заклепка

Формула изобретения

ЗАКЛЕПКА, содержащая корпус, выполненный с закладной головкой с одной стороны, заходной вогнутой фаской с другой стороны и осевым резьбовым отверстием, в котором размещен винт, имеющий головку на одном конце и отрывной технологический хвостовик на другом конце, а также деформируемый элемент, установленный на винте между его головкой и заходной вогнутой фаской корпуса и выполненный в виде цилиндрической втулки с двухступенчатым осевым отверстием, причем ступень с большим внутренним диаметром расположена со стороны корпуса, отличающаяся тем, что, с целью исключения повреждения соединяемых деталей из композиционных материалов и обрыва винта путем ограничения сборочных нагрузок, осевое отверстие цилиндрической втулки выполнено с дополнительной ступенью, расположенной со стороны головки винта и имеющей наименьший из всех ступеней диаметр, при этом отношение толщин стенок дополнительной и смежной с ней второй ступени равно, 1,25 - 1,4, а толщина стенки и длина второй ступени равны соответственно (0,10 - 0,15)d и (0,8 - 1,2)d, где d - диаметр корпуса заклепки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, к заклепкам для соединения деталей из композиционных материалов.

Цель изобретения исключение повреждения соединяемых деталей из композиционных материалов и обрыва винта путем ограничения сборочных нагрузок.

На фиг.1 изображена заклепка до сборки заклепочного соединения; на фиг.2 деформируемый элемент; на фиг.3 заклепка после сборки заклепочного соединения; на фиг.4 заклепка в безрезьбовом конструктивном исполнении после сборки заклепочного соединения.

Заклепка для соединения листов 1 содержит корпус 2 с закладной головкой 3, резьбовым отверстием 4, цилиндрической частью 5 и вогнутой заходной фаской 6, винт 7 с резьбой 8, головкой 9, технологическим хвостовиком 10 с лысками 11 и обрывной шейкой 12, а также деформируемый элемент 13, выполненный в виде полой цилиндрической трехступенчатой втулки с постоянным наружным диаметром, при этом толщина первой ступени 14, расположенной со стороны заходной фаски 6 корпуса 2, меньше, чем у промежуточной второй ступени 15, имеющей заплечик 16, а толщина стенки третьей ступени 17, имеющей заплечик 18, в 1,25-1,4 раза больше толщины стенки второй ступени 15.

Заклепка работает следующим образом. Заклепка вводится в отверстие соединяемых листов 1 до упора в поверхность одного из них закладной головки 3 корпуса 2 (фиг.1).

В процессе завинчивания винта 7 вращением за лыски 11 элемент 13 начинает деформироваться вдоль вогнутой заходной фаски 6 корпуса 2, приобретая ее форму. При подходе к линии пересечения цилиндрической 5 и заходной фасок 6 корпуса 2 первая ступень 14 элемента 13 отгибается параллельно оси заклепки. Под действием вращающегося винта 7 деформируемый элемент 13 продолжает перемещаться, при этом вторая ступень 15 перегибается относительно линии пересечения заходной фаски 6 и цилиндрической 5 части корпуса 2, а первая ступень 14 деформируемого элемента 13 занимает положение, параллельное поверхности листа 1.

Вторая ступень 15 продолжает перемещаться вниз вдоль цилиндрической части 5 корпуса 2 до упора первой ступени 14 в поверхности листа 1 с образованием замыкающей головки в виде гофра 19. При дальнейшем вращении винта 7 заплечик 16 второй ступени 15 упирается в первую ступень 14, создавая постепенно увеличивающуюся нагрузку стяжки пакета соединяемых листов.

При достижении максимально допустимой величины нагрузки стяжки начинается деформация участка второй ступени 15, расположенного между заходной фаской 6 корпуса 2 и третьей ступенью 17 с образованием второго гофра 20. В этот момент дальнейшее увеличение нагрузки стяжки пакета прекращается, что предохраняет поверхность соединяемых листов 1 от разрушения в зоне замыкающей головки 19.

