Способ крепления конструктивных элементов (варианты)
Владельцы патента RU 2677411:
Российская федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области производства крепежных работ, в частности, для крепления между собой, в стык по поверхности, конструктивных элементов, выполненных из разнородных материалов, и направлено на увеличение длительности режима эксплуатации соединения. Способ крепления конструктивных элементов, один из которых выполнен из полимерных композиционных материалов, а другой - из металла, заключающийся в том, что сначала скрепляемые конструктивные элементы соединяют друг с другом без зазора в стык по поверхности, совмещают при этом вертикальные отверстия на конструктивных элементах, затем на конструктивный элемент из полимерных композиционных материалов устанавливают ответные пластины, выполненные по форме конструктивного элемента из полимерных композиционных материалов, при этом сквозные отверстия ответных пластин совмещают с ранее упомянутыми отверстиями, в которые со стороны ответных пластин закручивают болты или устанавливают болты, а со стороны металлического конструктивного элемента на болты закручивают гайки или устанавливают болты, а со стороны металлического конструктивного элемента на болты закручивают гайки. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области производства крепежных работ, применяемых в различных отраслях, например космической, в частности для крепления между собой встык по поверхности конструктивных элементов, выполненных из разнородных материалов, а именно к способам крепления конструктивного элемента, выполненного из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с конструктивным элементом, выполненным из металла.
Известны различные способы и устройства для производства крепежных работ. Предшествующий уровень техники, относящийся к данной области, включает в себя способы соединения заклепками (RU 2219390) и болтами (DE 19925953 C1). Однако при нагружении такого соединения, усилия воспринимаются главным образом очень малыми (узкими) площадками контактирования кромок крепежных отверстий.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения для заявляемых вариантов способа крепления конструктивных элементов, неизвестна.
Задачи, на решение которых направлено заявленное изобретение заключаются в обеспечении:
- жесткого, неподвижного соединения конструктивного элемента, выполненного из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с конструктивным элементом, выполненным из металла;
- требуемой несущей способности соединения и целостности сопрягаемых конструкций при воздействии высоких нагрузок;
- простого технологического процесса;
- минимизации габаритов и массы;
- возможности многоразового разъемного соединения.
Для решения поставленной задачи предлагаются варианты способа крепления конструктивных элементов:
1) по первому варианту - способ крепления конструктивных элементов, один из которых выполнен из полимерных композиционных материалов (ПКМ), а другой из металла, заключающийся в том, что сначала скрепляемые конструктивные элементы соединяют друг с другом без зазора в стык по поверхности, совмещают при этом вертикальные отверстия на упомянутых конструктивных элементах, затем на конструктивный элемент из ПКМ устанавливают ответные пластины, выполненные по форме конструктивного элемента из ПКМ, при этом сквозные отверстия ответных пластин совмещают с ранее упомянутыми отверстиями, в которые со стороны ответных пластин закручивают болты.
2) по второму варианту - способ крепления конструктивных элементов, один из которых выполнен из полимерных композиционных материалов (ПКМ), а другой из металла, заключающийся в том, что сначала скрепляемые конструктивные элементы соединяют друг с другом без зазора в стык по поверхности, совмещают при этом вертикальные отверстия на упомянутых конструктивных элементах, затем на конструктивный элемент из ПКМ устанавливают ответные пластины, выполненные по форме конструктивного элемента из ПКМ, при этом сквозные отверстия ответных пластин совмещают с ранее упомянутыми отверстиями, в которые со стороны ответных пластин устанавливают болты, а со стороны металлического конструктивного элемента на болты закручивают гайки.
3) по третьему варианту - способ крепления конструктивных элементов, один из которых выполнен из полимерных композиционных материалов (ПКМ), а другой из металла, заключающийся в том, что сначала скрепляемые конструктивные элементы соединяют друг с другом в стык по поверхности, затем на конструктивный элемент из ПКМ устанавливают ответные пластины, выполненные по форме конструктивного элемента из ПКМ и имеющие выступающие плоскости с вертикальными отверстиями, которые совмещают с отверстиями на металлическом конструктивном элементе, после чего в совмещенные отверстия, со стороны ответных пластин, устанавливают болты, а со стороны металлического конструктивного элемента на болты закручивают гайки.
