图中相同的标号表示相同的元件，其中图1是本发明第一实施例的螺母板的立体图；图2是本发明第一实施例的螺母板的侧视图；图3是本发明第一实施例的螺母板的分解立体图；图4是本发明第一实施例的螺母板的分解侧视图；图5-图7是本发明第一实施例的螺母板被连接到工件的侧视截面图；图8是本发明第二实施例的螺母板的立体图；图9是本发明第二实施例的螺母板的侧视图；图10是本发明第二实施例的螺母板的分解立体图；图11是本发明第二实施例的螺母板的分解侧视图；图12-图14是本发明第二实施例的螺母板被连接到工件的侧视截面图；图15是本发明第三实施例的螺母板的立体图；图16是本发明第三实施例的螺母板的侧视图；图17是本发明第三实施例的螺母板的分解立体图；图18是本发明第三实施例的螺母板的分解侧视图；图19-图21是本发明第三实施例的螺母板被连接到工件的侧视截面图；图22是本发明的工具的分解立体图，该工具用于对本发明不同实施例的螺母板进行安装；
图23-图25是本发明的工具的侧视截面图，该工具正在安装本发明第一实施例的螺母板；图26是一种手持工具的立体图，该手持工具中可以结合本发明的工具以便对本发明不同实施例的螺母板进行安装；图27是图26所示手持工具的截面图。
具体实施例方式
本发明可以有不同形式的实施方式，附图中示出了一些具体实施例并会对其进行详细说明，应当理解，这里的公开内容应当认为是对本发明原理的例证，而不应理解为将本发明限制在所示内容中。
图1-图7示出了螺母板100的第一实施例，图8-图14示出了螺母板300的第二实施例，图15-图21示出了螺母板500的第三实施例。相似的元件用相似的标号表示，标号在第一实施例中是100多，在第二实施例中是300多，在第三实施例中是500多。
现在注意图1-图7所示本发明第一实施例的螺母板100。第一实施例的螺母板100包括螺母102、保持支架104、球106和夹持器108。
保持支架104在侧视图中大体上是Y形，它包括管状部分110和支架部分112，支架部分112在管状部分110的第一端114从管状部分110向外延伸。支架部分112包括基座部分116和互相面对的直立侧壁118、120。基座部分116具有成对凸起122、124，所述凸起从基座部分116向上凸起。凸起122设在基座部分116的边缘126附近，凸起124设在基座部分116的边缘128附近。槽130、132穿过支架部分112的侧壁118、120延伸。
管状部分110从支架部分112的基座部分116延伸的方向与支架部分112的侧壁118、120和凸起122、124延伸的方向相反。管状部分110具有穿过其的孔洞134，孔洞134限定了管状部分110的内壁136。管状部分110还具有外壁138。在管状部分110的第一端114，内壁136限定了孔洞134的第一内径。内壁136从管状部分110的第一端114向内弯曲，形成肩部140，限定了孔洞134的第二内径并从而限定了外壁138与肩部140之间管状部分110的壁厚。孔洞134在管状部分110肩部140的第二内径比孔洞134在管状部分110第一端114的第一内径小。内壁136从管状部分110的肩部140向第二端142变细或有台阶，由此，管状部分110第二端142处的内壁136限定了第三内径并从而限定了管状部分110的第二端142处管状部分110的壁厚。管状部分110的第二端142处管状部分110的壁厚比管状部分110的外壁138与肩部140之间的管状部分110壁厚大。孔洞134在管状部分110第二端142处的第三内径比孔洞134在管状部分110肩部140处的第二内径小。
管状部分110的外壁138从支架部分112的下表面144延伸到管状部分110的第二端142。叶片或肋146从管状部分110的外壁138向外延伸。叶片146可以以许多不同结构形成于外壁138上，不过叶片146优选地如图1、图2和图4最佳地图示的那样形成。叶片146沿外壁138在轴向是直的，使之从管状部分110的第二端142延伸到支架部分112的下表面144。沿外壁138设置了两种不同类型的叶片146，即高叶片146a和低叶片146b。高叶片146a从外壁138向外延伸的距离大于低叶片146b。高叶片146a和低叶片146b优选地围绕外壁138交替排列，使得每个高叶片146a位于两个低叶片146b之间，每个低叶片146b位于两个高叶片146a之间。每个高叶片146a还优选地具有与支架部分112的下表面144靠近的倾斜部分148a，使得靠近支架部分112下表面144处的外壁138与靠近管状部分110第二端142处的外壁138相比，高叶片146a从靠近支架部分112下表面144处的外壁向外延伸更多。叶片146a、146b的目的将会有更详细的讨论。
