УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ И СПОСОБ СБОРКИ КОМПОНЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2010 года по МПК F16B5/02 F16B37/00 F16B35/04 B64C3/18 

Область, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к узлам крепления и способам крепления компонентов конструкций. Более конкретно изобретение относится к узлам крепления на основе вспомогательного болта, применимым при изготовлении компонентов конструкций летательных аппаратов и к способам сборки названных компонентов.

Уровень техники

При изготовлении конструкций летательных аппаратов компоненты обычно частично собирают на сборочном приспособлении. Например, при изготовлении крыла большого летательного аппарата компоненты крыла, включая панели обшивки крыла, лонжероны, нервюры и другие крупные узлы, обычно собирают на сборочном приспособлении. Затем в заранее определенных позициях просверливаются отверстия для крепежных элементов. Далее для фиксации крыла в собранном состоянии в некоторые из отверстий вставляются вспомогательные болты, а в другие отверстия - шпильки или штыри, служащие для фиксации крыла в собранном состоянии во время сверления дополнительных отверстий. Затем болты открепляются, и компоненты разъединяются, например, для зачистки (устранения заусениц) перед окончательной сборкой.

Вспомогательные болты служат для скрепления компонентов. Но чтобы не допустить повреждения стенок отверстий, через которые пропускаются болты с резьбой, диаметр таких болтов должен быть существенно меньшим, чем диаметр отверстий в компонентах. Штыри или шпильки, которые имеют гладкие цилиндрические боковые поверхности и несколько сведенные на конус концы, плотно соприкасаются со стенками отверстий, чем обеспечивается точное позиционирование компонент. Необходимость применения деталей двух различных видов является недостатком, усложняющим технологию обращения с деталями, что создает проблемы, особенно тогда (но не только тогда), когда предпочтительным является применение автоматизированной системы доставки.

Цель изобретения - предложить узел крепления, позволяющий устранить или уменьшить указанные недостатки.

Раскрытие изобретения

Данное изобретение предлагает узел крепления на основе вспомогательного болта для производства компонентов летательных аппаратов, включающий болт, имеющий первый конец и второй конец и имеющий головку болта, расположенную на первом конце, первую секцию стержня болта, примыкающую к головке болта, имеющую гладкую боковую поверхность первого диаметра, выполненную так, что она точно соответствует стенкам отверстий в компонентах, чем обеспечивается правильное позиционирование компонентов, и вторую секцию стержня, находящуюся между первой секцией стержня и вторым концом, соосную первой секции стержня, имеющую второй диаметр, меньший первого диаметра, и внешнюю резьбу, выполненную на, по меньшей мере, части второй секции стержня, и гайку, имеющую первую и вторую стороны, в которой имеются первое отверстие с входом на первой стороне гайки, имеющее диаметр, больший, чем упомянутый первый диаметр, которое может окружать без соприкосновения часть первой секции стержня болта, и резьбовое отверстие, расположенное в области второй стороны гайки, служащее для резьбового соединения со второй секцией стержня, соосное первому отверстию и ведущее в него.

Соединение второй секции стержня и резьбового отверстия устроено так, что обеспечивается скрепление компонентов друг с другом сжатием между первой стороной гайки и головкой болта.

Имея вспомогательный болт, у которого боковая поверхность первой секции является гладкой, а вторая секция стержня, несущая резьбу, имеет меньший диаметр, оказывается возможным обеспечить с помощью одного узла крепления как функцию скрепления (обычно выполнявшуюся согласно описанному выше предшествующему уровню техники вспомогательными болтами), так и функцию точного позиционирования (осуществлявшуюся согласно описанному выше предшествующему уровню техники с помощью штырей или шпилек). Это делает процедуру скрепления в целом более простой и сокращает число различных видов используемых деталей.

Благодаря тому, что узел крепления на основе вспомогательного болта включает гайку, которая окружает имеющую гладкую поверхность секцию болта, не соприкасаясь с ней, возможно с помощью такого узла крепления согласно вариантам изобретения обеспечить скрепление компонентов таким образом, что резьбовая секция болта не будет соприкасаться с отверстиями. Когда гайка навинчивается на болт, первое отверстие гайки пространственно разделяет (в проекции на ось) первую сторону гайки (которая вместе с головкой болта выполняет функцию скрепления компонент сжатием) и резьбовую секцию болта. Фактически при сборке первый конец гайки оказывается совмещенным в пространстве (в проекции на ось) с секцией болта, имеющей гладкую боковую поверхность, а этим обеспечивается то, что вторая секция стержня, имеющая резьбу, окажется вне отверстия.

