Крепежное соединение деталей из материалов с разными коэффициентами теплового расширения

Изобретение относится к болтовым соединениям деталей, выполненных из материалов с разными коэффициентами теплового расширения, и может быть использовано в различных отраслях техники, включая конструкции высокоскоростных летательных аппаратов. Крепежное соединение деталей из материалов с разными коэффициентами теплового расширения, включающее первую деталь, вторую деталь и крепеж, при этом одно из отверстий под крепеж, принятое за базовое, выполнено единым для двух соединяемых деталей, образуя с крепежом точную посадку, остальные отверстия во второй детали выполнены равными базовому отверстию, а для обеспечения свободного теплового перемещения элементов крепежного соединения часть отверстий в первой детали выполнена в виде прорезей, ось симметрии которых проходит через центр базового отверстия, а другая часть отверстий выполнена большего диаметра по отношению к базовому отверстию, при этом одна или несколько прорезей в первой детали выполнены большей ширины для установки в них вкладыша с отверстием, равным базовому отверстию, при этом вкладыш установлен по точной посадке с образованием двух опорных плоскостей с прорезью, а длина прорези выполнена с обеспечением свободного теплового перемещения вкладыша с крепежом вдоль прорези. Использование предлагаемого технического решения позволит повысить точность и надежность соединения при работе в условиях значительных по величине нагрузок и высоких температур нагрева. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к болтовым соединениям деталей, выполненных из материалов с разными коэффициентами теплового расширения, и может быть использовано в различных отраслях техники, включая конструкции высокоскоростных летательных аппаратов.

Известно (см. патент РФ №2263827) болтовое соединение деталей из материалов с разными коэффициентами теплового расширения, включающее первую деталь, вторую деталь и болты, при этом первая деталь выполнена с прорезями с возможностью скольжения последних по болтам, установленным в этих прорезях, отличающееся тем, что прорези ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных линий, расположенных в плоскости стыка соединяемых деталей, в пересечении которых болт относительно первой детали установлен плотно, а вне указанных линий болты установлены в отверстия первой детали с зазорами.

Описанное устройство принято авторами за ближайший аналог.

Ближайший аналог имеет следующие недостатки:

- выполнение ряда отверстий в виде овальных прорезей, ширина которых равна диаметру базового отверстия, а длина выбрана из условия свободного теплового перемещения элементов крепежного соединения, позволяет обеспечить надежную фиксацию (в том числе и от вращения) соединения в плоскости стыка и тепловую развязку. Но если в соединении действуют значительные по величине силы, которые берутся реакциями в точном отверстии, общем для двух деталей, и в прорези (прорезях), то в последней могут возникнуть контактные напряжения по линии касания «болт-прорезь», превышающие допустимые;

- если по линии касания «болт-прорезь» контактные напряжения превысят допустимые, то появится пластическая деформация по линии контакта, что может привести к люфтам в соединении двух деталей;

- люфты в соединении двух деталей могут привести к недопустимым вибрациям и потере работоспособности конструкции;

- при соединении металлической детали с деталью, например из композиционного материала, возникает необходимость снижения напряжений смятия, возникающих в неметаллической детали. Это необходимо предусматривать в конструкциях такого типа соединений;

- кроме того, необходимо избегать острых ребер по линии контакта двух деталей, если одна из деталей - неметаллическая;

- в ответственных соединениях двух деталей, когда необходима высокая точность выставления одной детали относительно другой, необходимо предусматривать компенсаторы.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение точности и надежности соединения при работе в условиях значительных по величине нагрузок и высоких температур нагрева.

Поставленная задача достигается тем, что в крепежном соединении деталей из материалов с разными коэффициентами теплового расширения, включающем первую деталь, вторую деталь и крепеж, при этом одно из отверстий под крепеж, принятое за базовое, выполнено единым для двух соединяемых деталей, образуя с крепежом точную посадку, остальные отверстия во второй детали выполнены равными базовому отверстию, а для обеспечения свободного теплового перемещения элементов крепежного соединения часть отверстий в первой детали выполнена в виде прорезей, ось симметрии которых проходит через центр базового отверстия, а другая часть отверстий выполнена большего диаметра по отношению к базовому отверстию, при этом одна или несколько прорезей в первой детали выполнены большей ширины для установки в них вкладыша с отверстием, равным базовому отверстию, вкладыш установлен по точной посадке с образованием двух опорных плоскостей с прорезью, а длина прорези выполнена с обеспечением свободного теплового перемещения вкладыша с крепежом вдоль прорези. Прорезь выполнена с радиусами скругления по вершинам, а на вкладыше выполнены фаски, ответные радиусам скругления.