螺母102包括圆筒部分150以及平的基座部分152，基座部分在圆筒部分150的一端从圆筒部分150向外延伸。圆筒部分150具有经其穿过的孔洞154，孔洞154限定了圆筒部分150的内壁155。内径处的圆筒部分150通常有螺纹，使得工件(例如螺栓)可以与之连接。平的基座部分152包括末端凹陷156、158以及分别位于凹陷156、158相反侧的轴向凸出端部160、162和164、166。凹陷156、158的大小调整到可以容纳保持支架104的凸起122、124。
夹持器108可以是将矩形导线弯成图示形状所形成的弹簧。夹持器108优选为一件，从端部168延伸到侧部170，再到中部172，然后到侧部174，再到端部176。夹持 108的操作和目的将会有更详细的讨论。
球106是球形，其直径小于管状部分110第一内径但大于管状部分110第二内径。形成球106所用的材料比形成保持支架104的管状部分110所用的材料结实。
为了组装螺母板100，如图5所示，将球106在保持支架104的管状部分110的孔洞134的第一端114插入其中，直到球106的外表面178遇到来自管状部分110内壁136的肩部140的阻力。
然后，通过下述方式将螺母102连接到保持支架104将螺母102的圆筒部分150的孔洞154定位到球106上方，并将螺母102降低到使螺母102遇到来自球106外表面178的阻力，使得球106的一部分位于螺母102的圆筒部分150的孔洞154中、螺母102的内壁155之间。螺母102还定位成使得基座部分116上的凸起122、124位于螺母102的凹陷156、158之中/或下方。
然后将夹持器108连接到支架部分112，从而将螺母102保持在由支架部分112和夹持器108限定的界限内。通过下述方式将夹持器108连接到支架部分112将端部168、176夹在一起，直到侧部170、174相互靠近到足以一起配装在保持支架104的侧壁118、120之间。然后将夹持器108置于侧壁118、120之间，且使侧部170、174对准槽130、132。然后松开端部168、176上所加的夹紧力，使侧部170、174可以向外运动到槽130、132中，运动到图2所示位置。夹持器108的中部172位于螺母102的圆筒部分150附近。
因此，在实际使用螺母板100之前，优选地将螺母102、保持支架104、球106和夹持108预装配在一起，形成本发明第一实施例的螺母板100。
在工作时，通过将保持支架104的管状部分110插入工件180的孔洞182而将螺母板100紧固到工件180，使得保持支架104的支架部分112的下表面144位于工件180的顶面184上，如图5-图7所示。孔洞182的直径略大于保持部分104的管状部分110(包括叶片146在内)的直径。孔洞182的长度优选地大于或等于保持支架104的管状部分110的长度，使得管状部分110不会延伸到工件180的底面186之外。
将螺母板100恰当地定位在工件180中之后，经过螺母102的圆筒部分150的孔洞154向球106施加力F1。施加在球106上的力F1使保持支架104的管状部分110和支架部分112稳固地紧靠工件180固定到其中。
在向球106施加力F1时，球106的外表面178遇到来自内壁136的肩部140的阻力，从而迫使内壁136径向向外扩张，直到内壁136达到下述直径使球106能够继续运动到保持支架104的支架部分112的管状部分110中并从其穿过。由于从管状部分110的肩部140到第二端142，管状部分110的内壁136向内变细或有台阶，所以球106的直径应当总是大于管状部分110的内壁136直径。这样，向球106施加的轴向力F1将对管状部分110的内壁136持续施加径向扩张力。随着内壁136受到球106的持续扩张，管状部分110的外壁138在孔洞182中顶着工件180的孔洞壁188持续地径向向外扩张，从而使叶片146a、146b嵌入工件180的孔洞壁188中，与孔洞壁188形成固定和紧密的啮合关系。
叶片146a的倾斜部分148a与叶片146a的其余部分相比，在工件180的孔洞壁188中嵌入更深，以改善保持支架104的抗扭性能。随着高叶片146a嵌入工件180的孔洞壁188中，工件180的材料转移到高叶片146之间。但是，转移的材料不会一直填充高叶片146a之间的空间，因此设置了低叶片146b，既用于占据空间，也用于跟工件180的孔洞壁188形成密封。
一开始，球106在扩张管状部分110的同时向其各部分施加压缩载荷，使之靠着工件180的顶面184固定。管状部分110会扩张到与工件180的孔洞壁188啮合。此时，产生了径向力，但是径向力不足以使球106径向变形。因此，球106能够应付工件180的孔洞182的容限变动，并会使管状部分110持续地径向向外变形，从而以足够的力与孔洞壁188啮合，使管状部分110外壁138上的叶片146或类似结构嵌入工件180的孔洞壁188中。可以理解，增大管状部分110的壁厚会确保径向变形沿着管状部分110的整个长度连续发生，使叶片146在孔洞壁188中获得期望的啮合程度，从而可以改善抗扭、抗拉和疲劳方面的特性。
