Многорядное соединение деталей Советский патент 1992 года по МПК F16B5/02 

Изобретение относится к машиностроению в частности к самолетостроению, и может Ьыть использовано при изготовлении многорядных срезных болтовых соединений.

Известна конструкция многорядного срезного болтового соединения. Усталостная долговечность известных соединений во многом определяется уровнем напряжений смятия по стенке крайних рядов отверстий под болты. Для уменьшения уровня напряжений смятия применяют ступенчатые или усовидные соединения

Однако эффективность известных соединений невысока.

Наиболее близким по техническому решению и достигаемому результату является болтовое соединение деталей, которое предполагает установку крайних рядов болтов с натягом в одной из соединяемых деталей и с зазором в ответной детали Выполнение зазоров между болтом и стенкой отверстия предполагает исключение из работы болта на срез, а стенки отверстия по напряжениям смятия, что способствует повышению усталост-, ной долговечности болтового соединения.

Однако известное соединение не оговаривает величины этого зазора, что может привести к тому, что болт даже при величине нагрузки, близкой к разрушающей, не включается в работу на срез. Это приводит к снижению статической прочности соединения, а значит, и его надежности. При меньшей величине зазора болт уже на эксплуатационных уровнях нагружения включается в работу, что ограничивает эффективность решения по критерию усталостной долговечности. Отсутствие регламентации величины зазора между болтом и стенкой отверстия снижает эффективность известного соединения деталей.

Цель изобретения - повышение надежности соединения путем повышения его статической прочности.

Для достижения поставленной цели многорядное соединение деталей содержит листы, скрепленные несколькими рядами крепежных элементов, при этом стержни крепежных элементов крайних рядов установлены с натягом в отверстия, располо(Л

С

ел

Сд) О VJ VI

женные первыми относительно места приложения на лист нагрузки, и с зазором д 3 в отверстия ответного присоединяемого листа, причем величина зазора 6 3 между стержнем крепежного элемента и стенкой отверстия зависит от геометрических и механических характеристик соединяемых деталей и соединительных крепежных элементов.

На фиг, 1 показана конструкция многорядного односрезного болтового соединения, вид сбоку; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1, фрагмент конструкции соединения в районе установки крайних болтов до нагружения соединения; на фиг. 3 - то же, после нагрузки соединения; на фиг. 4 - расчетная схема соединения для определения рациональной величины зазора на крайних рядах болтов.

Многорядное соединение деталей состоит из соединяемых листов 1 и 2 и соеди- нительных крепежных элементов, например болтов 3, гаек 4 и шайб 5. установленных в несколько рядов. Местом вероятного разрушения соединения является первый относительно места приложения нагрузки на лист ряд отверстий под болты. Для детали 1 это сечение А-А. а для детали 2 - сечение Б-Б (фиг. 1). Для снижения силонаг- руженности болтов крайних рядов они установлены с натягом в отверстия, которые относительно места приложения нагрузки являются первыми, и с зазором в ответном присоединяемом листе. Так, например, для сечения А-А болты установлены с натягом в детали 1 и с зазором 6 в детали 2. После приложения эксплуатационной нагрузки происходи сдвиг соединяемых листов друг относительно друга и выбор зазора между стержнем болта и стенкой отверстия. Для обеспечения наибольшего технического эффекта предлагаемого соединения по критерию усталостной долговечности необходимо, чтобы на эксплуатационном уровне нагружения происходил полный выбор зазора, чтобы в дальнейшем, на уровнях нагружения, близких к разрушающим, происходило включение в работу на срез всех соединительных болтов по известной схеме многорядного среднего соединения. Общая деформация сдвига соединения в районе установки крайнего ряда болтов, а значит, и величина зазора в крайнем ряду, будет складываться из деформаций: растяжения листа 1 (1), растяжения листа 2 (2), деформации сдвига соединительных болтов (3), т.е. величина зазора на эксплуатационном уровне нагружения

5з

D0-d

Ё

At + Дг + Аз, (1)

где AI, Д2, Аз - деформации, указанные соответственно пп. 1-3. Деформация растяжения листа 1 складывается из деформаций отдельных участков листа между соедини- тельными болтами

N-1

Ai-2 Al,

J 1

(2)

где Д - деформация j-ro участка; N - количество рядов болтов. Деформация растяжения листа 2 определяется аналогичным образом

N - 1

Д2 Ј J 1

(3)

Деформации сдвига соединительных бол тов будут складываться из деформаций отдельных Ьолтов

25

Аз , i 1

(4)

где di - деформация 1-го болта.