Между первой и второй деталью установлены регулировочные шайбы и опорная пластина, при этом регулировочные шайбы установлены между первой деталью и опорной пластиной, а в опорной пластине выполнены отверстия под крепеж, соответствующие отверстиям в первой детали.

На второй детали со стороны, не контактирующей с первой деталью, размещены опорные накладки с двумя отверстиями под крепеж, одно из которых выполнено равным базовому отверстию, а другое отверстие выполнено большего диаметра для обеспечения свободного теплового перемещения элементов крепежного соединения.

В опорной пластине по сторонам опирания на вторую деталь выполнены отгибы, притупляющие кромки пластины.

В опорных накладках с двух сторон от отверстий выполнены выступы для обеспечения фиксации от вращения одного из пары элементов крепежного соединения, а со стороны опирания на вторую деталь выполнено притупление ребер.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами на примере аэродинамической поверхности (консоли крыла, стабилизатора и т.д.) высокоскоростного летательного аппарата, выполненной, например, из композиционного материала и имеющей передний и задний узлы подвески, выполненные из металла. В соответствии с формулой изобретения здесь первой деталью выступает задний узел подвески, а в качестве второй детали - аэродинамическая поверхность (а.п.).

На фиг. 1 дан вид в плане на а.п. 1 с задним 2 и передним 3 узлами подвески к корпусу летательного аппарата.

На фиг. 2 дан вид по выноске А, где представлены элементы заднего узла подвески в составе кронштейна 4, болтов 5, гаек 6, шайб 7, опорных накладок 8.

На фиг. 3 показана выноска Д, где помимо кронштейна 4, болта 5, гайки 6, шайбы 7, опорных накладок 8 показана опорная пластина 9 и регулировочные шайбы 10.

На фиг. 4 дан вид В на кронштейн 4, опирающийся на опорную пластину 9. Во фланце кронштейна 4 отверстие 11 является базовым, т.е. единым для кронштейна 4 и а.п. 1, и обеспечивает точную посадку с крепежом. В прорезь 12 установлен вкладыш 13, в котором выполнено точное отверстие 14, равное базовому отверстию 11. При этом вкладыш 13 установлен в прорезь 12 по точной посадке с образованием двух опорных плоскостей с ней. Таким образом, сила, приходящая в эту точку закрепления кронштейна 4, будет действовать не по линии контакта (как в случае обычной прорези, ширина которой равна диаметру болта), а распределяться по площади опорной поверхности «вкладыш-прорезь». Для обеспечения свободного теплового перемещения элементов крепежного соединения вкладыш 13 может перемещаться вдоль прорези 12, а два отверстия 15 выполнены большего диаметра, чем базовое отверстие 11.

На фиг. 5 дан вид В, где убран кронштейн 4 с крепежом и показана опорная пластина 9, расположенная на а.п. 1 (отверстия в а.п. 1 не показаны). Отверстие 16 в пластине 9 равно базовому отверстию 11. Отверстие 17 выполнено в виде прорези, ось симметрии которой проходит через центр отверстия 16, при этом ширина прорези равна диаметру отверстия 16, а длина выполнена с обеспечением свободного теплового перемещения элементов крепежного соединения. Два отверстия 18 выполнены большего диаметра, чем базовое отверстие 11, тем самым обеспечивается свободное тепловое перемещение элементов крепежного соединения.

На фиг. 6 дан вид В, где задний узел подвески 2 не показан. Здесь представлена а.п. 1, в которой выполнены четыре отверстия 19, равные базовому отверстию.

На фиг. 7 дан вид Г на а.п. 1 со стороны, противоположной кронштейну 4. Здесь показаны две опорные накладки 8, при этом в одной из накладок 8 видны головки болтов 5, расположенные между выступами, которые не позволяют им проворачиваться, а другая накладка показана без болтов 5, что позволяет увидеть отверстия в опорной накладке 8, а именно отверстие 20 равно базовому отверстию и отверстие 21 большего диаметра, чем базовое отверстие.

На фиг. 8 показана выноска Б, где представлен передний узел подвески 3, по конструкции аналогичный заднему узлу подвески 2, но имеющий меньшие габариты. Кронштейн 22 крепится к а.п. 1 таким же набором крепежа, тем самым обеспечивается свободное тепловое перемещение элементов крепежного соединения.

Устройство работает следующим образом.

