Заклепка для односторонней клепки Советский патент 1992 года по МПК F16B19/08 

Изобретение относится к самолетостроению, в частности к заклепкам для односторонней клепки Основное назначение заклепки - соединение деталей из материалов с низкой прочностью на смятие, например из композиционных материалов Изобретение может быть использовано также в общем машиностроении для соединения аналогичных деталей машин

Известны заклепки для односторонней клепки для соединения деталей преимущественно из композиционных материалов. Эти заклепки содержат корпус с внутренней резьбой, винт и деформируемый элемент, а

постановка их в пакет соединяемых деталей производится методом вращения

Недостатком этих заклепок являются во-первых, трудность нарезания внутренней резьбы корпусов, которые по условиям допустимости контакта с композиционным материалом, содержащим углеродные волокна (углепластиком), выполняется из труднообрабатываемых титановых сплавов, во-вторых, практически невозможно изготовить заклепки диаметром меньше 4,2 мм, диаметр 4,2 мм, а не 4 мм используется для обеспечения (с точки зрения прочности) минимально допустимой толщины стенки корпуса при резьбе МЗ.

сл

Известна заклепка для соединения деталей из композиционных материалов в безрезьбовом конструктивном исполнении. Постановка заклепки производится методом втягивания. Заклепка содержит цилиндрический корпус с закладной головкой, заходной вогнутой фаской и цилиндрическим осевым отверстием, в котором размещен с натягом сердечник, и деформируемую втулку. Сердечник имеет головку, технологический хвостовик с обрывной шейкой и цилиндрическую рабочую часть. Стопорение сердечника в корпусе осуществляется за счет постановки его с натягом.

Недостатком заклепки является то, что стопорение сердечника в корпусе за счет одного только натяга не надежно и может привести к отсутствию сжатия пакета соединяемых деталей после постановки заклепки.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является заклепка для односторонней клепки, содержащая цилиндрический корпус с цилиндрическим осевым отверстием с заходной вогнутой фаской на наружной поверхности с одной стороны и конической проточкой в отверстии и закладной головкой с другой стороны. В отверстии корпуса установлен с натягом сердечник с головкой и рабочей частью с одного конца и технологическим хвостовиком и обрывной шейкой с другого. На рабочей части сердечника со стороны обрывной шейки имеется кольцевая выточка, а между его головкой и концом корпуса с заходной фаской установлена деформируемая втулка. На технологическом хвостовике в контакте с поверхностью конической проточки размещено стопорное кольцо.

Однако указанная конструкция заклепки не обеспечивает достаточного усилия сжатия соединяемых деталей и прочность сцепления сердечника с корпусом, что снижает надежность соединения в целом. Причиной этого является особенность постановки подобных заклепок, заключающаяся в том, что после обрыва технологического хвостовика происходит пружинение сердечника, в результате чего высокая предварительная нагрузка стяжки пакета, достигнутая в процессе постановки, резко уменьшается иногда почти до нуля.

Недостаточное усилие сжатия может привести в процессе эксплуатации к расстыковке пакета и выползанию сердечника из корпуса под действием вибрации.

Целью изобретения является повышение надежности заклепочного соединения за счет увеличения усилия сжатия соединяемых деталей и прочности сцепления сердечника с корпусом.

Для этого в известной заклепке для односторонней клепки, содержащей цилиндрический корпус с цилиндрическим осевым отверстием, с заходной вогнутой фаской на

наружной поверхности с одной стороны и конической проточкой в отверстии и закладной головкой с другой стороны, установленный в отверстии с натягом сердечник с головкой и рабочей частью с одного конца и

0 технологическим хвостовиком и обрывной шейкой с другого, а также с кольцевой выточкой на рабочей части со стороны обрывной шейки, установленную на рабочей части сердечника между его головкой и концом

5 корпуса с заходной фаской деформируемую втулку, и стопорное кольцо, размещенное на технологическом хвостовике в контакте с поверхностью конической проточки, на рабочей части сердечника со стороны кольце0 вой выточки выполнены кольцевые канавки глубиной 0,02-0,18 диаметра рабочей части сердечника на длине 0,1-0,8 ее длины, а внутренний диаметр стопорного кольца равен 0,8-0,96 диаметра рабочей части.

5Для обеспечения предварительной

стяжки соединяемых деталей на наружной цилиндрической поверхности корпуса может быть выполнен резьбовой участок с шагом резьбы, равным 0,08-0,14 наружного

0 диаметра резьбы.

На фиг.1 изображена собранная заклепка перед постановкой в пакет соединяемых деталей; на фиг.2 - заклепка на промежуточной стадии постановки в пакет, до за5 прессовки стопорного кольца; на фиг.З - заклепка после постановки и образования заклепочного соединения; на фиг.4 - заклепка с корпусом, снабженным резьбовым участком.

