Устройство и способ соединения объектов Российский патент 2022 года по МПК F16B2/06 F16B5/02 F16B5/06 

Изобретение относится к области общего машиностроения и может найти применение при разработке перспективных объектов и комплексов различного назначения.

Задачи разработки и совершенствования устройств и способов соединения составных частей разрабатываемых изделий являются актуальными во многих областях техники, значительное количество технических решений по этим вопросам защищено охранными документами на изобретения и полезные модели. Из аналогов предлагаемого изобретения можно назвать изобретения по патентам РФ 2238227, 2717930, по авторскому свидетельству СССР 636863, по патентам США US 5372071, US 6298786, полезные модели по патентам РФ 17586, 165645. В качестве прототипа выбрано изобретение по патенту РФ № 2717930 (заявка 2019116615 с приоритетом от 29.05.2019).

Изобретением-прототипом предложено устройство соединения встык пары корпусов отсеков, с фиксацией их резьбовыми соединениями, установленными перпендикулярно оси корпуса отсека; устройство снабжено цилиндрическими сегментами с симметричными внутренними коническими поверхностями, сопрягающимися со шпангоутами, выполненными в плоскости стыка, оси резьбовых соединений проходят по стыковочной поверхности; шпангоуты отсеков выполнены с поперечными прорезями, ряд резьбовых соединений выполнен в виде винтов и самоконтрящихся гаек, на корпусе одного отсека имеется уступ, которым перекрывается плоскость стыка, самоконтрящиеся гайки размещены на внутренней поверхности уступа; отверстия под резьбовые соединения на шпангоуте, где не установлены самоконтрящиеся гайки, выполнены в виде пазов, на корпусе другого отсека имеется уступ, который перекрывает пазы.

Конструкция устройства-прототипа обладает рядом недостатков, основными из которых являются:

- сложность обеспечения сопряжения отсеков по стыковочной поверхности по причине заклинивания в случае отсутствия зазора между охватываемой и охватывающей посадочными поверхностями, которыми являются наружная поверхность уступа и внутренняя поверхность корпуса;

- при наличии зазора между посадочными поверхностями стыкуемых отсеков силовое воздействие при затягивании резьбовых элементов (до контакта посадочных поверхностей) неизбежно приводит к деформациям охватывающей части отсека, что является крайне нежелательным, а в некоторых областях машиностроения совсем недопустимым;

- наличие одностороннего воздействия клинового соединения цилиндрических сегментов с отсеками не гарантирует беззазорного соединения отсеков по стыковочной поверхности;

- прочностные параметры устройства-прототипа при восприятии растягивающих нагрузок обеспечиваются прочностными свойствами одного цилиндрического сегмента в каждом месте установки, что в целях обеспечения заданных прочностных характеристик приводит к увеличению количества сегментов и как следствие габаритных и массовых характеристик изделий;

- ограниченность сферы использования, поскольку устройство-прототип предназначено для соединения отсеков, имеющих цилиндрическую форму с торцами в виде симметричных кольцевых приливов по стыковочной поверхности.

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства соединения встык пары объектов, свободного от перечисленных недостатков прототипа.

Для достижения поставленной цели предложено устройство соединения встык пары объектов, с фиксацией их с помощью зажимов, отличающееся от прототипа тем, что образующая оболочка первого объекта снабжена двумя выступами, расположенными симметрично на внутренней и наружной сторонах на заданном расстоянии от плоскости стыка с поверхностью второго объекта, при этом боковые плоскости выступов отклонены от вертикали к оболочке объекта в направлении, уменьшающем толщину выступов при увеличении расстояния от поверхностей объектов; торец оболочки второго объекта со стороны стыка имеет П-образный профиль, нижние поверхности профиля параллельны поверхности стыка объектов, а боковые верхние поверхности наклонены на заданный угол от вертикали к образующей объекта в сторону плоскости стыка; зажимами для фиксации соединяемых объектов служат парные скобы, установленные на лицевой и обратной сторонах объектов и связанные между собой резьбовыми элементами в виде болтов и шпилек.

Геометрические размеры скоб выбраны из условий приемлемости для соединения боковых выступов П-образного профиля верхнего объекта с боковыми выступами нижнего объекта.