А.п. 1 имеет два узла подвески 2 и 3 к корпусу летательного аппарата, но при этом узлы подвески выполнены из металла, а сама а.п. - из композиционного материала, т.е. имеет место крепежное соединение деталей из материалов с разными коэффициентами теплового расширения. Задний 2 и передний 3 узлы подвески по конструкции аналогичны друг другу, поэтому ниже будет описана работа узла подвески на примере заднего узла 2.

Кронштейн 4 крепится к а.п. четырьмя болтами 5, которые заходят в отверстия а.п. (например, через отверстие в стенке а.п. или через наружную крышку в а.п.) и выходят резьбовой частью наружу. На резьбовую часть болтов 5 устанавливают шайбы 7 и заворачивают гайки 6. Болты 5 при установке входят в опорные накладки 8, имеющие на краях выступы и располагаются своими головками между этими выступами, которые не позволяют им проворачиваться. Вращая гайки 6 ключом относительно неподвижных болтов 5, мы затягиваем соединение «болт-гайка» моментом затяжки.

Для точного выставления кронштейна 4 относительно а.п. 1 используются регулировочные шайбы 10.

Для восприятия силы с фланца кронштейна 4 на стенку а.п. 1 используется опорная пластина 9, которая обеспечивает необходимую опорную поверхность и снижает величину напряжения смятия на стенке а.п.

По тем же соображениям опорные накладки 8 обеспечивают необходимую опорную поверхность на стенку а.п. 1.

Из сравнения чертежей, представленных на фиг. 4, 5, 6, 7, видно, что:

- отверстия 11, 16,19, 20 образуют базовое отверстие;

- отверстия 14, 19 и 20 (на фиг. 7 отверстие 20 закрыто болтом 5), а также прорези 12 и 17 обеспечивают точную посадку, фиксируют совместно с базовым отверстием кронштейн 4 от вращения при установленных болтах 5, но позволяют кронштейну 4 и опорной пластине 9 свободно перемещаться при нагреве по направлению «центр базового отверстия-центр отверстия 14 во вкладыше 13» благодаря зазорам по направлению перемещения между вкладышем 13 и прорезью 12 кронштейна 4;

- отверстия 15, 18 21 обеспечивают свободное тепловое перемещение кронштейна 4 с элементами крепежного соединения, поскольку эти отверстия имеют диаметр больше, чем диаметр базового отверстия.

В опорной пластине 9 выполнены отгибы, притупляющие кромки пластины, а в опорных накладках 8 - притупления ребер с целью устранения острых кромок по внешнему периметру касания деталей и предотвращения врезания этих кромок в стенку а.п. 1 при затяжке болтов 5 (см. фиг. 3).

Предложенная конструкция успешно прошла лабораторно-стендовые и летно-конструкторские испытания в составе высокоскоростного ЛА в диапазоне температур ± 50°C.

Использование предлагаемого технического решения позволит повысить точность и надежность крепежного соединения при работе в условиях значительных по величине нагрузок и высоких температур нагрева.

1. Крепежное соединение деталей из материалов с разными коэффициентами теплового расширения, включающее первую деталь, вторую деталь и крепеж, при этом одно из отверстий под крепеж, принятое за базовое, выполнено единым для двух соединяемых деталей, образуя с крепежом точную посадку, остальные отверстия во второй детали выполнены равными базовому отверстию, а для обеспечения свободного теплового перемещения элементов крепежного соединения часть отверстий в первой детали выполнена в виде прорезей соответствующей длины и шириной, равной диаметру базового отверстия, при этом ось симметрии прорезей проходит через центр базового отверстия, а другая часть отверстий выполнена большего диаметра по отношению к базовому отверстию, отличающееся тем, что одна или несколько прорезей в первой детали выполнены большей ширины для установки в них вкладыша с отверстием, равным базовому отверстию, при этом вкладыш установлен по точной посадке с образованием двух опорных плоскостей с прорезью, а длина прорези выполнена с обеспечением свободного теплового перемещения вкладыша с крепежом вдоль прорези.

2. Крепежное соединение деталей по п. 1, отличающееся тем, что прорезь выполнена с радиусами скругления по вершинам, а на вкладыше выполнены фаски, ответные радиусам скругления.

3. Крепежное соединение деталей по п. 1, отличающееся тем, что между первой и второй деталью установлены регулировочные шайбы и опорная пластина, при этом регулировочные шайбы установлены между первой деталью и опорной пластиной, а в опорной пластине выполнены отверстия под крепеж, соответствующие отверстиям в первой детали.

4. Крепежное соединение деталей по п. 1, отличающееся тем, что на второй детали, со стороны, не контактирующей с первой деталью, размещены опорные накладки с двумя отверстиями под крепеж, одно из которых выполнено равным базовому отверстию, а другое отверстие выполнено большего диаметра для обеспечения свободного теплового перемещения элементов крепежного соединения.

