Способ выполнения болтовых соединений с радиальным натягом

Авторы патента:

F16B5/02 - крепежными резьбовыми элементами (конструкции резьбовых соединений F16B 25/00-F16B 39/00)

Владельцы патента RU 2502896:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) (RU)

Изобретение относится к области механосборочного производства конструкций, к которым предъявляются высокие требования надежности и ресурса при воздействии циклических нагрузок, в частности к способам соединения металлических деталей авиационных конструкций. В способе выполнения болтовых соединений с радиальным натягом в болтовом шве выполняют установку болта в отверстие и шайбы на стержень болта со стороны резьбовой части, навинчивание и затяжку гайки нормированным крутящим моментом, подпрессовку болта со стороны головки с одновременным прижимом деталей поддержкой со стороны гайки. Подпрессовку каждого болта осуществляют при приложении динамической нагрузки с последующей подтяжкой гайки нормированным крутящим моментом. Количество циклов динамическая подпрессовка-подтяжка гайки выбирают в зависимости от конструктивно-технологических параметров соединяемых деталей. Обеспечивается повышенный уровень стяжки деталей в широком диапазоне толщины пакета и величины радиального натяга, что позволяет повысить усталостную долговечность конструкции в зоне болтовых соединений. 2 ил.

Известен способ образования болтовых соединений с радиальным натягом, включающий постановку болта и последующую дополнительную подпрессовку статическим усилием с целью повышения усталостной долговечности соединения (Авиационная промышленность, 1980 г., Приложение №1, с.5-7). Недостатком разовой статической подпрессовки является то, что эффективность такого воздействия на усталостную долговечность может проявляться только в конструкциях с малой толщиной пакета соединяемых деталей благодаря формированию более плотного контакта соприкасающихся поверхностей головки болта с поверхностью деталей и соприкасающихся поверхностей деталей в зоне отверстия по причине микродеформаций смятия вершин шероховатости. Это воздействие при малых толщинах пакета деталей является достаточным с точки зрения стяжки пакета нормированной затяжкой гайки, обеспечивающей повышение усталостной долговечности соединения, однако при больших толщинах пакета деталей упомянутый способ не обеспечивает необходимую стяжку пакета, а ее исходное значение, после нормированной затяжки гайки, практически исчезает уже в начальный период действия циклической нагрузки на соединение.

Цель изобретения: разработать способ выполнения болтовых соединений с радиальным натягом обеспечивающий повышенный уровень стяжки деталей в широком диапазоне толщины пакета и величины радиального натяга, который позволит повысить усталостную долговечность конструкции в зоне болтовых соединений.

Указанная цель достигается тем, что при выполнения болтовых соединений с радиальным натягом, в болтовом шве, включающий установку болта в отверстие и шайбы на стержень болта со стороны резьбовой части, навинчивание и затяжку гайки нормированным крутящим моментом, подпрессовку болта со стороны головки с одновременным прижимом деталей поддержкой со стороны гайки, согласно заявляемому изобретению, подпрессовку каждого болта осуществляют при приложении динамической нагрузки с последующей подтяжкой гайки нормированным крутящим моментом, при этом количество циклов динамическая подпрессовка-подтяжка гайки выбирают в зависимости от конструктивно-технологических параметров соединяемых деталей.

В выполненном соединении с нормированной затяжкой гайки к головке болта прикладывается динамическое воздействие в виде ударной нагрузки (ударная подпрессовка) с последующей подтяжкой (доворотом гайки нормированной затяжкой той же величины). Динамическая подпрессовка болта и подтяжка гайки повторяются многократно до прекращения доворота гайки от приложения нормированного крутящего момента.

На фиг.1 показана конструктивная схема выполнения болтового соединения с нормированной затяжкой крутящим моментом на ключе М_КЛ, содержащая болт 1 с выступающей головкой (фиг.1) или с потайной головкой (фиг.2), гайку 2, шайбу 3 и соединяемые детали 4. Ударная подпрессовка болта 1 осуществляется динамическим воздействием нагрузки F_ДИН.

Последовательность действий в предлагаемом способе заключается в следующем. В отверстие пакета соединяемых деталей 4 устанавливают с радиальным натягом болт 1, затягивают его нормированной затяжкой гайки 2, затем к детали со стороны гайки прикладывают поддержку массой не менее 2 кг с отверстием, охватывающим гайку с шайбой и в течение 1÷2 с дополнительно к головке болта 1 прикладывают динамическую нагрузку F_ДИН, которая преодолевает силы трения по поверхности между стержнем болта и стенкой отверстия, увеличивая стяжку пакета деталей, а после динамической подпрессовки производят подтяжку гайки 2 нормированной затяжкой (той же величиной крутящего момента М_КЛ). Количество циклов динамическая подпрессовка болта 1 - последующая подтяжка гайки 2 выбирают в зависимости от конструктивно-технологических параметров соединяемых деталей до прекращения доворота гайки нормированным крутящим моментом М_КЛ.