Технический результат изобретения заключается в предложении трех вариантов способа крепления конструктивных элементов, когда необходимо скрепление высоконагруженных конструктивных элементов между собой встык по поверхности, причем один конструктивный элемент выполнен из ПКМ, а второй конструктивный элемент выполнен из металла и заключается в увеличении длительности режима эксплуатации за счет полной компенсации разности температурных расширений металлического и композитного шпангоута с обеспечением силовой несущей способности соединения металл - композит при прогреве до температуры, уровень которой ограничивается только прочностью металлических деталей узла соединения.
В качестве конструктивных элементов для осуществления способа крепления предложены два шпангоута, один из которых выполнен из ПКМ (далее по тексту - композитный шпангоут), а второй выполнен из металла (далее по тексту - металлический шпангоут).
Сущность изобретения поясняется фигурами чертежей, где представлены:
- фиг. 1 - соединение композитного шпангоута с металлическим шпангоутом по первому варианту способа;
- фиг. 2 - соединение композитного шпангоута с металлическим шпангоутом по второму варианту способа;
- фиг. 3 - соединение композитного шпангоута с металлическим шпангоутом по третьему варианту способа.
На фиг. 1, по первому варианту, показаны два скрепляемых конструктивных элемента - композитный 1 и металлический 2 шпангоуты, совмещенными вертикальными отверстиями, причем у композитного шпангоута 1 отверстие сквозное, у металлического шпангоута 2 отверстие резьбовое. Шпангоуты 1 и 2 скрепляются приспособлением, представляющим собой болт 4 и ответную пластину 3 со сквозным отверстием под болт 4. В данном варианте, металлический шпангоут 2 имеет достаточную высоту полки, что позволяет выполнить резьбовое отверстие, кроме того нижняя плоскость полки имеет скос, т.е. применение пары болт-гайка не возможно.
На фиг. 2, по второму варианту, представлены композитный 1 и металлический 2 шпангоуты, с совмещенными вертикальными сквозными отверстиями. Шпангоуты 1 и 2 скрепляются приспособлением, представляющим собой болт 4 с гайкой 5 и ответную пластину 3 со сквозным отверстием под болт 4. В данном варианте металлический шпангоут 2 имеет недостаточную высоту полки, для выполнения резьбового отверстия, а также параллельную плоскости сопряжения шпангоутов нижнюю часть полки, что позволяет применить пару болт-гайка.
На фиг. 3, по третьему варианту, представлены композитный 1 и металлический 2 шпангоуты, которые скрепляются приспособлением, представляющим собой болты 4 с гайками 5 и ответной пластиной 3. В данном варианте, металлический шпангоут 2 и ответная пластина 3, имеют выступающие в стороны площадки с совмещенными вертикальными сквозными отверстиями, по которым осуществляется крепление при помощи пары болт 4 - гайка 5, а сами скрепляемые шпангоуты 1 и 2 не имеют отверстий.
Ответная пластина 3, по вариантам представляет собой металлическую скобу, форма которой повторяет форму композитного шпангоута 1, что исключает ее перемещение. Ответная пластина 3 распределяет действующую силу болта 4, по своей поверхности, снижая давление на композитную структуру и защищая ее от механических повреждений при затяжке болта 4.
Конфигурация композитного шпангоута 1 и металлического шпангоута 2 может отличаться от приведенных вариантов на фиг. 1, 2, 3, в зависимости от требований по нагрузке на стык.