Предпочтительно, чтобы головка болта находилась на одном конце первой секции стержня. Предпочтительно, чтобы вторая секция стержня занимала участок стержня от конца первой секции стержня до второго конца болта. Таким образом, предпочтительно, чтобы болт состоял из трех частей: головки болта, первой секции стержня болта и второй секции стержня болта.

Головка болта и вторая секция стержня болта обеспечивают функцию скрепления собираемой конструкции, тогда как первая секция стержня болта обеспечивает функцию позиционирования.

Головка болта не обязательно должна быть круговой в сечении. Она, например, может иметь шестиугольное сечение. Первый и/или второй конец болта могут быть изготовлены со слепым отверстием не круглой формы, например, с шестигранным отверстием, соосным первой и второй секциям стержня болта. Такая форма упрощает вращение гайки и болта относительно друг друга при операциях закрепления или открепления.

Вторая сторона гайки может быть закрытой (глухой), но предпочтительно, чтобы отверстие гайки, имеющее резьбу, доходило до второй стороны гайки. В этом случае возможно полное (сквозное) навинчивание гайки на вторую секцию стержня болта, что расширяет диапазон значений толщины сборочных единиц, для которых может применяться данный узел крепления.

Предпочтительно, чтобы первое отверстие гайки было цилиндрическим, оно может иметь осевую глубину, большую, чем глубина имеющего резьбу отверстия гайки. Глубина имеющего резьбу отверстия гайки должна быть всего лишь достаточной, чтобы обеспечивать передачу необходимой стягивающей силы, тогда как глубина первого отверстия определяет диапазон значений толщины сборочных единиц, для которых может применяться узел крепления; поэтому большие значения этой величины являются предпочтительными.

Узел крепления может, кроме того, включать шайбу, расположенную на первой стороне гайки вокруг первого отверстия. Шайба может быть выполнена как единое целое с гайкой, но предпочтительно, чтобы она представляла собой отдельную деталь и насаживалась на гайку. Шайба может быть изготовлена из пластического материала, в качестве которого может быть выбран полиамид, например нейлон.

Предпочтительно, чтобы у шайбы имелись передняя часть, частично закрывающая торец первой стороны гайки, внешняя боковая часть, идущая назад от передней части, и удерживающая часть, отходящая внутрь от внешней боковой части и охватывающая гайку, фиксируя шайбу на гайке.

Шайба может эластично деформироваться при насаживании на первую сторону гайки. На первой стороне гайки может быть при ее изготовлении сформирован фланец, на который насаживается шайба.

Головка болта может иметь в целом форму усеченного конуса, что определяет головку болта как потайную, или утапливаемую. Такая головка, разумеется, хорошо сочетается с отверстиями, имеющими коническую фаску. В некоторых случаях отверстие может не иметь конической фаски. В связи с этим узел крепления может, далее, включать шайбу, сконструированную так, чтобы дополнять коническую поверхность задней стороны головки болта до поверхности, перпендикулярной оси болта. При наличии такой шайбы головка болта оказывается применимой и для случая, когда отверстия не имеют конической фаски. Шайба может быть изготовлена из пластического материала, в качестве которого может быть выбран полиамид, например нейлон. Шайба может насаживаться на болт, например, способом насадки с фиксацией и может иметь выступающий во внутреннем направлении гребень, который входит в канавку, расположенную в месте соединения первой секции стержня с головкой болта.

Предпочтительно, чтобы первая секция стержня изготовлялась с допуском диаметра, меньшим 0,05 мм, и предпочтительно - с допуском, меньшим 0,02 мм. Таким образом, согласно данному предпочтительному аспекту изобретения обеспечивается ряд одинаковых узлов крепления, у которых вариация фактического диаметра первой секции стержня болта составляет менее 0,10 мм и, предпочтительно, - менее 0,04 мм.