在将球106完全推过管状部分110的孔洞134后，管状部分110的内壁136不再是变细的形状，而是比较平直，使得管状部分110从设置肩部140的位置到第二端142，在孔洞134的整个长度上都有基本不变的直径，这个基本不变的直径与球106的直径一致。此外，在将球106完全推过管状部分110的孔洞134后，保持支架104被连接到工件180，如图7所示。然后可以将工件(例如螺栓)连接到螺母板100。球106既可以是一次性使用的，也可以是可在另一螺母板组件中重新使用的，因为在将保持支架紧固到工件180的过程中球106不变形。
采用连接到工件180的保持支架104，夹持器108使螺母102可以在上下方向上浮动，螺母102上的凹陷156、158和保持支架104上的凸起122、124使螺母102可以在侧向上浮动，以使工件(例如螺栓)可以与螺母102对准和连接。
现在注意图8-图14所示本发明第二实施例的螺母板300。第二实施例的螺母板300包括螺母302、保持支架304、部件306和夹持器308。
保持支架304在侧视图中大体上是Y形，它包括管状部分310和支架部分312，支架部分312在管状部分310的第一端314从管状部分310向外延伸。支架部分312包括基座部分316和互相面对的直立侧壁318、320。基座部分316具有成对凸起322、324，所述凸起从基座部分316向上凸起。凸起322设在基座部分316的边缘326附近，凸起324设在基座部分316的边缘328附近。槽330、332穿过支架部分312的侧壁318、320延伸。
管状部分310从支架部分312的基座部分316延伸的方向与支架部分312的侧壁318、320和凸起322、324延伸的方向相反。管状部分310具有穿过其的孔洞334，孔洞334限定了管状部分310的内壁336。管状部分310还具有外壁338。在管状部分310的第一端314，内壁336限定了孔洞334的第一内径。内壁336从管状部分310的第一端314向内弯曲，造成肩部340，限定了孔洞334的第二内径并从而限定了外壁338与肩部340之间管状部分310的壁厚。孔洞334在管状部分310肩部340的第二内径比孔洞334在管状部分310第一端314的第一内径小。内壁336从管状部分310的肩部340向第二端342变细或有台阶，由此，管状部分310第二端342处的内壁336限定了第三内径并从而限定了管状部分310的第二端342处管状部分310的壁厚。管状部分310的第二端342处管状部分310的壁厚比管状部分310的外壁338与肩部340之间的管状部分310壁厚大。孔洞334在管状部分310第二端342处的第三内径比孔洞334在管状部分310肩部340处的第二内径小。
管状部分310的外壁338从支架部分312的下表面344延伸到管状部分310的第二端342。叶片或肋346从管状部分310的外壁338向外延伸。叶片346可以以许多不同结构形成于外壁338上，不过叶片346优选地如图8和图9最佳地图示的那样形成。叶片346沿外壁338在轴向是直的，使之从管状部分310的第二端342延伸到支架部分312的下表面344。沿外壁338设置了两种不同类型的叶片346，即高叶片346a和低叶片346b。高叶片346a从外壁338向外延伸的距离大于低叶片346b。高叶片346a和低叶片346b优选地围绕外壁338交替排列，使得每个高叶片346a位于两个低叶片346b之间，每个低叶片346b位于两个高叶片346a之间。每个高叶片346a还优选地具有与支架部分312的下表面344靠近的倾斜部分348a，使得靠近支架部分312下表面344处的外壁338与靠近管状部分310第二端342处的外壁338相比，高叶片346a从靠近支架部分312下表面344处的外壁338向外延伸更多。叶片346a、346b的目的将会有更详细的讨论。
螺母302包括圆筒部分350以及平的基座部分352，基座部分在圆筒部分350的一端从圆筒部分350向外延伸。圆筒部分350具有经其穿过的孔洞354，孔洞354限定了圆筒部分350的内壁355。圆筒部分350在内径处通常有螺纹，使得工件(例如螺栓)可以与之连接。平的基座部分352包括末端凹陷356、358以及分别位于凹陷356、358俩侧的轴向凸出端部360、362和364、366。凹陷356、358的大小调整到可以容纳保持支架304的凸起322、324。
夹持器308可以是将矩形导线弯成图示形状所形成的弹簧。夹持器308优选为一件，从端部368延伸到侧部370，再到中部372，然后到侧部374，再到端部376。夹持器308的操作和目的将会有更详细的讨论。
心轴306优选为具有第一端390和第二端392的心轴形状。在第一端390与第二端392之间，心轴306具有变大部分394。变大部分394设置成离第一端390比离第二端392近。变大部分394的直径小于管状部分310的第一内径，但是大于管状部分310的第二内径。第一端390和第二端392的直径小于变大部分394的直径，也小于螺母302圆筒部分350的孔洞354直径以及管状部分310的孔洞334直径。心轴306从变大部分394到其第二端392大体上是变细形状或有台阶。