Поскольку для разработанного решения предусмотрено исключение из работы на срез крайних болтов при эксплуатационном уровне нагружения (нагрузкой Рэ), то деформацию Аз определяют

35

р N -2

{flHhzj,,

(5)

где Скр.1 - податливость на срез 1-го болта;

РЗ - величина эксплуатационной нагрузки на соединение.

Деформация растяжения всех участков соединяемого листа 1 будет определяться по выражению

,1).(б)

где у 1, 2 - эмпирический коэффициент; tj - расстояние между рядами болтов на j-м

участке: tp - шаг болтов одного ряда; EI - модуль упругости материала листа 1; д ц - толщина соединяемого листа 1 на j-м участке; I - номер ряда болтов; j - номер участка, расположенного между двумя соседними

рядами болтов. Аналогично для соединяемого листа 2 деформация растяжения всех участков листа определяется по выражению

N -2

Vt

1121р г Р- + (№-2)

(7)

Выразим величину Рэ через параметры со- единения. Величина эксплуатационной нагрузки выбирается в долях от разрушающей (для обеспечения требуемого ресурса). Ве- личину разрушающей нагрузки определяют исходя из статической прочности на срез крепежных элементов

разр

Рб Гбв N -т,

где Ре - суммарная площадь среза попереч- ного сечения крепежных элементов одного ряда; m - количество плоскостей среза болтов (т 1 для односрезного соединения); г бв - временное сопротивление срезу материала крепежных элементов.

Для самолетостроения принято Рэ 0,3-0,4. Тогда с учетом (8) выражение для величины эксплуатационной нагрузки имеет вид

Рэ Рэ РРазр. (0,3-0,4)Р6 г6в N m. (9)

Теперь с учетом (5-9) суммарная величина всех деформаций и, соответственно, величина зазора определяется по выражению

b.W-Wb.rt-N- z + o-W

ftHiV1 о-пз+ ДЦ

н-г

)

Полученное выражение для величины зазора позволяет при максимальном эффекте решения по критерию усталостной долговечности получить выигрыш соединения по критерию статической прочности, ибо позволяет включаться в работу на срез крепежным элементам при превышении нагрузки эксплуатационной величины. Изобретение позволяет на 10-15% повысить ста-

g д

-jg 20

25

30

35

4045

тическую прочность соединения, а значит, и его надежность, что принесет при эксплуатации изделия экономический эффект. Формула изобретения Многорядное соединение деталей, содержащее листы, скрепленные несколькими рядами крепежных элементов, при этом стержни крепежных эле ментов крайних рядов установлены с натягом в отверстия, расположенные первыми относительно места приложения на лист нагрузки.и с зазором 5з в отверстии ответного соединяемого листа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности соединения путем повышения статической прочности, величина зазора д 3 между стержнем крепежного элемента и стенкой отверстия равна

o.-.)F6.,g.N.m{ |iIfra 2,(l,)4.

),

где i - номер ряда крепежных элементов;

j - номер участка, расположенного между двумя соседними рядами крепежных элементов;

tj - расстояние между рядами крепежных элементов на J-м участке;

tp - шаг крепежных элементов одного ряда;

EI и ЕЗ - модули упругости материалов соединяемых листов;

СКр i - суммарная податливость крепеж- . ных элементов Ного ряда;

Fe - суммарная площадь поперечного сечения крепежных элементов ряда,

m 1 - количество плоскостей среза;

Гбв - временное сопротивление срезу материала крепежных элементов;

б ij и д 2j - толщины соединяемых листов на j-м участке;

у 1, 2 - эмпирический коэффициент;

N - количество рядов болтов.

фиг 4

Использование: в машиностроении в многорядных срезных болтовых и заклепочных соединениях деталей. Сущность изобретения: листы скреплены рядами крепежных элементов (КЭ). Стержни КЭ установлены с натягом в отверстия, расположенные первыми относительно места приложения на лист нагрузки и с расчетным зазором б з в отверстии ответного соединяемого листа,4 ил.