Болт и гайка могут быть изготовлены из металла, например стали. Данное изобретение, кроме того, предлагает способ скрепления элементов конструкции летательных аппаратов, включающий следующие операции: фиксация сборочных единиц в положении, в котором правильно совмещены отверстия в сборочных единицах, обеспечение наличия болта, имеющего первый конец и второй конец и имеющего головку, находящуюся на первом конце; первая секция стержня болта имеет гладкую боковую поверхность первого диаметра, и вторая секция стержня, соосная первой секции, имеет второй диаметр, меньший первого диаметра, и по крайней мере часть второй секции стержня имеет внешнюю резьбу; первая секция стержня расположена между головкой болта и второй секцией стержня, введение в отверстие первого конца болта и пропускание болта через совмещенные отверстия таким образом, что первая секция стержня болта плотно соприкасается со стенками отверстий, чем обеспечивается правильное позиционирование компонентов, обеспечение наличия гайки, имеющей первую и вторую стороны и имеющей первое отверстие с входом на первой стороне гайки и с диаметром, большим первого диаметра (то есть диаметра первой секции стержня), а также отверстие, расположенное в области второй стороны гайки, имеющее резьбу, соосное первому отверстию и ведущее в первое отверстие, и навинчивание гайки на болт таким образом, что первое отверстие гайки окружает часть первой секции стержня болта, не соприкасаясь с ней, а имеющее резьбу отверстие гайки соединяется резьбовым соединением с секцией стержня болта, имеющей резьбу, благодаря чему компоненты скрепляются сжатием, осуществляемым первой стороной гайки и головкой болта.

Способ может, кроме того, включать создание отверстий в компонентах в заранее определенных позициях. Отверстия могут быть выполнены, например, сверлением.

Способ особенно уместно применять при временной сборке компонентов, например, для выполнения операций сверления. Таким образом, способ может далее включать следующие операции: отвинчивание гайки от болта, удаление болта из совмещенных отверстий и отделение друг от друга сборочных единиц.

В качестве операции, предшествующей отвинчиванию гаек и удалению болтов, способ может далее включать высверливание отверстий в компонентах. Новые отверстия могут быть предназначены, например, для введения крепежных элементов при окончательной сборке компонент, в частности, при изготовлении законченного агрегата или узла летательного аппарата, такого как крыло.

Способ может далее включать повторное скрепление компонент при правильном совмещении новых отверстий. Компоненты могут, например, повторно скрепляться с использованием любых средств крепления, применимых при окончательной сборке агрегата, входящего в конструкцию летательного аппарата.

После разъединения компонент и до окончательной сборки может быть выполнено, например, удаление заусениц.

Особенно полезным представляется применение изобретения в авиационной промышленности, где сборочными единицами, скрепляемыми друг с другом, могут быть элементы конструкции летательного аппарата; так, например, одна сборочная единица может представлять собой панель обшивки крыла, а другая - нервюру.

Применение изобретения дает особые преимущества, в частности, там, где сборочные единицы (или по крайней мере одна из них) изготовлены из композитных материалов. Изделия из таких материалов особенно подвержены повреждениям.

Краткое описание чертежей

Вариант изобретения будет далее представлен примером, сопровождаемым ссылками на прилагаемые чертежи, где:

На фиг.1 представлен вид сбоку в разрезе болта и шайбы узла крепления;

на фиг.2 представлен вид сбоку в разрезе гайки и шайбы узла крепления;

на фиг.3 представлен вид сбоку в разрезе узла крепления, скрепляющего два компонента конструкции.

Осуществление изобретения

Обратимся сначала к фиг.1, где показаны болт 1 и шайба 2. Болт 1 состоит из конической, или утапливаемой, головки 3, первой секции 4 стержня и второй секции 5 стержня. Секции 4 и 5 стержня имеют круговое поперечное сечение и соосны. Первая секция 4 стержня имеет гладкую боковую поверхность, и ее диаметр больше, чем диаметр второй секции 5 стержня, имеющей резьбу. Предусмотрена кольцевая канавка 6, расположенная в месте соединения секций 4 и 5 стержня, и канавка 7 в области соединения головки 3 с первой секцией 4 стержня.