При увеличении степени деформации второй ступени 15 третья ступень 17, которая в силу сплошности материала деформируемого элемента 13 отгибается в сторону гофра 20, упирается своим заплечиком 18 во внутреннюю поверхность гофра 20, ограничивая дальнейшую деформацию второй ступени 15, вплоть до ее прекращения. Благодаря этому вращение винта 7 затормаживается и прекращается его поступательное движение, что предохраняет винт 7 от обрыва по резьбе 8. После замедления вращения винта 7 постановочный инструмент продолжает тянуть его за лыски 11 хвостовика 10 до обрыва по шейке 12, после чего сборка заклепочного соединения заканчивается (фиг.2).

Заклепка может выполняться в безрезьбовом конструктивном исполнении, в котором взамен корпуса с резьбовым отверстием 4 и винта 7 используются корпус 21 с внутренней цилиндрической поверхностью 22 и сердечник 23 с кольцевой накаткой 24 на технологическом хвостовике 25, при этом в процессе сборки заклепочного соединения сердечник 23 втягивается за технологический хвостовик 25 в корпус 21 с натягом до обрыва хвостовика 25 по обрывной шейке 26.

Толщина стенки и длина второй ступени равна соответственно (0,1.0,15)d и (0,8.1,2)d, где d диаметр корпуса заклепки.

При толщине стенки второй ступени менее 0,1d может произойти растрескивание гофра из-за его малой толщины, а при толщине стенки более 0,15d для деформации второй ступени требуется нагрузка больше той, при которой происходит повреждение соединяемых листов. При длине второй ступени менее 0,8d нагрузка ее деформирования больше нагрузки повреждения соединяемых листов, а при длине, превышающей 1,2d, деформирование второй ступени может начаться слишком рано, еще до окончания образования замыкающей головки и контакта ее с поверхностью пакета. В этом случае будет наблюдаться недопостановка заклепки, так как обрыв винта по шейке произойдет раньше, чем начнется стяжка пакета.

При отношении толщин стенок третьей ступени ко второй менее 1,25 стопорение ненадежно, так как слишком мал заплечик третьей ступени или другими словами мала разность толщин стенок третьей и второй ступеней деформируемого элемента. При превышении этого соотношения свыше 1,4 деформация третьей ступени по сравнению со второй будет затруднена из-за большой разницы в величине нагрузок, необходимых для образования гофра и деформации третьей ступени. В результате этого заплечик третьей ступени может не войти в зацепление с гофром или войти в контакт уже после того, как произойдет растрескивание гофра или обрыв винта по резьбе.

Существенным отличие данного технического решения является выполнение деформируемого элемента трехступенчатым с оптимальным соотношением размеров ступеней. Это позволяет решить основную проблему крепежа для соединения композиционных материалов (КМ), а именно исключить возможность разрушения хрупких КМ в процессе постановки заклепки путем ограничения нагрузки стяжки пакета.

Нагрузка стяжки пакета зависит, в основном, от нагрузки обрыва винта по шейке, которая в свою очередь зависит от диаметра обрывной шейки и прочности материала винта. С учетом допускаемых отклонений диаметра шейки и разброса величины предела прочности материала винта после термообработки (например, для винтов из стали 165ХСН _в 120-140 кгс/мм²), разброс нагрузок обрыва по шейке может достигать 30% минимально необходимый диаметр шейки назначается таким, чтобы при минимальной прочности винта обеспечить минимально допустимую стяжку пакета или, другими словами, исключить возможность преждевременного обрыва хвостовика по шейке.

С учетом вышеизложенного максимальная нагрузка обрыва по шейке может быть выше на 30% причем этот рост нагрузки носит объективный характер и ограничить его нельзя. Из-за наличия высоких нагрузок обрыва винта по шейке нагрузка стяжки пакета достигает такой большой величины, что начинается смятие, а затем разрушение КМ под замыкающей головкой заклепки, так как ее опорная поверхность меньше, чем у закладной головки. В процессе сборки обеспечивается высокое качество заклепочного соединения, при этом образование гофра на второй ступени деформируемого элемента и стопорение заклепки с помощью упора в гофр заплечика третьей ступени позволяет значительно расширить диапазон нагрузок обрыва винтов по шейке.