ЗАКЛЕПОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ Российский патент 1995 года по МПК F16B19/08 F16B5/04 

Изобретение относится к авиастроению, в частности к заклепочным соединениям, включающим заклепки, состоящие из нескольких деталей. Соединения могут применяться как для металлических конструкций, так и деталей композиционных материалов.

Известны заклепочные соединения, выполняемые с помощью заклепок из нескольких деталей. Например, известно соединение, образованное заклепкой, содержащей стержень с закладной головкой и расположенную на накатанной части стержня обжимную цилиндрическую втулку [1]
Известно соединение, образованное заклепкой, содержащей стержень с закладной головкой и сцепленную с ним цилиндрическую втулку с кольцевыми зубьями на внутренней поверхности [2] Для облегчения деформации втулки наружная ее часть выполнена из более мягкого металла, чем внутренняя. Это облегчает проникновение зубьев в поверхность стержня.

Недостатком указанных заклепочных соединений является то, что для образования замыкающей головки путем обжатия втулки требуется приложение высоких нагрузок, величина которых резко возрастает при увеличении диаметра заклепки.

Известно также заклепочное соединение, образованное установленной в пакет соединяемых деталей заклепкой [3] содержащей стержень с закладной головкой на одном конце и глухим цилиндрическим отверстием на другом. На стержне со стороны глухого отверстия установлена втулка с кольцевыми зубьями на внутренней поверхности. Глубина глухого отверстия превышает высоту втулки в 1,2 раза. Наружная поверхность втулки выполнена конической, расширяющейся от торца стержня к соединяемому листу, что увеличивает опорную поверхность втулки.

Недостатком соединения является невозможность образования заклепочного соединения с потайной замыкающей головкой и соединения "потай-потай", когда и закладная и замыкающая головка выполнены потайными. Соединения такого типа необходимы для обеспечения высокого качества аэродинамической поверхности соединяемых деталей (листов), например, обшивки, фюзеляжа, крыла и других частей самолета, которое достигается путем выполнения заклепочного соединения заподлицо с их наружной поверхностью. При этом отсутствие выступающих частей снижает габариты и вес соединения.

Наиболее близким аналогом изобретения является заклепочное соединение, включающее установленную в отверстии пакета соединяемых деталей заклепку, содержащую стержень с закладной головкой на одном конце и установленную на втором его конце втулку с рельефной внутренней поверхностью и конической наружной поверхностью, обращенную меньшим основанием конуса внутрь пакета соединяемых деталей, и размещенную в раззенкованном на конус гнезде выполненном на свободной поверхности одной из деталей пакета [4] Формирование заклепочного соединения происходит путем осадки участка стержня со стороны втулки до его сцепления с рельефом втулки, в результате чего образуется замыкающая головка.

Недостатком заклепочного соединения является то, что для его формирования необходимо приложение высокой нагрузки, которая позволила бы деформировать стержень и обеспечить его надежное сцепление с рельефом втулки. Часть этой нагрузки будет передаваться непосредственно на композиционный материал, вызывая его разрушение. Кроме того, практически невозможно обеспечить высокое качество аэродинамической поверхности замыкающей головки при соединении пакетов минимальной и максимальной толщины для данного типоразмера заклепки. Как правило разность между этими толщинами не менее 1 мм, т. е. заклепкой длиной, например, 6 мм можно соединять пакеты толщиной от 4 до 5 мм. В этом случае, если объем деформируемой части стержня подобран для заполнения рельефа втулки в пакете толщиной 4 мм, то при соединении пакета толщиной 5 мм часть металла стержня будет выступать из раззенкованной части пакета, ухудшая качество поверхности. Фактически эта заклепка "однопакетная", т. е. может соединять пакеты строго определенной толщины, и практическое ее использование проблематично.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение является повышение качества аэродинамической поверхности соединяемых листов, снижение веса соединения, а также снижение нагрузки образования заклепочного соединения.

Для решения поставленной задачи в заклепочном соединении, включающем установленную в отверстии пакета деталей заклепку, содержащую стержень с закладной головкой на одном конце и установленную на втором его конце втулку с рельефной внутренней поверхностью и конической наружной поверхностью, обращенную меньшим основанием конуса внутрь пакета соединяемых деталей и размещенную в раззенкованном на конус гнезде, выполненном на свободной поверхности одной из деталей пакета, большее основание конуса втулки установлено заподлицо с поверхностью пакета, рельеф на внутренней поверхности втулки выполнен в виде кольцевых зубьев, угол конуса наружной поверхности втулки составляет 88-92^о, а стержень выполнен с расположенным на свободном торце глухим цилиндрическим отверстием, глубина которого не превышает высоту втулки.

Выполнение рельефа на внутренней поверхности втулки в виде кольцевых зубьев обеспечивает прочность сцепления стержня с втулкой, уменьшает нагрузку постановки заклепки благодаря затеканию металла стержня в кольцевые зубья втулки, выполненные из более прочного материала, чем стержень.

Угол конуса 88-92^оС обеспечивает достаточную стяжку пакета. При меньшем угле конуса не обеспечивается стяжка пакета, при угле большем 92^о увеличиваются габариты втулки и вес заклепочного соединения.