为了组装螺母板300，将心轴306的第二端392在保持支架304的管状部分310的孔洞334的第一端314插入其中，直到心轴306的变大部分394遇到来自管状部分310内壁336的肩部340的阻力。
然后，通过下述方式将螺母302连接到保持支架304将螺母302的圆筒部分350的孔洞354定位到心轴306的第一端390上方，并将螺母302降低到使螺母302落在心轴306的变大部分394上，使得心轴306的第一端390位于螺母302的圆筒部分350的孔洞354中、螺母302的内壁355之间。螺母302还定位成使得基座部分316上的凸起322、324位于螺母302的凹陷356、358之中/或下方。
然后将夹持器308连接到支架部分312，从而将螺母302保持在由支架部分312和夹持器308限定的界限内。通过下述方式将夹持器308连接到支架部分312将端部368、376夹在一起，直到侧部370、374相互靠近到足以一起配装在保持支架304的侧壁318、320之间。然后将夹持器308置于侧壁318、320之间，且使侧部370、374对准槽330、332。然后松开端部368、376上所加的夹紧力，使侧部370、374可以向外运动到槽330、332中，运动到图8-图9和图12-图14所示位置。夹持器308的中部372位于螺母302的圆筒部分350附近。
因此，在实际使用螺母板300之前，优选地将螺母302、保持支架304、心轴306和夹持器308预装配在一起，形成本发明第二实施例的螺母板300。
在工作时，通过将保持支架304的管状部分310插入工件380的孔洞382而将螺母板300紧固到工件380，使得保持支架304的支架部分312的下表面344位于工件380的顶面384上，如图12-图14所示。孔洞382的直径略大于保持部分304的管状部分310(包括叶片346在内)的直径。孔洞382的长度优选地大于或等于保持支架304的管状部分310的长度，使得管状部分310不会延伸到工件380的底面386之外。
将螺母板300恰当地定位在工件380中之后，经过螺母302的圆筒部分350的孔洞354向心轴306的第一端390施加力F1。施加在心轴306上的力F1使保持支架304的管状部分310和支架部分312稳固地紧靠工件380固定到其中。
在向心轴306施加力F1时，心轴306的变大部分394遇到来自内壁336的肩部340的阻力，使得变大部分394变形到被扩张内壁330的尺寸且同时迫使内壁336径向向外扩张，直到内壁336达到下述直径使心轴306能够继续运动到保持支架304的支架部分312的管状部分310中并从其穿过。由于从管状部分310的肩部340到第二端342，管状部分310的内壁336向内变细或有台阶，所以即使放大部分394变形成与管状部分310被扩张的内壁336尺寸相应的形状，放大部分394的外径也应当总是大于管状部分310的内壁336直径。这样，向心轴306施加的轴向力F1将对管状部分310的内壁336持续施加径向扩张力。随着内壁336受到心轴306的持续扩张，管状部分310的外壁338在孔洞382中顶着工件的孔洞壁388持续地径向向外扩张，从而使叶片346a、346b嵌入工件380的孔洞壁388中，与孔洞壁388形成固定和紧密的啮合关系。
叶片346a的倾斜部分348a与叶片346a的其余部分相比，在工件380的孔洞壁388中嵌入更深，以改善保持支架304的抗扭性能。随着高叶片346a嵌入工件380的孔洞壁388中，工件380的材料转移到高叶片346之间。但是，转移的材料不会一直填充高叶片346a之间的空间，因此设置了低叶片346b，既用于占据空间，也用于跟工件380的孔洞壁388形成密封。
一开始，心轴306的变大部分394在扩张管状部分310的同时向其各部分施加压缩载荷，使之靠着工件380的顶面384固定。管状部分310会扩张到与工件380的孔洞壁388啮合。此时，产生了足以使变大部分394径向变形的径向力。因此，心轴306能够应付工件380的孔洞382的容限变动，并会使管状部分310持续地径向向外变形，从而以足够的力与孔洞壁388啮合，使管状部分310外壁338上的叶片346或类似结构嵌入工件380的孔洞壁388中。可以理解，增大管状部分310的壁厚会确保径向变形沿着管状部分310的整个长度连续发生，使叶片346在孔洞壁388中获得期望的啮合程度，从而可以改善抗扭、抗拉和疲劳方面的特性。
在将心轴306完全推过管状部分310的孔洞334后，管状部分310的内壁336不再是变细的形状，而是比较平直，使得管状部分310从设置肩部340的位置到第二端342，在孔洞334的整个长度上都有基本不变的直径。此外，在将心轴306完全推过管状部分310的孔洞334后，保持支架304被连接到工件380，如图14所示。心轴306应当一次性使用，因为在将保持支架304紧固到工件380的过程中会变形。