В головке болта имеется слепое отверстие 8, а во второй секции 5 стержня - слепое отверстие 9. Каждое из слепых отверстий 8, 9 имеет в сечении шестиугольную форму и соосно секциям 4, 5 стержня. Отверстия 8, 9 служат как гнезда, в которые могут вводиться инструменты, применяемые для вращения болта.

Шайба 2, изготовленная из нейлона, имеет в целом кольцевую форму, и на ней имеется выступающий внутрь кольцевой гребень, который входит в канавку 7, благодаря чему шайба, примыкающая к головке 3 болта, фиксируется на ней. Как видно на фиг.1, головка 3 болта имеет в общем форму усеченного конуса с наклонной образующей задней поверхности, а у шайбы 2 имеется соответствующая поверхность 10 с наклонной образующей, опирающаяся на коническую поверхность головки болта. У шайбы имеется также плоская сторона 11, противоположная стороне 10 с конической поверхностью. Таким образом, когда шайба 2 установлена, болт 1 подобен болту с плоской головкой, а при отсутствии шайбы 2 головка является утапливаемой. При установке шайбы 2 ее, прилагая некоторое усилие, перемещают по стержню болта до тех пор, пока выступающий внутрь гребень шайбы не войдет в канавку 7. Таким образом, шайба 2 насаживается на болт и фиксируется на нем.

Обратимся теперь к фиг.2, где показаны гайка 12 и шайба 13. Гайка 12 включает переднюю часть 14, в которой имеется цилиндрическое отверстие 15 кругового поперечного сечения, и заднюю часть 16, в которой имеется снабженное резьбой отверстие 17 кругового поперечного сечения. Отверстия 15 и 17 соосны, и отверстие 15 существенно больше, чем отверстие 17. На передней части передней стороны 14 гайки предусмотрен несъемный фланец 18.

Шайба 13 имеет переднюю часть 19 кольцевой формы, внешнюю боковую часть 20, отходящую назад от периферии передней части 19, и удерживающую часть 21, имеющую форму гребня, отходящего внутрь от задней стороны боковой части 20. Шайба выполняется из нейлона и может эластично деформироваться, благодаря чему она может быть установлена на фланец 18 гайки, как показано на фиг.2. Когда шайба установлена, передняя часть 19 шайбы частично закрывает переднюю сторону гайки, чем обеспечивается выполнение функций шайбы.

На фиг.3 представлен узел крепления, показанный на фиг.1 и 2, используемый для скрепления двух компонентов, обозначенных на фиг.3 номерами 25 и 26. Компоненты могут представлять собой, например, панель обшивки и нервюру крыла летательного аппарата. Когда обеспечена фиксация в нужном положении относительно друг друга компонентов 25 и 26, а высверленные в компонентах отверстия правильно совмещены, в отверстия вставляется болт 1, который занимает положение, показанное на фиг.3. Видно, что в данном примере высверленное отверстие не имеет конической фаски, и поэтому применяется шайба 2. Первая секция 4 стержня болта точно (плотно) совмещается с отверстиями и, как показано на фиг.3, ее длина достаточна, чтобы эта секция прошла через компоненты 25, 26 по всей их суммарной толщине и достигла противоположной стороны, а вторая секция 5 стержня болта оказалась выступающей с противоположной стороны. Затем на болт 1 навинчивается гайка 12; при этом сначала передняя часть 14 гайки помещается на выступающий конец болта 1, затем задняя часть 16 гайки навинчивается на вторую секцию 5 стержня болта. Цилиндрическое отверстие 15 в передней части 14 гайки имеет диаметр, несколько больший (например, на 0,5 мм), чем диаметр первой секции 4 стержня болта, и поэтому передняя часть 14 гайки может, окружая болт 1, не соприкасаясь с ним, смещаться до тех пор, пока поверхность передней части 19 шайбы 13 не примкнет к компоненте 26.

Когда гайка 12 затянута, узел крепления эффективно выполняет как функцию скрепления компонентов 25, 26, так и функцию фиксации их согласованного взаимного расположения, что достигается благодаря точному соответствию диаметра первой секции 4 стержня болта диаметру отверстий в компонентах. В то же время, поскольку первая секция 4 стержня имеет гладкую боковую поверхность, риск повреждения отверстий в компонентах 25, 26 является незначительным.