0 Заклепка для односторонней клепки для соединения деталей 1 содержит цилиндрический корпус 2 с цилиндрическим осевым отверстием 3 с заходной вогнутой фаской 4 на наружной поверхности с одной

5 стороны и конической проточкой 5 в отверстии 3 и закладной головкой 6 с другой стороны. В отверстии 3 размещен сердечник 7, имеющий головку 8 на одном конце и технологический хвостовик 9 с обрывной шейкой

0 10 и накаткой 11 на другом. К головке 8 примыкает цилиндрическая рабочая часть 12, на которой со стороны обрывной шейки 10 выполнена кольцевая выточка 13 и кольцевые канавки 14. На рабочей части 12 сер5 дечника 7 между головкой 8 и заходной фаской 4 корпуса 2 расположена деформируемая втулка 15 с трехступенчатым осевым отверстием 16. На технологическом хвостовике 9 сердечника 7 размещено разрезное стопорное кольцо 17 в контакте с поверхностью конической проточки 5. Канавки 14 выполнены глубиной 0,02-0,18 диаметра рабочей части 12 на длине 0,1-0,8 ее длины, а внутренний диаметр кольца 17 равен 0,8- 0,96 диаметра рабочей части 12.

На наружной цилиндрической поверхности 18 корпуса может быть выполнен резьбовой участок 19, длина которого не превышает минимальной толщины соединяемых деталей 1, а шаг резьбы равен 0,08- 0,14 ее наружного диаметра (фиг.4).

Заклепка работе следующим образом.

Сначала производится сборка заклепки: сердечник 7 с размещенной на нем деформируемой втулкой 15 вставляется в отверстие 3 корпуса 2 до упора в рабочую часть 12, после чего на технологический хвостовик 9 сердечника 7 надевается стопорное кольцо 17 до упора в поверхность конической проточки 5 корпуса 2. Собранная заклепка вставляется в отверстие пакета соединяемых деталей 1 до упора в поверхность одной из них закладной головки б корпуса 2 (фиг.1).

Специальный постановочный инструмент прижимает закладную головку 6 к поверхности детали 1 и втягивает с натягом сердечник 7 за хвостовик 9 в отверстие 3 корпуса 2, при этом металл корпуса 2 затекает в кольцевые канавки 14 сердечника 7, обеспечивая прочное сцепление сердечника 7 с корпусом 2. что препятствует пру- жинению сердечника 7 и потере предварительного сжатия пакета. Одновременно втулка 15 деформируется с образованием замыкающей головки в виде гофра 20 с плоской опорной поверхностью. При достижении максимально допустимого усилия сжатия, при котором композиционный материал начинает разрушаться, происходит образование второго гофра 21, при этом повышение усилия сжатия на композиционный материал прекращается, что предохраняет его от разрушения (фиг.2).

На заключительном этапе постановки заклепки производится запрессовка стопорного кольца 17 в пространство между конической проточкой 5 в головке 6 корпуса 2 и кольцевой выточкой 13 сердечника 7. Благодаря посадке с натягом кольца 17 на цилиндрический участок 12 кольцо 17 с большой силой запрессовывается между корпусом 2 и сердечником 7. вследствие чего обеспечивается максимальное усилие сжатия пакета соединяемых деталей 1 и прочность сцепления сердечника 7 с корпусом 2. После окончания запрессовки стопорного кольца 17 происходит обрыв технологического хвостовика 9 по обрывной шейке 10, после чего постановка заклепки

заканчивается образованием заклепочного соединения (фиг.З).

При выполнении заклепки с резьбовым участком 19 на наружной поверхности 18

корпуса 2 собранная заклепка вставляется в пакет, корпус 2 ввинчивается в отверстие соединяемых деталей 1 до упора закладной головки 3 в поверхность одной из них, обеспечивая при этом предварительное сжатие

0 соединяемых деталей 1. Дальнейшая пост новка заклепки производится так, как описано (фиг.4).

Глубина кольцевых канавок не долж :а превышать 0,18 d, т.к. при большей глуб ie

5 их внутренний диаметр приР5лижй тся к д - аметру обрывной шейки, и в процессе постановки заклепки может происходить преждевременный обрыв сердечника ю кольцевой канавке. Креме того, полное зз0 полнение канавок металлом корпуса также происходит только при глубине, кепооеы- шающей указанную. При глубине, меньшей 0,02 d, прочность сцепления сердечника с корпусом недостаточна.

5Выполнение кольцевых канавок на длине, большей 0,8 ,не имеет смысла, так как последние канавки со стороны головки гер- дечника заполняться не будут из-за радиальной раздачи корпуса в зоне захо ;ной

0 части. При выполнении канавок нз цпине, меньшей 0,1 I, прочность сцепления ердеч- ника с корпусом мала.

Выполнение внутреннего диаметра стопорного разрезного кольца, равного 0,85 0,96d, позволяет обеспечить посадку с натягом кольца на цилиндрическую часть сердечника. Это резко увеличивает прочность стопорения сердечника относительно корпуса, т.к. длина кольца превышает длину

0 кольцевой выточки сердечника, и после окончания постановки заклепки кольцо остается намертво сцепленным с сердечником и с большой силой расклепанным между сердечником и кольцевой выточкой

5 корпуса.