采用连接到工件380的保持支架304，夹持器308使螺母302可以在上下方向上浮动，螺母302上的凹陷356、358和保持支架304上的凸起322、324使螺母302可以在侧向上浮动，以使工件(例如螺栓)可以与螺母302对准和连接。
现在注意图15-图21所示本发明第三实施例的螺母板500。第三实施例的螺母板500包括螺母502、保持支架504、部件506和夹持器508。
保持支架504在侧视图中大体上是Y形，它包括管状部分510和支架部分512，支架部分512在管状部分510的第一端514从管状部分510向外延伸。支架部分512包括基座部分516和和互相面对的直立侧壁518、520。基座部分516具有成对凸起522、524，所述凸起从基座部分516向上凸起。凸起522设在基座部分516的边缘526附近，凸起524设在基座部分516的边缘528附近。槽530、532穿过支架部分512的侧壁518、520延伸。
管状部分510从支架部分512的基座部分516延伸的方向与支架部分512的侧壁518、520和凸起522、524延伸的方向相反。管状部分510具有穿过其的孔洞534，孔洞534限定了管状部分510的内壁536。管状部分510还具有外壁538。在管状部分510的第一端514，内壁536限定了孔洞534的第一内径。内壁536从管状部分510的第一端514向内弯曲，造成肩部540，限定了孔洞534的第二内径并从而限定了外壁538与肩部540之间管状部分510的壁厚。孔洞534在管状部分510肩部540的第二内径比孔洞534在管状部分510第一端514的第一内径小。内壁536从管状部分510的肩部540向第二端542变细或有台阶，由此，管状部分510第二端542处的内壁536限定了第三内径并从而限定了管状部分510的第二端542处管状部分510的壁厚。管状部分510的第二端542处管状部分510的壁厚比管状部分510的外壁538与肩部540之间的管状部分510壁厚大。孔洞534在管状部分510第二端542处的第三内径比孔洞534在管状部分510肩部540处的第二内径小。
管状部分510的外壁538从支架部分512的下表面544延伸到管状部分510的第二端542。叶片或肋546从管状部分510的外壁538向外延伸。叶片546可以以许多不同结构形成于外壁538上，不过叶片546优选地如图15和图16最佳地图示的那样形成。叶片546沿外壁538在轴向是直的，使之从管状部分510的第二端542延伸到支架部分512的下表面544。沿外壁538设置了两种不同类型的叶片546，即高叶片546a和低叶片546b。高叶片546a从外壁538向外延伸的距离大于叶片546b。高叶片546a和低叶片546b优选地围绕外壁538交替排列，使得每个高叶片546a位于两个低叶片546b之间，每个低叶片546b位于两个高叶片546a之间。每个高叶片546a还优选地具有与支架部分512的下表面544靠近的倾斜部分548a，使得靠近支架部分512下表面544处的外壁538与靠近管状部分5 10第二端542处的外壁538相比，高叶片546a向外延伸更多。叶片546a、546b的目的将会有更详细的讨论。
螺母502包括圆筒部分550以及平的基座部分552，基座部分在圆筒部分550的一端从圆筒部分550向外延伸。圆筒部分550具有经其穿过的孔洞554，孔洞554限定了圆筒部分550的内壁555。内径处的圆筒部分550通常有螺纹，使得工件(例如螺栓)可以与之连接。平的基座部分552包括末端凹陷556、558以及分别位于凹陷556、558相反侧的轴向凸出端部560、562和564、566。凹陷556、558的大小调整到可以容纳保持支架504的凸起522、524。
夹持器508可以是将矩形导线弯成图示形状所形成的弹簧。夹持器508优选为一件，从端部568延伸到侧部570，再到中部572，然后到侧部574，再到端部576。夹持器508的操作和目的将会有更详细的讨论。
部件506优选为具有第一端590和第二端592的心轴形状。在第一端590与第二端592之间，心轴506具有变大部分594。变大部分594设置成离第二端592比离第一端590近。变大部分594的直径小于管状部分510的第一内径，但是大于管状部分510的第二内径。第一端590和第二端592的直径小于变大部分594的直径，也小于螺母502圆筒部分550的孔洞554直径以及管状部分510的孔洞534直径。心轴506从变大部分594到其第二端592大体上是变细形状或有台阶。
为了组装螺母板500，将心轴506的第二端592在保持支架504的管状部分510的孔洞534的第一端514插入其中，直到心轴506的变大部分594遇到来自管状部分510内壁536的肩部540的阻力。