Экспериментально было установлено, что при малых толщинах пакета деталей h (h≤2d, где d - диаметр болта) при выполнении болтового соединения по предлагаемому изобретению обеспечивается стяжка пакета, которая оценивается значением коэффициента стяжки пакета $К_{С Т} = \frac{Q_{2}}{Q_{1}} = 0, 95 \div 1$ . Этим объясняется значительное повышение усталостной долговечности образцов соединений. В этой формуле Q₁ и Q₂ обозначают усилия в стержне болта под гайкой и головкой болта соответственно. В образцах болтовых соединений с толщиной пакета деталей h≤2d для достижения величины К_СТ=0,95÷1 достаточно выполнить 2 цикла динамическая подпрессовка-подтяжка гайки. При толщинах пакета деталей h>2d после выполнения от 4 до 6 таких циклов обеспечивалась величина коэффициента К_СТ=0,91÷0,97. Меньшее значение коэффициента К_СТ для более толстых пакетов деталей объясняется тем, что соединяемые детали имеют большую жесткость и наличие даже незначительной волнистости поверхностей сопрягаемых деталей, в том числе и из-за шероховатости, препятствуют формированию более плотного контакта соприкасающихся поверхностей в зоне отверстия при динамической подпрессовке единичной силовой точки (болтовое соединение).

Для сравнения с вышеизложенным следует отметить, что после выполнения болтовых соединений с радиальным натягом как по существующей технологии, так и при сборке с разовой статической подпрессовкой предусмотрена разовая затяжка гайки нормированным моментом на ключе М_КЛ. Известно, что значительная доля момента затяжки тратится на преодоление сил трения по контактирующим поверхностям пары стержень болта-отверстие и пары «торец гайки-шайба». Поэтому усилие в стержне болта под гайкой Q₁, всегда больше усилия в стержне под головкой болта Q₂ и исходное значение коэффициента стяжки пакета К_СТ значительно ниже требуемого значения полноценной стяжки пакета, к тому же оно резко снижается после действия на соединение циклической нагрузки, так как происходит перераспределение усилий Q₁ и Q₂ при резком уменьшении величины Q₁.

Вполне очевидно, что оптимальное значение коэффициента стяжки пакета соответствует значению К_СТ=1. Однако применение динамической подпрессовки-подтяжки гайки с необходимым количеством циклов обеспечивает величину К_СТ в интервале 0,91-1,0 в каждом болтовом соединении шва. Поэтому для повышения величины коэффициента стяжки К_СТ, то есть уровня стяжки пакета деталей в каждом соединении болтового шва, необходимо выполнять следующую последовательность. На некотором участке болтового шва или на всей его длине выполняют последовательно все болтовые соединения с уменьшенным на один-два цикла динамической подпрессовки и последующей подтяжки гайки нормированным крутящим моментом затяжки от общего потребного количества циклов. Затем, в той же последовательности во всех болтовых соединениях участка шва выполняют недостающие циклы динамической подпрессовки болтов с последующей подтяжкой гаек тем же крутящим моментом на ключе. Далее выполняют аналогично описанной последовательности следующие участки шва, если продолжительный болтовой шов разбит на участки. Для динамической подпрессовки болтов можно использовать клепальный пневмомолоток с энергией единичного удара от 5 до 10 Дж.

Эффективность предлагаемого способа выполнения болтовых соединений с радиальным натягом подтверждена результатами сравнительных усталостных испытаний двух партий двухсрезных образцов болтовых соединений: с динамической подпрессовкой болтов и последующей подтяжкой гайки и по существующей технологии с разовой нормированной затяжкой гайки. Усталостная долговечность образцов соединений с динамической подпрессовкой болтов в 4÷6 раз превышала усталостную долговечность образцов соединений, выполненных по существующей технологии.

Использование предлагаемого способа выполнения болтовых соединений в серийном производстве авиационной техники позволяет увеличить ресурс конструкции в зоне болтовых соединений с радиальным натягом.