В теле первого объекта выполнены пазы для размещения болтов и шпилек парных скоб; П-образный профиль стыковочной поверхности второго объекта выполнен по всей длине, а в местах размещения зажимов (парных скоб) имеет выемки для размещения болтов и шпилек; лицевые и обратные скобы выполнены конструктивно одинаково, имеют по два отверстия - одно резьбовое и одно гладкое, скобы в каждой паре соединены болтом и шпилькой, шпилька на одном конце имеет правую резьбу, а на другом - левую; одним концом шпилька проходит через гладкое отверстие обратной скобы и закручивается в гайку, предварительно зафиксированную от проворота вкрученным в скобу стопорящим винтом; на болт и шпильку изнутри надеты шайбы упорные, препятствующие саморазбору пары при чрезмерном ослаблении резьбовых соединений их болтом и шпилькой; болт и шпилька имеют головки под ключи для вращения только с лицевой стороны.

Устройство состоит из соединяемого объекта 1 (1), из соединяемого объекта 2 (2), из обратной скобы (3), из лицевой скобы (4), болта (5), шпильки (6), гайки (7), шайб упорных (8), винта (9).

Содержание предложенного изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 показан общий вид с лицевой стороны собранного устройства, в котором представлены соединяемый объект 1(1), соединяемый объект 2 (2), лицевая скоба (4), болт (5) и шпилька (6).

На фиг.2 показан общий вид с обратной стороны собранного устройства, в котором представлены соединяемый объект 1(1), соединяемый объект 2 (2), обратная скоба (3), болт (5), шпилька (6), гайка (7), шайбы упорные (8) и винт (9).

На фиг.3 изображены разрезы собранного устройства, выполненные по осям болта (5) и шпильки (6) на которых представлены разрезы соединяемого объекта 1 (1), соединяемого объекта 2 (2), лицевой скобы (4), обратной скобы (3), гайки (7), шайб упорных (8) и винтов (9).

Способ соединения объектов с использованием предложенного устройства условно можно разделить на 3 этапа: подготовки устройства к стыковке, этап стыковки и этап сборки объектов. На каждом этапе выполняется определенный набор операций в определенной последовательности. Выполнение операций способа для наглядности иллюстрируется соответствующими чертежами на фиг.4…6.

На фиг.4 представлен этап подготовки устройства к стыковке, на котором к обратной скобе (3) при помощи винта (9), предварительно совместив отверстия, крепят гайку (7), затем собирают попарно обратные скобы (3) и лицевые скобы (4), используемые в качестве зажимов при фиксации, для чего ориентируют их прилегающими к стыкуемым объектам поверхностями навстречу друг другу, после чего скобы совмещают геометрически и слабо закручивают болт (5) и шпильку (6), на концы которых устанавливаются упорные шайбы (8), исключающие саморазбор устройства; соединяемый объект 1 (1) устанавливают в монтажное положение, например вертикально, стыковочной стороной вверх, определив одну из сторон объекта 1 (1) в качестве лицевой; в посадочные места объекта 1 (1) устанавливают парные скобы (3) и (4) с размещением болтов (5) и шпилек (6) в пазах, выполненных в стыковочной поверхности соединяемого объекта (1), при этом в каждую пару устанавливают стороною, в которой болт (5) и шпилька (6) имеют головки под ключи с лицевой стороны соединяемого объекта 1(1);

На фиг.5 представлен этап стыковки соединяемого объекта 1 (1) и соединяемого объекта 2 (2), на котором на находящийся снизу соединяемый объект 1 (1), установленный стыкуемой поверхностью вверх, опускают соединяемый объект 2 (2) с ориентацией П-образного профиля вниз до обеспечения стыковки посадочных поверхностей друг к другу;

На фиг.6 представлен этап сборки соединяемого объекта 1 (1) и соединяемого объекта 2 (2), на котором в каждом посадочном месте обеспечивают захват парными скобами (3) и (4) выступов соединяемого объекта (1) и выступов П-образного профиля соединяемого объекта (2), путем закручивания с лицевой стороны болта (5) и шпильки (6) до обеспечения фиксации соединяемых объектов (1) и (2) при достижении заданных значений крутящих моментов.

Предложенное устройство соединения объектов свободно от недостатков устройства-прототипа и пригодно к применению в составе объектов различного назначения и произвольных пространственных конфигураций, в том числе в условиях затрудненного монтажа и, что особенно важно, при одностороннем доступе к месту установки устройства. Работоспособность устройства подтверждена экспериментально.