Когда компоненты 25, 26 скреплены узлом крепления (в типичных случаях они скреплены и другими узлами крепления), в компонентах 25, 26 может быть высверлен ряд других отверстий. Затем узел крепления (и любые другие узлы) могут быть откреплены, болты удалены и компоненты 25, 26 могут быть зачищены перед окончательной сборкой. Закрепление и открепление каждого узла может выполняться вручную или автоматически.

Благодаря тому, что стержень болта 1 имеет относительно протяженные первую и вторую секции 4, 5, и тому, что отверстие 15 гайки является достаточно глубоким, один и тот же болт 1 применим для скрепления компонент, толщина которых может варьироваться в широких пределах. Таким образом, один и тот же узел крепления может применяться для всех отверстий данного диаметра. Разумеется, для отверстий, имеющих разные диаметры, требуются различные узлы крепления. Удобным является то, что достаточно предусмотреть лишь ограниченный ряд размеров головки 3 болта, так как для отверстий различного диаметра могут применяться болты, имеющие одинаковые размеры головки. Эта особенность (признак) упрощает операции с болтами, выполняемые с помощью автоматизированных средств доставки.

Хотя данное изобретение было описано и проиллюстрировано со ссылками на конкретные варианты, специалисты обычной квалификации в данной области оценят, что изобретение предоставляет возможность различных модификаций, не описанных здесь в конкретной форме. Там, где в приведенном выше описании упоминаются целостные объекты или отдельные элементы, имеющие известные, очевидные или предполагаемые эквиваленты, такие эквиваленты считаются включенными в описание, как если бы они были упомянуты индивидуально. Для правильного определения области, охватываемой данным изобретением, следует обратиться к формуле изобретения, которая должна пониматься как распространяющаяся на любые такие эквиваленты. При чтении следует также иметь в виду, что общие черты или частные признаки изобретения, которые охарактеризованы как предпочтительные, выгодные, удобные и т.п., не являются обязательными и не ограничивают область, охватываемую независимыми пунктами формулы изобретения.

Изобретение относится к узлам крепления и способам крепления компонентов конструкций. Узел крепления вспомогательным болтом, используемый для производства компонентов конструкций летательных аппаратов, снабжен болтом, имеющим первый конец и второй конец и содержащим головку болта, находящуюся на первом конце, первой секцией стержня болта примыкающей к головке болта и имеющей гладкую боковую поверхность первого диаметра, выполненную с соответствием стенкам отверстий в компонентах для позиционирования компонентов, второй секцией стержня находящейся между первой секцией стержня и вторым концом, соосной первой секции стержня и имеющей второй диаметр, меньший первого диаметра, и внешнюю резьбу, выполненную на, по меньшей мере, части указанной второй секции стержня. Узел крепления также снабжен гайкой, имеющей первую и вторую стороны, первое отверстие с входом на первой стороне гайки, имеющее диаметр, больший, чем упомянутый первый диаметр, в которое установлена с зазором часть первой секции стержня болта, и резьбовое отверстие, расположенное в области второй стороны гайки соосно первому отверстию в виде его продолжения, в которое установлена вторая секция стержня. Соединение второй секции стержня и резьбового отверстия выполнено с возможностью крепления компонентов друг с другом сжатием между первой стороной гайки и головкой болта, при этом первое отверстие в гайке имеет большую глубину по оси, чем резьбовое отверстие. Способ сборки компонентов конструкции летательного аппарата включает фиксацию сборочных единиц в положении, в котором правильно совмещены отверстия в сборочных единицах посредством наличия упомянутого болта, наличия упомянутой гайки, введения в совмещенные отверстия второго конца болта и пропускания болта через совмещенные отверстия с тесным соприкасанием первой секции стержня болта со стенками отверстий и позиционированием компонентов и навинчивания гайки на болт окружением с зазором первым отверстием гайки части первой секции стержня болта и соединения резьбового отверстия гайки с резьбовой частью секции стержня болта с креплением компонентов сжатием от первой стороны гайки и головки болта. В результате упрощаются монтаж и демонтаж узла, исключается повреждение стенок отверстий. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел крепления вспомогательным болтом, используемый для производства компонентов конструкций летательных аппаратов, снабженный болтом, имеющим первый конец и второй конец и содержащим головку болта, находящуюся на первом конце, первой секцией стержня болта, примыкающей к головке болта и имеющей гладкую боковую поверхность первого диаметра, выполненную с соответствием стенкам отверстий в компонентах для позиционирования компонентов, второй секцией стержня, находящейся между первой секцией стержня и вторым концом, соосной первой секции стержня и имеющей второй диаметр, меньший первого диаметра, и внешнюю резьбу, выполненную на по меньшей мере части указанной второй секции стержня, и гайкой, имеющей первую и вторую стороны, первое отверстие с входом на первой стороне гайки, имеющее диаметр, больший, чем упомянутый первый диаметр, в которое установлена с зазором часть первой секции стержня болта, и резьбовое отверстие, расположенное в области второй стороны гайки соосно первому отверстию в виде его продолжения, в которое установлена вторая секция стержня, при этом соединение второй секции стержня и резьбового отверстия выполнено с возможностью крепления компонентов друг с другом сжатием между первой стороной гайки и головкой болта, а первое отверстие в гайке имеет большую глубину по оси, чем резьбовое отверстие.