然后，通过下述方式将螺母502连接到保持支架504将螺母502的圆筒部分550的孔洞554定位到心轴506的第一端590上方，并将螺母502降低到使螺母502落在心轴506的变大部分594上，使得心轴506的第一端590位于螺母502的圆筒部分550的孔洞554外部上方、螺母502的内壁555之间。螺母502还定位成使得基座部分516上的凸起522、524位于螺母502的凹陷556、558之中/或下方。
然后将夹持器508连接到支架部分512，从而将螺母502保持在由支架部分512和夹持器508限定的界限内。通过下述方式将夹持器508连接到支架部分512将端部568、576夹在一起，直到侧部570、574相互靠近到足以一起配装在保持支架504的侧壁518、520之间。然后将夹持器508置于侧壁518、520之间，且使侧部570、574对准槽530、532。然后松开端部568、576上所加的夹紧力，使侧部570、574可以向外运动到槽530、532中，运动到图15-图16和图19-图21所示位置。夹持器508的中部572位于螺母502的圆筒部分550附近。
因此，在实际使用螺母板500之前，优选地将螺母502、保持支架504、心轴506和夹持器508预装配在一起，形成本发明第二实施例的螺母板500。
在工作时，通过将保持支架504的管状部分510插入工件580的孔洞582而将螺母板500紧固到工件580，使得保持支架504的支架部分512的下表面544位于工件580的顶面584上，如图19-图21所示。孔洞582的直径略大于保持部分504的管状部分510(包括叶片546在内)的直径。孔洞582的长度优选地大于或等于保持支架504的管状部分510的长度，使得管状部分510不会延伸到工件580的底面586之外。
将螺母板500恰当地定位在工件580中之后，经过螺母502的圆筒部分550的孔洞554向心轴506的第一端590施加力F1。施加在心轴506上的力F1使保持支架504的管状部分510和支架部分512稳固地紧靠工件580固定到其中。
在向心轴506施加力F1时，心轴506的变大部分594遇到来自内壁536的肩部540的阻力，使得变大部分594变形到被扩张内壁530的尺寸且同时迫使内壁536径向向外扩张，直到内壁536达到下述直径使心轴506能够继续运动到保持支架504的支架部分512的管状部分510中并从其穿过。由于从管状部分510的肩部540到第二端542，管状部分510的内壁536向内变细或有台阶，所以即使放大部分594变形成与管状部分510被扩张的内壁536尺寸相应的形状，放大部分594的外径也应当总是大于管状部分510的内壁536直径。这样，向心轴506施加的轴向力F1将对管状部分510的内壁536持续施加径向扩张力。随着内壁536受到心轴506的持续扩张，管状部分510的外壁538在孔洞582中顶着工件的孔洞壁588持续地径向向外扩张，从而使叶片546a、546b嵌入工件580的孔洞壁588中，与孔洞壁588形成固定和紧密的啮合关系。
叶片546a的倾斜部分548a与叶片546a的其余部分相比，在工件580的孔洞壁588中嵌入更深，以改善保持支架504的抗扭性能。随着高叶片546a嵌入工件580的孔洞壁588中，工件580的材料转移到高叶片546之间。但是，转移的材料不会一直填充高叶片546a之间的空间，因此设置了低叶片546b，既用于占据空间，也用于跟工件580的孔洞壁588形成密封。
一开始，心轴506的变大部分594在扩张管状部分510的同时向其各部分施加压缩载荷，使之靠着工件580的顶面584固定。管状部分510会扩张到与工件580的孔洞壁588啮合。此时，产生了足以使变大部分594径向变形的径向力。因此，心轴506能够应付工件580的孔洞582的容限变动，并会使管状部分510持续地径向向外变形，从而以足够的力与孔洞壁588啮合，使管状部分510外壁538上的叶片546或类似结构嵌入工件580的孔洞壁588中。可以理解，增大管状部分510的壁厚会确保径向变形沿着管状部分510的整个长度连续发生，使叶片546在孔洞壁588中获得期望的啮合程度，从而可以改善抗扭、抗拉和疲劳方面的特性。
在将心轴506完全推过管状部分510的孔洞534后，管状部分510的内壁536不再是变细的形状，而是比较平直，使得管状部分510从设置肩部540的位置到第二端542，在孔洞534的整个长度上都有基本不变的直径。此外，在将心轴506完全推过管状部分510的孔洞534时，保持支架504被连接到工件580，如图21所示。心轴506应当一次性使用，因为在将保持支架504紧固到工件580的过程中会变形。
采用连接到工件580的保持支架504，夹持器508使螺母502可以在上下方向上浮动，螺母502上的凹陷556、558和保持支架504上的凸起522、524使螺母502可以在侧向上浮动，以使工件(例如螺栓)可以与螺母502对准和连接。