Способ выполнения болтовых соединений с радиальным натягом в болтовом шве, включающий установку болта в отверстие и шайбы на стержень болта со стороны резьбовой части, навинчивание и затяжку гайки нормированным крутящим моментом, подпрессовку болта со стороны головки с одновременным прижимом деталей поддержкой со стороны гайки, отличающийся тем, что подпрессовку каждого болта осуществляют при приложении динамической нагрузки с последующей подтяжкой гайки нормированным крутящим моментом, при этом количество циклов динамическая подпрессовка-подтяжка гайки выбирают в зависимости от конструктивно-технологических параметров соединяемых деталей.

Болтовое соединение тонкого листа с толстым // 2501987

Изобретение относится к области строительства, в частности к болтовым соединениям тонкого листа с толстым, и направлено на повышение прочности соединения. Болтовое соединение тонкого листа с толстым, включающее тонкий лист, выполненный с отверстием для прохождения болта, и толстый лист, выполненный с отверстием большего диаметра, в которое завальцованы кромки тонкого листа, шайбы, болт и гайку.

Семейство устройств крепления с переменной конусностью // 2494290

Изобретение относится к семейству устройств крепления с переменной конусностью. Семейство устройств крепления элементов с предварительно выполненными в них цилиндрическими отверстиями, при этом каждое устройство содержит: винт, выполненный вокруг оси и содержащий усеченный конусный стержень и головку, втулку, выполненную с возможностью захождения в нее стержня винта, при этом втулка выполнена вокруг той же оси и содержит цилиндрическую наружную поверхность и усеченную конусную внутреннюю поверхность, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, два устройства, втулки которых до посадки с натягом имеют одинаковый наружный диаметр и разную степень конусности внутренней поверхности.

Крепежная сборно-разборная стойка // 2485361

Изобретение относится к разъемным средствам крепления объектов на стержнях в области строительства и направлено на повышение надежности соединения. .

Сборная конструкция строительной панели для улучшения сопротивления конструкции термическому расширению и способ ее изготовления // 2478530

Способ затяжки высоконагруженного резьбового соединения // 2475651

Изобретение относится к области общего и специального тяжелого машиностроения и может использоваться во всех областях промышленного производства для обеспечения соединения высоконагруженных элементов механических конструкций, и направлено на повышение производительности и снижение трудоемкости соединения элементов конструкции без использования сложных затягивающих устройств.

Болтовое соединение вращающихся деталей // 2472981

Изобретение относится к области машиностроения и авиадвигателестроения и может быть использовано для соединения вращающихся деталей ротора газотурбинного двигателя авиационного и наземного применения.

Соединительная система и способ соединения, в частности, со всесторонним силовым замыканием // 2470195

Изобретение относится к соединительной системе с всесторонним силовым замыканием и способу соединений и направлено на возможность регулировать независимо друг от друга силы предварительного натяжения на подлежащих затяжке составных частей.

Прокладка, снижающая фреттинг-износ, и узлы крепления, в которых используется прокладка // 2466304

Изобретение относится к прокладке, снижающей фреттинг-износ, и к узлам крепления, в которых используется прокладка, и направлено на снижение стирания контактных поверхностей узлов, подвергающихся мелкой вибрации.

Сборочная система // 2466303

Изобретение относится к сборочной системе облегченных плит, в частности ячеистых панелей, и направлено на снижение количества деталей системы и на возможность легкой установки соединительного элемента.

Устройство для прикрепления первой детали ко второй детали, которая сама по себе прикреплена к третьей детали, узел из трех деталей, в частности, автомобиля // 2508479

Изобретение относится к устройству для крепления первой детали ко второй детали, которая сама по себе прикреплена к третьей детали, и направлено на повышение качества сборки элементов конструкции. Устройство для крепления первой детали ко второй детали, которая сама по себе прикреплена к третьей детали, причем первая деталь удерживает винт, который может быть вставлен в отверстие второй детали и в отверстие третьей детали, гайка, которая завинчена на винте, выполнена с возможностью затягивания первой детали на второй детали. Винт жестко соединен с первой деталью посредством элемента, который может упруго деформироваться по мере затягивания гайки, причем упомянутый элемент является пружиной. Винт имеет поверхность, выполненную с возможностью опоры на третью деталь, и имеется зазор между этой опорной поверхностью и третьей деталью до затягивания гайки. Пружина имеет достаточные ход деформации и жесткость для компенсации зазора во время затягивания гайки и расположения первой детали на второй детали в соответствии с заданным усилием. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Легкосъемное беззазорное крепежное соединение фланцев // 2519996