2. Узел по п.1, в котором головка болта расположена на одном конце первой секции стержня.

3. Узел по п.1, в котором вторая секция стержня занимает участок стержня от конца первой секции стержня до второго конца болта.

4. Узел по п.1, в котором резьбовое отверстие гайки расположено до второй стороны гайки.

5. Узел п.1, который дополнительно содержит шайбу, расположенную на первой стороне гайки вокруг первого отверстия.

6. Узел по п.5, в котором шайба является отдельной деталью, скрепленной с гайкой.

7. Узел по п.6, в котором шайба имеет переднюю часть, частично закрывающую торец первой стороны гайки, внешнюю боковую часть, идущую назад от передней части, и удерживающую часть, выступающую внутрь от внешней боковой части и охватывающую гайку с фиксацией шайбы на гайке.

8. Узел по п.5, в котором первая сторона гайки выполнена с фланцем, а шайба установлена на фланце.

9. Узел по п.1, в котором головка болта выполнена в целом в виде усеченного конуса, или утапливаемой, или потайной.

10. Узел по п.9, который дополнительно содержит шайбу, выполненную в виде продолжения конической поверхности задней стороны головки болта до поверхности, перпендикулярной оси болта.

11. Узел по п.10, в котором шайба установлена с обжимкой на болте и имеет выступающую внутрь часть, которая расположена входящей в канавку, расположенную в области соединения первой части стержня с головкой болта.

12. Способ сборки компонентов конструкции летательного аппарата, включающий фиксацию сборочных единиц в положении, в котором правильно совмещены отверстия в сборочных единицах посредством наличия болта, имеющего первый конец и второй конец и имеющего головку, находящуюся на первом конце, первую секцию стержня болта с гладкой боковой поверхностью первого диаметра и вторую секцию стержня, соосную первой секции стержня, имеющую второй диаметр, меньший первого диаметра, и внешнюю резьбу, выполненную на по меньшей мере части указанной второй секции стержня, расположения первой секции стержня между головкой болта и второй секцией стержня, наличия гайки, имеющей первую и вторую стороны, первое отверстие со входом на первой стороне гайки и с диаметром, большим первого диаметра первой секции стержня, и резьбовое отверстие, расположенное в области второй стороны гайки, соосное первому отверстию и ведущее в него, введения в совмещенные отверстия второго конца болта и пропускания болта через совмещенные отверстия с тесным соприкасанием первой секции стержня болта со стенками отверстий и позиционированием компонентов и навинчивания гайки на болт окружением с зазором первым отверстием гайки части первой секции стержня болта, и соединения резьбового отверстия гайки с резьбовой частью секции стержня болта с креплением компонентов сжатием от первой стороны гайки и головки болта.

13. Способ по п.12, дополнительно включающий формирование в заданных позициях отверстий в компонентах.

14. Способ по п.12, включающий высверливание в компонентах новых отверстий, последующее отвинчивание гайки от болта, последующее удаление болта из совмещенных отверстий и отделение друг от друга компонентов конструкции.

15. Способ по п.14, включающий зачистку новых отверстий и последующее повторное скрепление компонентов при правильном совмещении новых отверстий.

16. Способ по п.12, в котором по крайней мере один из скрепляемых компонентов изготавливают из композитного материала.