因此，在这些优选实施例中，将部件106、306、506从管状部分110、310、510的第一端114、314、514经过其孔洞134、334、534推向其第二端142、342、542。相反，如果可能，也可以将部件106、306、506从管状部分110、310、510的第二端142、342、542经过其孔洞134、334、534推向其第一端114、314、514。
在将螺母板100、300、500紧固到工件180、380、580的各个操作中分别施加到部件106、306、506上的轴向力F1优选地由工具700施加。图22-图27中图示了工具700。
工具700优选地包括推杆702、弹簧704、导向件706和框架件708。
推杆702包括变大的头部710和细长柄部712。细长柄部712具有第一端714和第二端716。细长柄部712的第一端714与变大的头部710相连，使得细长柄部712从变大的头部710延伸。细长柄部712的直径小于变大的头部710直径，使得变大的头部710与细长柄部712之间限定了肩部718。细长柄部712在靠近其第二端716处有直径缩小部分720。细长柄部712的直径缩小部分720尺寸调整为使之能够插入并穿过螺母板100、300、500中螺母102、302、502的孔洞154、354、554以及保持支架104、304、504的孔洞134、334、534。细长柄部712的尺寸优选地调整到使之能够插入并穿过螺母板100、300、500中螺母102、302、502的孔洞154、354、554以及保持支架104、304、504的孔洞134、334、534。
弹簧704是正常情况下处于伸长状态的弹簧，其尺寸调整为使之缠绕在推杆702的细长柄部712周围并使之可以定位在推杆702变大的头部710下方，使弹簧704可以与推杆702的肩部718发生接触。
导向件706优选为具有孔洞722的管状部件，孔洞722从管状部件的第一端724穿过该部件延伸到其第二端726。孔洞722具有第一直径，第一直径的大小调整为可以容纳推杆702的细长柄部712并优选地可容纳螺母102、302、502的至少一部分。孔洞722具有第二直径，第二直径的大小调整为使之可以定位成围绕螺母板100、300、500外部，即保持支架104、304、504的支架部分112、312、512的侧壁118、120；318、320；518、520和夹持器108、308、508的侧壁170、174；370、374；570、574。孔洞722的第二直径，即直径增大部分728，设在导向件706的第二端726附近。孔洞722的直径增大部分728与孔洞722其余部分之间限定了肩部730。第一端724设置成与弹簧704靠接。
框架件708用于将导向件706保持在适当位置，并设置成基本上封装了导向件706。
基座732优选地与工具700结合使用，其大小调整为具有至少与工具700的外径相等的直径，换句话说，优选为工具700的框架件708的外径。基座732具有第一端734、第二端736、以及孔洞738，孔洞738设置成从第一端734穿过基座732到第二端736。孔洞738的大小调整为使得在用工具700的推杆702迫使部件106、306、506穿过管状部分110、310、510的孔洞134、34、534之后，孔洞738可以容纳部件106、306、506。
现在将参考图6和图23-图25，以及将螺母板100安装到工件180的情况，来讨论工具700的操作。对于分别与将螺母板300、500安装到工件380、580有关的工具700，这里将不像将螺母板100安装到工件180的情况那样对其操作进行详细说明，但是应当明白，对于将螺母板100、300、500安装到工件180、380、580的情况，工具700的定位和动作都是一样的。图13和图20图示了工具700的推杆702，作为将螺母板300、500安装到工件380、580的工艺的一部分，推杆702分别向部件306、506施加轴向力F1在操作中，工具700定位成使得导向件706将螺母板100套在孔洞722的直径增大部分728内，以便用工具700的其余部分，主要是推杆702将螺母板100在工件180内的位置进行定心和对准。孔洞722的直径增大部分728的尺寸和形状使得螺母板100刚好配装在其中，从而防止螺母板100转动、平动和前后运动。保持支架104的支架部分112和夹持器108定位在导向件706的孔洞722的直径增大部分728中。螺母102优选地至少部分位于孔洞722的第一直径中。导向件706的肩部730定位成，例如，基本上防止螺母板100的任何向上运动，并将螺母102(从而将部件106)保持在适当位置。推杆702的细长柄部712定位在导向件706的孔洞722中，使得细长柄部712的直径缩小部分720位于螺母102的孔洞154中，但是细长柄部712的第二端716与部件106有段距离。推杆702的肩部718与导向件712有距离，使得弹簧704位于导向件712与推杆702的肩部718之间。