Легкосъемное беззазорное крепежное соединение фланцев относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано для стягивания и жесткой фиксации фланцев полумуфт валов машин во время монтажа и ремонтов. Крепежное соединение содержит втулку, установленную в сквозных соосных цилиндрических отверстиях соединяемых фланцев, сопряженную по внутренней конической поверхности с установленной в ней конической шпилькой, на резьбовых концах которой навинчены гайки. Втулка зафиксирована в осевом направлении. Внутренняя поверхность втулки имеет призонный участок, длина которого превышает длину призонного участка наружной поверхности втулки. Втулка выполнена с продольными разрезами, начинающимися от торца втулки со стороны меньшего диаметра конуса и заканчивающимися на нерабочем участке внутренней поверхности втулки со стороны большего диаметра конуса. Изобретение обеспечивает повышение надежности фланцевого соединения за счет повышения его несущей способности, а также повышение ремонтопригодности, технологичности и снижение трудоемкости выполнения сборочно-монтажных работ. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Устройство для механического соединения по меньшей мере двух деталей с соосными каналами // 2545123

Изобретение относится к устройству для механического соединения посредством поворотной оси по меньшей мере двух деталей и направлено на упрощение соединения деталей посредством поворотной оси. Устройство выполнено с возможностью продолжения в продольном направлении в соосные каналы, выполненные в двух деталях, шарнирно соединенных друг относительно друга вокруг оси, содержит: цилиндрический корпус, содержащий концевой участок, выполненный с продольным пазом, причем цилиндрический корпус содержит в продольном направлении цилиндрический канал, продолженный каналом в форме усеченного конуса, продолжающимся в концевой участок, предназначенный для размещения в канале детали; вставку в форме усеченного конуса, по существу ответную каналу в форме усеченного конуса, при этом вставка содержит резьбовое отверстие, продолжающееся в продольном направлении при размещении вставки в канале в форме усеченного конуса; и винт с резьбовым концом, выполненным с возможностью взаимодействия посредством ввинчивания с резьбовым отверстием вставки, обеспечивая фиксирование цилиндрического корпуса в канале и создание поворотного соединения вокруг оси. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

Элемент, выполненный как единое целое с втулкой, и способ его изготовления // 2555314

Изобретение относится к педальному тормозному устройству транспортного средства. Педальное тормозное устройство транспортного средства содержит корпус, прикрепленный к приборной панели, педаль тормоза, совершающую движение качения вокруг несущего вала, и несколько втулок заданного наружного диаметра и высоты, служащих в качестве распорных деталей для создания пространства между корпусом и приборной панелью, расположенных вокруг сквозного отверстия, выполненного в подложке корпуса. Каждая втулка имеет шейку, передний торцевой фланцевый участок и сквозное отверстие. Шейка выполнена как единое целое с подложкой корпуса путем формования вытягиванием подложки и проходит от участка основания к переднему торцу втулки. Передний торцевой фланцевый участок имеет по меньшей мере двухслойную конструкцию, образованную на переднем торцевом участке шейки. Сквозное отверстие образовано с обеспечением расположения его оси ортогонально плоской поверхности подложки, в которое от участка основания до переднего торцевого фланцевого участка шейки вставлен болт, посредством которого подложка притянута к приборной панели и зафиксирована на ней, а передний конец переднего торцевого фланцевого участка предназначен для контакта с приборной панелью. В результате обеспечивается повышение прочности и жесткости втулки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 15 ил.

Устройство соединения деталей газотурбинной установки // 2561895

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности к газотурбинным установкам, двигателям внутреннего сгорания, где детали и их соединения работают при высокой температуре длительное время. Устройство соединения деталей газотурбинной установки, содержащее торцевые опорные поверхности - болт крепления в виде цилиндрического стержня с головкой и резьбой, проходящий сквозь располагающиеся на одной линии отверстия, выполненные в соединяемых деталях, шайбу и гайку, навинченную на резьбу до затягивания соединяемых деталей с нормированным моментом, при этом, по меньшей мере, на одной торцевой опорной поверхности головки болта, и/или гайки, и/или шайбы выполнены одна и более кольцевая канавка под смазку, при этом отношение шага резьбы к глубине и шага резьбы к ширине канавки составляет 1,5…15 и 0,75…3 соответственно, а величина усилия момента страгивания при отворачивании гайки или болта превышает нормированный момент затягивания не более чем на 30%. Канавка может содержать смазку в виде коллоидного графита С 1 или С 2 или смеси на меловой основе ПС1. Применение изобретения позволяет увеличить количества повторного использования болтов и гаек более чем на 20% и снизить экономические затраты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ создания гарантированной затяжки в дифференциально-резьбовом соединении деталей // 2568172