Технический результат достигается следующим образом:
- по первому варианту - сначала композитный шпангоут 1 и металлический шпангоут 2 соединяют друг с другом без зазора в стык по поверхности, совмещая при этом вертикальные отверстия на упомянутых элементах, причем у композитного шпангоута 1 отверстие сквозное, у металлического шпангоута 2 отверстие резьбовое. Затем на композитный шпангоут 1 устанавливают ответные пластины 3, выполненные по форме конструктивного элемента из ПКМ, при этом сквозные отверстия ответных пластин 3 совмещают с ранее упомянутыми отверстиями, в которые со стороны ответных пластин 3 закручивают болты 4.
- по второму варианту - сначала композитный шпангоут 1 и металлический шпангоут 2 соединяют друг с другом без зазора в стык по поверхности, совмещая при этом вертикальные сквозные отверстия на упомянутых элементах. Затем на композитный шпангоут 1 устанавливают ответные пластины 3, выполненные по форме конструктивного элемента из ПКМ, при этом сквозные отверстия ответных пластин 3 совмещают с ранее упомянутыми отверстиями, в которые со стороны ответных пластин 3 устанавливают болты 4, а со стороны металлического шпангоута 2 на болты закручивают гайки 5.
- по третьему варианту - сначала композитный шпангоут 1 и металлический шпангоут 2 соединяют друг с другом в стык по поверхности, затем на композитный шпангоут 1 устанавливают ответные пластины 3, выполненные по форме конструктивного элемента из ПКМ, при этом сквозные отверстия на выступающих в стороны площадках ответных пластин 3 совмещают с вертикальными сквозными отверстиями на выступающих в стороны площадках металлического шпангоута 2. После чего в совмещенные отверстия, со стороны ответных пластин 3, устанавливают болты 4, а со стороны металлического шпангоута 2 на болты 4 закручивают гайки 5.
В независимости от варианта, возможно применение клея (на фиг. 1, 2, 3 не показан) на сопрягаемых поверхностях, а для стопорения резьбового соединения, возможно применение шайб различного типа (на фиг. 1, 2, 3 не показано).
Предлагаемые способы крепления, с применением вышеописанных вариантов приспособления, предпочтительно использовать при стыковке частей космического аппарата, а именно силовой конструкции корпуса со шпангоутами различного типа.
1. Способ крепления конструктивных элементов, один из которых выполнен из полимерных композиционных материалов (ПКМ), а другой - из металла, заключающийся в том, что сначала скрепляемые конструктивные элементы соединяют друг с другом без зазора в стык по поверхности, совмещают при этом вертикальные отверстия на упомянутых конструктивных элементах, затем на конструктивный элемент из ПКМ устанавливают ответные пластины, выполненные по форме конструктивного элемента из ПКМ, при этом сквозные отверстия ответных пластин совмещают с ранее упомянутыми отверстиями, в которые со стороны ответных пластин закручивают болты.
2. Способ крепления конструктивных элементов, один из которых выполнен из ПКМ, а другой - из металла, заключающийся в том, что сначала скрепляемые конструктивные элементы соединяют друг с другом без зазора в стык по поверхности, совмещают при этом вертикальные сквозные отверстия на упомянутых конструктивных элементах, затем на конструктивный элемент из ПКМ устанавливают ответные пластины, выполненные по форме конструктивного элемента из ПКМ, при этом сквозные отверстия ответных пластин совмещают с ранее упомянутыми отверстиями, в которые со стороны ответных пластин устанавливают болты, а со стороны металлического конструктивного элемента на болты закручивают гайки.
3. Способ крепления конструктивных элементов, один из которых выполнен из ПКМ, а другой - из металла, заключающийся в том, что сначала скрепляемые конструктивные элементы соединяют друг с другом в стык по поверхности, затем на конструктивный элемент из ПКМ устанавливают ответные пластины, выполненные по форме конструктивного элемента из ПКМ и имеющие выступающие в стороны площадки с вертикальными сквозными отверстиями, которые совмещают со сквозными отверстиями на выступающих в стороны площадках металлического конструктивного элемента, после чего в совмещенные отверстия, со стороны ответных пластин, устанавливают болты, а со стороны металлического конструктивного элемента на болты закручивают гайки.