5. Крепежное соединение деталей по пп. 1 и 3, отличающееся тем, что в опорной пластине по сторонам опирания на вторую деталь выполнены отгибы, притупляющие кромки пластины.

6. Крепежное соединение деталей по пп. 1 и 4, отличающееся тем, что в опорных накладках с двух сторон от отверстий выполнены выступы для обеспечения фиксации от вращения одного из пары элементов крепежного соединения, а со стороны опирания на вторую деталь выполнено притупление ребер.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для удержания подшипника относительно неподвижного корпуса. В частности, но не исключительно, изобретение относится к устройству, предназначенному для удержания подшипника, который поддерживает вращающийся вал (например, карданный вал) относительно шасси транспортного средства.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к болтовым соединениям деталей, воспринимающих поперечные нагрузки. Болтовое соединение деталей содержит болты, которые гладкими участками установлены в отверстия первой детали с зазором, охватываемые отверстиями второй детали.

Изобретение относится к механическим соединениям, обеспечивающим соединения вместе деталей, изготовленных из термоструктурного композиционного материала. Техническим результатом является обеспечение надежности соединения при термических воздействиях на соединяемые детали.

Изобретение относится к механическим соединениям, обеспечивающим соединения вместе деталей, изготовленных из термоструктурного композиционного материала. Техническим результатом является обеспечение надежности соединения при термических воздействиях на соединяемые детали.

Изобретение относится к устройству для скрепления деталей, в частности к гайкам, и направлено на устранение возможности потери гайки при использовании. Устройство скрепления двух деталей, первая из которых содержит крепежный фланец, содержащий по меньшей мере одно отверстие для прохождения резьбового стержня, установленного на второй детали или выполненного заодно с ней, и средства предупреждения потери гайки относительно фланца до ее завинчивания на резьбовом стержне.

Изобретение относится к устройству для скрепления деталей, в частности к гайкам, и направлено на устранение возможности потери гайки при использовании. Устройство скрепления двух деталей, первая из которых содержит крепежный фланец, содержащий по меньшей мере одно отверстие для прохождения резьбового стержня, установленного на второй детали или выполненного заодно с ней, и средства предупреждения потери гайки относительно фланца до ее завинчивания на резьбовом стержне.

Предлагаемый узел относится к ответственным соединениям, используемым в машиностроении. Цель изобретения - повышение усталостной прочности соединения путем уменьшения напряжения изгиба под резьбовой частью, повышение равномерности распределения поперечной нагрузки в групповом резьбовом соединении, повышение жесткости узла на сдвиг.

Изобретение относится к ответственным узлам, используемым в машиностроении. Узел резьбового соединения деталей машин содержит две соединяемые детали, в отверстиях которых установлена шпилька с гайками.

Крыло самолета состоит из двух соединенных с фюзеляжем консолей, каждая из которых подкреплена подкосом, и содержит верхнюю панель, передний, центральный и задний лонжероны, балочные и рамные нервюры, а также съемные нижние панели.

Крыло самолета состоит из двух соединенных с фюзеляжем консолей, каждая из которых подкреплена подкосом, и содержит верхнюю панель, передний, центральный и задний лонжероны, балочные и рамные нервюры, а также съемные нижние панели.

Изобретение относится к болтовым соединениям деталей, выполненных из материалов с разными коэффициентами теплового расширения, и может быть использовано в различных отраслях техники, включая конструкции высокоскоростных летательных аппаратов. Крепежное соединение деталей из материалов с разными коэффициентами теплового расширения, включающее первую деталь, вторую деталь и крепеж, при этом одно из отверстий под крепеж, принятое за базовое, выполнено единым для двух соединяемых деталей, образуя с крепежом точную посадку, остальные отверстия во второй детали выполнены равными базовому отверстию, а для обеспечения свободного теплового перемещения элементов крепежного соединения часть отверстий в первой детали выполнена в виде прорезей, ось симметрии которых проходит через центр базового отверстия, а другая часть отверстий выполнена большего диаметра по отношению к базовому отверстию, при этом одна или несколько прорезей в первой детали выполнены большей ширины для установки в них вкладыша с отверстием, равным базовому отверстию, при этом вкладыш установлен по точной посадке с образованием двух опорных плоскостей с прорезью, а длина прорези выполнена с обеспечением свободного теплового перемещения вкладыша с крепежом вдоль прорези. Использование предлагаемого технического решения позволит повысить точность и надежность соединения при работе в условиях значительных по величине нагрузок и высоких температур нагрева. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Наверх