Изобретение относится к области общего и специального тяжелого машиностроения и применяется для обеспечения соединения высоконагруженных элементов механических конструкций. Способ создания гарантированной затяжки в дифференциально-резьбовом соединении деталей включает ввинчивание шпильки резьбовой частью с фрикционным покрытием через отверстие одной соединяемой детали в резьбовое отверстие другой соединяемой детали, навинчивание гайки на резьбовую часть шпильки, выполненную с антифрикционным покрытием, завинчивание ключом гайки и шпильки, при этом шпилька, выполненная из пружинной стали, скручивается в стержневой части в направлении затяжки соединения за счет крутящего момента, накапливая упругую энергию, а при ослаблении соединения в процессе эксплуатации раскручивается под действием упругих сил и вкручивается в корончатую гайку, создавая усилие затяжки. Таким образом, ослабления элементов соединения не происходит и вследствие самозатяжки соединяемых деталей повышается надежность соединения при эксплуатации. 1 ил.

Соединение слоистых металлокомпозитных листов (деталей) и способ его выполнения // 2579714

Изобретение может быть использовано для соединения заготовок или деталей, изготовленных из слоистого металлокомпозита, например алюмостеклопластика СИАЛ, содержащего алюминиевые листы и слои термопластичного композита со стекловолокнами различной структуры. С наружных сторон состыкованных без зазора чередующихся слоев из тонких металлических листов и слоев из термопластичного композита размещают покрывные металлические листы и устанавливают полученный пакет в сборочном приспособлении между верхней и нижней накладными соединительными пластинами с крепежными отверстиями. Через крепежное отверстие в верхней соединительной пластине вводят вращающийся пуансон с усилием трения 5-10 кН и продавливают при его осевом движении листы пакета с образованием крепежного отверстия. Разогретые кромки металлических листов при этом выдавливают с формированием на них втулок и кольцевых буртов. В полученных сквозных крепежных отверстиях устанавливают стержневые крепежные детали. Упомянутые втулки и бурты обеспечивают увеличение площади контакта стержней крепежных деталей с кромкой отверстия в тонких металлических листах и снижение концентрации нагрузки, передаваемой со стороны стержня, а также позволяют увеличить число витков резьбы в отверстии листа при винтовом соединении. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Конусный замок // 2585212

Изобретение относится к устройствам крепления съемных частей к корпусу. Конусный замок содержит конус с фланцем, закрепленным на отъемной части корпуса самолета, конусное гнездо с фланцем, закрепленным на корпусе самолета, болт, самоконтрящуюся гайку и пружину. На конусе и на конусном гнезде выполнены цилиндрические выступы-пояса одинаковых диаметров с ответными отверстиями в отъемной части и в корпусе самолета, которые в стянутом положении образуют один цилиндрический стержень. Изобретение направлено на повышение ресурса соединения. 4 ил.

Скрепляемая конструкция // 2586988

Изобретение относится к скрепляемой конструкции и направлено на повышение жесткости соединения. Скрепляемая конструкция содержит первый элемент, выполненный с внутренней резьбой; второй элемент, выполненный с отверстием; и охватываемый винт, крепящий первый элемент и второй элемент друг с другом и включающий участок внешней резьбы и участок головки, имеющий опорную поверхность. Участок внешней резьбы врезается во внутреннюю резьбу через отверстие второго элемента. Второй элемент выполнен с по существу круглым согнутым участком, включающим изогнутую поверхность, определяющую отверстие, и включающим свободный конец, имеющий край, прижатый к опорной поверхности винта. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ сборки крыла из полимерного композиционного материала // 2613661

Изобретение относится к авиастроению. Способ сборки крыла из полимерного композиционного материала заключается в соединении носовой, хвостовой средней частей (1,2,3) крыла полками лонжеронов (4) с верхней и нижней панелями болтами (7) и гаечных профилей (6) с плавающими самоконтрящимися гайками из алюминиевых сплавов. Вначале производят болтовое или клееболтовое крепление лонжеронов (4) и панелей (5) средней части (3) крыла болтами (7). Осуществляют одновременно постановку гаечных профилей (6) и крепление полок лонжеронов (4) с панелями (5), производя и завершая тем самым сборку средней части крыла 3, а затем так же при помощи болтов 8. На оставшейся части плавающих самоконтрящихся гаек профилей (6) выполняют установку болтов (8), производя соединение носовой и хвостовой частей (1,2) крыла со средней частью крыла (3). Болты (8) устанавливают в оставшуюся часть гаечных профилей (6) в промежутках между болтами (7) с гайками крепления лонжеронов (4) и панелей (5) средней части крыла. Изобретение направлено на упрощение процесса сборки путем уменьшения технологических операций. 4 ил.