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано для решения широкого круга инженерных задач в качестве устройства и способа разъемного зажимного соединения конструкций сопрягаемых объектов, например соединения между собой листов (плит), их крепления к параллельным им полосам и брусьям, а также торцевого соединения труб, обечаек, в том числе некруглого сечения. Предлагаемый способ соединения объектов представляет собой «радиально-клиновой стык» с внешним и внутренним расположением рабочих клиновых поверхностей и специальной формой профилей торцевых частей стыкуемых объектов, которые соединяются предлагаемыми устройствами. Количество предлагаемых устройств определяется требованиями к прочности соединения объектов. Предлагаемые устройства состоят из наружных и внутренних парных скоб, соединенных между собой резьбовыми элементами (шпильки и болты), которые при затяжке обеспечивают стыковку соединяемых объектов и их центровку за счет специальной формы задействованных в стыковке торцевых частей объектов и прилегающих к ним парных скоб. В общем случае предлагаемые устройства равномерно располагаются по всей протяженности поверхности стыковки объектов, выполняя функцию фиксирующих и центрирующих элементов. В результате минимизируется объем фрезерных работ, улучшаются технические характеристики изделий, снижается масса конструкций стыков объектов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство соединения встык пары объектов с фиксацией их относительно друг друга с помощью зажимов, отличающееся тем, что образующая оболочка нижнего объекта снабжена двумя выступами, расположенными на внутренней и наружной сторонах симметрично, на заданном расстоянии от плоскости стыка с поверхностью верхнего объекта, при этом боковые плоскости выступов отклонены от вертикали к оболочке объекта в направлении, уменьшающем толщину выступов при увеличении расстояния от поверхностей объекта, торец оболочки верхнего объекта со стороны стыка имеет П-образный профиль, нижние поверхности профиля параллельны поверхности стыка объектов, а боковые верхние поверхности наклонены на заданный угол от вертикали к образующей объекта в сторону плоскости стыка, зажимами для фиксации соединяемых объектов служат парные скобы, установленные с лицевой и обратной сторон объектов, которые связаны между собой резьбовыми элементами в виде болта и шпильки, геометрические размеры скоб выбраны из условий приемлемости для соединения боковых выступов П-образного профиля верхнего объекта с боковыми выступами нижнего объекта.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что П-образный профиль оболочки верхнего объекта выполнен по всей длине, а в местах размещения зажимов (парных скоб) имеет выемку, необходимую для размещения болтов и шпилек.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в оболочке нижнего объекта выполнены пазы для размещения болтов и шпилек парных скоб.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что лицевые и обратные скобы выполнены конструктивно одинаково, имеют по два отверстия - одно резьбовое и одно гладкое, каждая пара скоб соединена болтом и шпилькой, шпилька на одном конце имеет правую резьбу, а на другом – левую, одним концом шпилька проходит через гладкое отверстие обратной скобы и закручивается в гайку, предварительно зафиксированную от проворота вкрученным в скобу стопорящим винтом, на болт и шпильку изнутри надеты шайбы упорные, препятствующие саморазбору пары при чрезмерном ослаблении резьбовых соединений их болтом и шпилькой, болт и шпилька имеют головки под ключи для вращения только с лицевой стороны.

5. Способ соединения объектов, использующий устройство по одному из пп. 1-4, включающий создание контакта между поверхностями стыка соединяемых объектов и фиксацию их относительно друг друга зажимными устройствами, отличающийся тем, что используемые в качестве зажимов скобы предварительно собирают попарно, для чего ориентируют их прилегающими к стыкуемым объектам поверхностями навстречу друг другу, после чего скобы совмещают геометрически и слабо закручивают болт и шпильку, нижний объект устанавливают вертикально, стыковочной стороной вверх, в посадочные места нижнего объекта устанавливают парные скобы с размещением болтов и шпилек в пазах, выполненных в стыковочной поверхности оболочки, при этом в каждой паре в направлении лицевой стороны объекта устанавливают скобу, в которой болт и шпилька имеют головки под ключи, на нижний объект, установленный стыкуемой поверхностью вверх, опускают верхний объект с ориентацией П-образного профиля вниз, обеспечивают в каждом посадочном месте захват каждой скобой выступа нижнего объекта и выступа П-образного профиля верхнего объекта, после чего в каждой паре скоб закручивают болт и шпильку до достижения заданных значений крутящих моментов затяжки.