在如图23所示对工具700恰当定位之后，使推杆702如图6和图24所示向下运动，使弹簧704在推杆702的肩部718与导向件706之间压缩，并使推杆702的第二端716靠接部件106，迫使部件106穿过保持支架104的管状部分110孔洞134。在工具700中加入弹簧704是为了确保与工件180正确安装和配合，因为这会使推杆702只能前进到弹簧704完全压缩为止的固定距离，从而使推杆702不会沿施加轴向力F1的方向进一步运动。
在弹簧704防止推杆702进一步运动的情况下，推杆702应当已经迫使部件106穿过了管状部分110的孔洞134，如图25所示，使得内壁136得到扩张，并使管状部分110外壁138上的叶片146嵌入了工件180的孔洞壁188中。此后还会使推杆702缩回，使弹簧704可以返回其正常的伸长状态。
然后移走工具700，螺母板100被紧固到工件180。
工具700可以用于安装螺母板100、300、500的人工处理或自动处理。在使用人工处理时，优选地将螺母板100、300、500人工放入工件180、380、580的孔洞182、382、582中。将工件180、380、580的孔洞182、382、582与基座732的孔洞738对准。在人工处理中，优选地将工具700结合到手持式液压安装工具800(例如图26和图27中所示)中。
手持式液压安装工具800包括液压气动式手持工具壳体802，该壳体具有输入端804用于从单独的气源接收压缩空气。工具壳体802具有贮存器806，用于在其中容纳液压流体。工具700可以与工具壳体802的贮存器806相连，使得在贮存器806中建立起从输入端804到贮存器806的气压时，贮存器806中的液压流体会迫使推杆702克服弹簧704的弹力，使推杆702可以穿过导向件706和框架件708(为了简明起见，图25和图26中未示出框架件708)运动，推动部件106、306、506穿过保持支架104、304、504的管状部分110、310、510，以便扩张管状部分110、310、510，使管状部分110、310、510外壁138、338、538上的叶片146、346、546嵌入工件180、380、580的孔洞壁188、388、588中，以便将保持支架104、304、504紧固到工件180、380、580，像上文中关于本发明的第一、第二和第三实施例进行的说明一样。工件180、380、580定位成靠着紧固到工具壳体802的基座732。安装工具800既使用了气动处理又使用了液压处理，以便产生推动式安装所需的力孔。力F1一般需要在约3000到4000磅范围内。
在迫使部件106、306、506穿过保持支架104、304、504的管状部分110、310、510时，部件106、306、506穿过基座732的孔洞738并运动到收集箱808中，收集箱808附接到工具壳体802或设在其中。然后可以对收集箱808进行处理，从中移走部件106、306、506，从而可以抛弃部件106、306、506，或者在使用的是部件106的情况下，将其用于其他的螺母板100。
工具700也可以用在安装螺母板100、300、500的机械压力式处理或自动处理中。例如，工具700可以实现为自动脱轨组装机的形式，例如Drivmatics。自动安装处理可以既作为对工件180、380、580的孔洞182、382、582的自动化钻孔处理，又采用特定的末端执行器作为推动式安装处理。自动处理可以采用人工方式将螺母板100、300、500置于工件180、380、580的孔洞182、382、582中，自动安装处理也可以自动将螺母板100、300、500置于工件180、380、580中已经预备好的孔洞182、382、582中。
因此，本发明第一、第二和第三实施例的螺母板100、300、500以及本发明的工具700提供了超过现有技术中无铆钉螺母板的若干优点，这些优点包括但不限于本发明的工具700具有用人工处理或自动处理方式安装螺母板100、300、500的灵活性；螺母板100、300、500具有简单的设计；螺母板100、300、500使得可以施加工件180、380、580可能需要的更高安装载荷值；螺母板100、300、500能够制成不同尺寸，要安装的螺母板100、300、500的尺寸只受用于安装螺母板100、300、500所用的机器或工具的尺寸限制；所用材料消耗和产品重量等更低。
尽管已经示出并说明了本发明的优选实施例，但是可以想象，在不脱离前述说明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到各种变更。
权利要求书(按照条约第19条的修改)根据2007年8月29日 申请日期2004年12月16日 优先权日2004年8月30日
发明者拉赫马图拉·F·图思凯 申请人:特克斯特龙有限公司