При выполнении внутреннего диаметра кольца, большего 0.96 d. натяг будет небольшим и эффект стопорения сердечника снизится. При выполнении внутреннего

0 диаметра кольца, меньшего 0,8d. натяг будет слишком большим, что вызовет резкое возрастание усилия запрессовки кольца и преждевременный обрыв технологического хвостовика, т.е. в конечном итоге недопо5 становкузаклепки.

Выполнение резьбы на наружной цилиндрической поверхности корпуса позволяет перед постановкой заклепки ввернуть корпус в пакет соединяемых деталей. Поскольку в этом случае корпус выполняется

из более прочного материала, чем материал соединяемых деталей, например корпус из высокопрочного титанового сплава, а детали из композиционного материала углепластика, то в процессе завинчивания резьба корпуса нарезает резьбу в отверстии соединяемых деталей и стягивает их, обеспечивая гарантированную предварительное сжатие пакета. После окончательной постановки заклепки к величине усилия предварительного сжатия добавится усилие от сжатия пакета деформируемой втулкой, при этом даже если произойдет пружинение сердечника, величина усилия сжатия не упадет до нуля, а останется равной величине предварительного сжатия. Длина наружной резьбы не должна превышать минимальной толщины соединяемых деталей, т.к. иначе резьба будет выступать из отверстия пакета и препятствовать образованию замыкающей головки. При увеличении шага резьбы свыше 0,14 от ее диаметра сильно ослабляется поперечное сечение корпуса; приуменьшении шага резьбы менее 0,08 от ее диаметра высота профиля резьбы становится слишком малой, чтобы создать необходимую величину усилия сжатия пакета.

Использование предлагаемой заклепки с кольцевыми канавками и стопорным кольцом с уменьшенным внутренним диаметром, обеспечивающим предварительный натяг, по сравнению с известной заклепкой повышает прочность сцепления сердечника с корпусом и усилие сжатия пакета за счет затекания металла корпуса в кольцевые канавки и запрессовки стопорного кольца между корпусом и сердечником, что в итоге влияет на надежность соединения.

Усилие сжатия при использовании заявляемой заклепки может быть увеличено в 8-10 раз по сравнению с прототипом. Формула изобретения

1. Заклепка для односторонней клепки,

содержащая цилиндрический корпус с цилиндрическим осевым отверстием с заход- ной вогнутой фаской на наружной поверхности с одной стороны и конической

проточной в отверстии и закладной головкой с другой стороны, установленный в отверстии с натягом сердечник с головкой и рабочей частью с одного конца и технологическим хвостовиком и обрывной шейкой с

другого конца, а также с кольцевой выточкой на рабочей части со стороны обрывной шейки, установленную на рабочей части сердечника между его головкой и концом корпуса с заходной фаской деформируемую

втулку и стопорное кольцо, размещенное на технологическом хвостовике в контакте с поверхностью конической проточки, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности соединения за счет увеличения

усилия сжатия соединяемых деталей и повышения прочности сцепления сердечника с корпусом, на рабочей части сердечника со стороны кольцевой выточки выполнены кольцевые канавки глубиной (0,02-0,18) d на длине

(0,1 - 0,8) I, а внутренний диаметр стопорного кольца равен (0,8 - 0,96) d, где d и I - диаметр и длина рабочей части сердечника.

2. Заклепка по п.1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения предварительного сжатия соединяемых деталей, на наружной цилиндрической поверхности корпуса выполнен резьбовой участок с шагом резьбы, равным 0,08-0,14 ее наружного диаметра.

Использование1 клепэльно-сборочные работы, самолетостроение, клепка композиционных материалов Сущность изобретения заклепка содержит корпус 2 с закладной головкой 3 и заходной вогнутой фаской 5 и размещенный в цилиндрическом осевом отверстии 6 корпуса 2 сердечник Сердечник установлен с натягом и имеет головку 8 на одном конце и технологический хвостовик 9 с обрывной шейкой 10 на другом. К головке 8 примыкает цилиндрическая рабочая часть 12 с кольцевой выточкои П Между головкой 8 и заходной BGI нутой фаской 5 на сердеч .ике 7 установлена деформируемая втулка 15, а на противоположном онце до упора в коническою прп-очку А размещено стопорное кольцо На рабочей части 12 сердечника 7 выполнены кольцевые канавки 14 глубиной 0,02-0,18 диаметра рабочей части сердечника на длине 0,1-0,8 ее длины, а внутрень и диаметр кольца 17 равен 0,8-0,96 диаметра раб 1вй части. При втягивании сердечника 7 в jp- пус 2 канавки 14 заполняются металлов ITO увеличивает прочность сцепления сердечника с корпусом, а предварительный натяг при посадке стопорного кольца 17 ча сердечник 7 обеспечивает запрессовку кольца 17 в кольцевую выточку 13 На наружной поверхности корпуса заклепки может быть выполнен резьбовой участок, что обеспечивает предварительное сжатие соединяемых деталей. 1 з.п. ф-лы, 4 ил

Щиг.2

19

ю

фиг.З