Соединение деталей Советский патент 1991 года по МПК F16B5/02 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к самолетостроению, может быть использовано при изготовлении многорядных срезных болтовых соединений самолетных конструкций, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1355780.

Цель изобретения - повышение долговечности путем повышения статической прочности соединения.

На фиг. 1 изображена конструкция многорядного односрезного болтового соединения; на фиг. 2 - фрагмейт конструкции соединения в зоне установки крайних рядов крепежных элементов (болтов) до нагруже- ния соединения; на фиг. 3 - фрагмент конструкции соединения в зоне установки крайних рядов болтов после нагружения соединения деталей эксплуатационной нагрузкой, на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 3.

Соединение деталей состоит из соединяемых листов 1, 2 и нескольких рядов болтов 3, шайб 4 и гаек 5. В зоне установки крайних рядов крепежных элементов приклеены высокопрочные накладки 6. Усталостное разрушение приведенного соединения может произойти по сечению а-а (разрушение листа 1), либо по сечению б-б - для листа 2. Относительно прилагаемой на соединяемые листы нагрузки, болты в сечении а-а являются первыми для листа 1 (и последними для листа 2), а болты в сечении б-б являются первыми для листа 2 (и последними для листа 1). Высокопрочные накладки приклеены к той соединяемой детали, для которой этот ряд отверстий под болты является первым относительно прилагаемой на соединяемый лист нагрузки. Между стенкой первого ряда отверстий и стержнем крепежного элемента выполнен радиальный зазор 7. Величина зазора строго регламентируется в зависимости от велиXJ

О О

ю о о

го

чины эксплуатационной нагрузки. В самолетостроении принят расчет конструкции по величине разрушающей нагрузки Рразр. Эксплуатационная (полетная) нагрузка Рэп составляет 30-40% от величины Рразр. (т.е. в области упругих деформаций конструкции). При расчете же на усталость определяется эквивалентный на повреждаемости отнулевой цикл нагружения Рэ. В условиях такого циклического нагружения первый ряд крепежных элементов при единичном цикле смещается в сторону Рэ на величину Сб РБЭ, где Се - податливость на срез крепежной связи крайнего ряда, РБЭ доля нагрузки от Рэ, воспринимаемая крайним

рядом крепежных элементов, причем РБЭ р

1,1 -J- (), где N - количество рядов крепежных элементов, 1,1 - коэффициент неравно

мерности загрузки болтов по их рядам.

Величину эксплуатационной нагрузки на соединение выбирают по требованиям ресурса значительно меньше разрушающей. Для самолетостроения это соотношение характерно следующим образом:

Рэ Рэ Рразр (2)

где Рразр - величина статической (разрушающей) нагрузки на соединение; Рэ 0,3-0,4.

Учитывая, что статическая прочность со- единения определяется прочностью на срез болтов, то величину разрушающей нагрузки на соединение определяется по следующей формуле:

Рраэр Ркр N m Тв i (3) где FKp - площадь на срез крепежного элемента;

m - число плоскостей среза болтов; гв - временное сопротивление срезу материала болтов.

Для данного соединения деталей величина Сб определяется, в основном, величиной СБКЛ податливости на сдвиг клеевой основы между прокладкой и деталью. Под действием единичной нагрузки прокладка сдвигается на величину:

U

1

ft ГБ КЛ

Сил Вп Ln rn Скл Вп m

где Скл - модуль сдвига клеевого слоя, Вп, Ln - ширина и длина прокладки, m - количество плоскостей среза болта. Величина СБКЛ составляет 80-90% от Се, т.е.:

Сб (1,Ы,2)Сбкл.

Таким образом величина зазора 53 равна

53 Се РБ э

0.1.-.1.2) Вп m

эк л

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

1.1 -(0,3... 0.4) Ркр N m -гв N

.ло.зб...о,5) -FKP -г,

Скл Вп

Таким образом, в условиях циклического нагружения соединения эксплуатационной нагрузки Рэ происходит выбор зазора между стержнем крепежного элемента (болта) и стенкой отверстия под него, а при нагрузках, превышающих Рэ, т.е. близких к статическим разрушающим, происходит включение в работу на срез всех рядов крепежных элементов, по традиционной схеме многорядного соединения.

Таким образом, первый ряд крепежных элементов является не паразитным, а способствует повышению статической прочности соединения на срез крепежных элементов, а следовательно, и долговечности соединения. Либо данное решение позволяет при одинаковой прочности соединений уменьшить количество рядов болтов (либо их диаметр), т.е. снизить массу соединения.

Предлагаемое изобретение целесообразно использовать для многорядных болтовых соединений листовых деталей. Поскольку болты в самолетостроении изготавливают из сталей типа ЗОХГСА, ЗОХГСНА или титана ВТ-16, то для изготовления прокладок целесообразно использование этих же материалов. Для приклейки прокладок можно рекомендовать клеи типа ВК-9, ВК- 30-32 и т.п.

Формула изобретения

Соединение деталей по авт. св. № 1355780, отличающееся тем, что, с целью повышения долговечности путем повышения статической прочности соединения, величина зазора между стержнем крепежного элемента и стенкой отверстия соединяемой детали равна

л - Ф 36 °-5) Тв

Скл Вп

где 53- величина зазора;

FKp - площадь на срез крепежного элемента;

Гв - временное сопротивление срезу материала болтов,Скл - модуль сдвига клеевого слоя;

Вп ширина прокладки, а в ответной присоединяемой детали крепежные элементы установлены с натягом.

a,

Јj/I

Изобретение относится к машиностроению и касается срезных соединений деталей. Цель изобретения - повышение долговечности путем повышения статической прочности соединения. Соединение деталей включает соединяемые листы и несколько рядов болтов. На участках крайних рядов болтов к соединяемым листам приклеены высокопрочные прокладки, а коай- ние ряды болтов установлены с зазором в листе, для которого этот ряд относительно прилагаемой к листу нагрузки является первым, и с натягом в ответном присоединяемом листе. Величина зазора между стенкой отверстия и стержнем болта определяется по расчетной формуле. 5 ил.

Фиг.2

Фиг. 4

Фие.1

Фиг.З

5-5

Фиг.5