При глубине отверстия большем высоты втулки снижается прочность соединения на срез, так как пустотелая часть отверстия выходит за пределы втулки и поперечное сечение стержня резко ослабляется.

На фиг. 1 изображено заклепочное соединение до сборки, общий вид; на фиг. 2 заклепочное соединение после сборки; на фиг. 3 вариант исполнения заклепочного соединения с кольцевым пояском на втулке.

Заклепочное соединение содержит заклепку 1, установленную в отверстие 2 пакета соединяемых листов 3 и имеющую стержень 4 с конической закладной головкой 5 с одного конца и глухим центральным цилиндрическим отверстием 6 с другого. Со стороны отверстия 6 на стержень 4 установлена втулка 7 с кольцевыми зубьями 8 на ее внутренней поверхности. Наружная поверхность 9 втулки выполнена конической. Втулка 7 расположена на стержне 4 меньшим основанием конуса внутрь соединения, а большим основанием конуса заподлицо с поверхностью пакета. Угол конуса составляет 90^о. В соединяемом листе 3 выполнено раззенкованное на конус гнездо 10 для размещения в нем втулки 7. Глубина центрального отверстия 6 не превышает высоту втулки 7. На наружной поверхности втулки 7 со стороны большего основания конуса может быть выполнен цилиндрический поясок 11.

Сборка заклепочного соединения осуществляется следующим образом.

Заклепка 1 вставляется в отверстие 2 пакета соединяемых листов 3. на стержень 4 надевается втулка 7 и размещается в гнезде 10 меньшим основанием конуса внутрь соединения, а большим основанием заподлицо с поверхностью пакета. С помощью специального инструмента обеспечивают поджим заклепки 1 к втулке 7. Затем в цилиндрическое отверстие 6 вводится специальный инструмент типа дорна или раскатки, который деформирует полую часть стержня 4 до сцепления его наружной поверхности с зубьями 8 втулки 7. После окончания сборки деформирующий инструмент выводится из отверстия 3 и производится съем зажимного инструмента.

Втулка может быть выполнена с цилиндрическим пояском со стороны большего основания конуса, что способствует уменьшению габаритов и веса соединения. Раззенкованное гнездо в этом случае выполняют с кольцевой выточкой, соответствующей цилиндрическому пояску (фиг. 3).

Выполнение рельефа на внутренней поверхности втулки в виде кольцевых зубьев обеспечивает высокую прочность сцепления стержня с втулкой при сравнительно невысокой нагрузке постановки. Наличие внутренней полости в стержне снижает вес заклепочного соединения, не снижая его прочности, так как плоскость среза в опасном сечении расположена ниже внутренней полости втулки.

Большее основание конуса втулки установлено заподлицо с поверхностью пакета, при этом длина стержня подобрана таким образом, чтобы при любой толщине пакета (максимального и минимального) стержень не выступал из втулки, а в крайнем случае его наружный торец располагался бы заподлицо с наружным торцом втулки. Это дает возможность обеспечить высокое качество аэродинамической поверхности соединяемых листов, например, обшивки фюзеляжа, крыла и других частей самолетов, а также уменьшить вес соединения за счет отсутствия выступающих частей.

Заданный угол конуса обеспечивает достаточную стяжку пакета, а благодаpя тому, что глубина внутреннего отверстия не превышает высоту втулки, обеспечивается высокая прочность заклепочного соединения.

Благодаря сравнительно низкому усилию сборки и большей площади опорной поверхности замыкающей головки соединение может использоваться как в металлических конструкциях, так и в конструкциях из композитных материалов.

Использование: в авиастроении при соединении как металлических конструкций, так и деталей из композиционных материалов. Сущность изобретения: в отверстии пакета соединяемых деталей установлена заклепка, содержащая стержень с закладной головкой на одном конце и размещенную на втором конце втулку. Втулка выполнена с рельефной внутренней поверхностью и конической наружной поверхностью, обращенной меньшим основанием конуса внутрь пакета деталей. На поверхности одной из деталей выполнено раззенкованное на конус гнездо, в котором размещена упомянутая втулка. Угол конуса наружной поверхности втулки составляет 88 92°, а большее основание втулки расположено заподлицо с поверхностью пакета. Рельеф на внутренней поверхности втулки выполнен в виде кольцевых зубьев. Стержень заклепки имеет глухое цилиндрическое отверстие на свободном торце. Глубина отверстия не превышает высоту втулки. 3 ил.

ЗАКЛЕПОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, включающее установленную в отверстии пакета деталей заклепку, содержащую стержень с закладной головкой на одном конце и установленную на втором его конце втулку с рельефной внутренней поверхностью и конической наружной поверхностью, обращенную меньшим основанием конуса внутрь пакета соединяемых деталей и размещенную в раззенкованном на конус гнезде, выполненном на свободной поверхности одной из деталей пакета, отличающееся тем, что большое основание конуса втулки установлено заподлицо с поверхностью пакета, рельеф на внутренней поверхности втулки выполнен в виде кольцевых зубьев, угол конуса наружной поверхности втулки составляет 88 92^o, а стержень выполнен с расположенным на свободном торце глухим цилиндрическим отверстием, глубина которого не привышает высоту втулки.