заклепка для односторонней клепки

Формула изобретения

Заклепка для односторонней клепки, 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, содержит также деформируемый элемент, установленный на винте между его головкой и заходной вогнутой фаской корпуса и выполненный в виде полой трехступенчатой втулки с постоянным наружным диаметром, при этом ее отверстие выполнено осевым, причем ступень с большим внутренним диаметром расположена со стороны корпуса, а ступень с наименьшим внутренним диаметром расположена со стороны головки винта, при этом отношение толщин стенок ступени с наименьшим внутренним диаметром и смежной с ней второй ступени равно 1,25-1,4, а толщина стенки второй ступени равна (0,10-0,15)d, где d - диаметр корпуса заклепки, отличающаяся тем, что общая длина деформируемого элемента и длина его второй ступени равны соответственно (1,3-1,42)d и (0,6-0,78)d, a длина цилиндрического участка винта между головкой и сбегом, а также длина резьбовой части винта между сбегом и обрывной канавкой равны, соответственно, (0,2-0,3)d и (1,4-3,2)d.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к авиастроению, машиностроению и другим отраслям промышленности, в частности к заклепкам для односторонней клепки.

Основное назначение заклепки - образование заклепочного соединения при наличии одностороннего доступа к соединяемым деталям из материалов с низкой прочностью на смятие, например, из алюминиевых и магниевых сплавов.

Известна широко применяемая в авиастроении заклепка высокого сопротивления срезу по ост 1.11200-73 - ост 1.11207-73, ост 1.00 647-78 [1] . Заклепки устанавливаются безударной клепкой с односторонним подходом, при этом со стороны замыкающей головки должна быть расположена соединяемая деталь из материала с пределом прочности на растяжение 540 МПа (55 кгс/мм²) с целью исключения внедрения деформируемого элемента заклепки в поверхность соединяемой детали. Недостатком заклепки является невозможность ее использования для соединения деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, предел прочности на растяжение которых меньше указанной выше величины .

Известны конструкции заклепок с односторонним подходом, например, по патентам США N 4457652 [2] и N 4595324 [3] , которые отличаются большой площадью опорной поверхности замыкающей головки, позволяющей использовать их для соединения композиционных материалов.

Недостатком этих заклепок, состоящих из четырех деталей, является сложность изготовления из-за наличия пластмассового вкладыша и высокой точности изготовления деталей.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является "Заклепка" по патенту России N 2054584 [4] . Заклепка состоит из трех деталей: корпуса, винта и деформируемого элемента. Корпус выполнен с вогнутой заходной фаской, по которой в процессе завинчивания винта перемещается трехступенчатый деформируемый элемент до упора первой ступени в поверхность соединяемой детали. Достоинством заклепки является большая площадь опорной поверхности, что позволяет использовать ее для соединения хрупких композиционных материалов.

Недостатком заклепки с точки зрения возможности ее использования для соединения деталей из алюминиевых и магниевых сплавов являются ее большие габариты и вес, что обусловлено необходимостью образования замыкающей головки с большой площадью опорной поверхности и возможностью ограничения роста нагрузки стяжки соединяемых деталей за счет деформации второй ступени деформируемого элемента, а затем упора в нее третьей ступени.

Для соединения деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, прочность на смятие которых выше, чем у композиционных материалов, такая большая площадь опорной поверхности замыкающей головки не требуется. В то же время значительное уменьшение нагрузки стяжки соединяемых деталей также не требуется, так как это снижает усталостную прочность заклепочного соединения.

Целью изобретения является снижение габаритов и веса заклепки, а также повышение нагрузки стяжки соединяемых деталей.

Для достижения поставленной цели в известной заклепке, содержащей 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, содержится также деформируемый элемент, установленный на винте между его головкой и заходной вогнутой фаской корпуса и выполненный в виде полой трехступенчатой втулки с постоянным наружным диаметром, при этом ее отверстие выполнено осевым, причем ступень с большим внутренним диаметром расположена со стороны корпуса, а ступень с наименьшим внутренним диаметром расположена со стороны головки винта, при этом отношение толщин стенок ступени с наименьшим внутренним диаметром и смежной с ней второй ступени равно 1,25 - 1,4, а толщина стенки второй ступени равна (0,10 - 0,15)d, где d - диаметр корпуса заклепки, общая длина деформируемого элемента L и длина его второй ступени l₂ равны, соответственно, (1,3 - 1,42)d и (0,6 - 0,78)d, а длина цилиндрического участка винта между головкой и сбегом, а также длина резьбовой части винта между сбегом и обрывной канавкой равны, соответственно, (0,2 - 0,3)d и (1,4 - 3,2)d.

На фиг. 1 изображена заклепка до сборки заклепочного соединения; на фиг. 2 - деформируемый элемент; на фиг. 3 - винт; на фиг. 4 - заклепка после сборки заклепочного соединения.

Заклепка для соединения пакета деталей максимальной толщины 1 и минимальной толщины 2 содержит корпус 3 с закладной головкой 4, резьбовым отверстием 5, цилиндрической частью 6 и вогнутой заходной фаской 7, винт 8 с резьбой 9, головкой 10, цилиндрическим участком 11 между головкой 10 и сбегом 12, технологическим хвостовиком 13 с лысками 14 и обрывной канавкой 15, а также деформируемый элемент 16, установленный на винте 8 между его головкой 10 и вогнутой заходной фаской 7 корпуса 3 и выполненный в виде полой трехступенчатой втулки с постоянным наружным диаметром, при этом ее отверстие выполнено осевым, причем ступень 11 с большим внутренним диаметром расположена со стороны корпуса 3, а ступень 20 с наименьшим внутренним диаметром расположена со стороны головки 10 винта 8. Толщина промежуточной второй ступени 18, имеющей заплечик 19, больше толщины первой ступени 17, но меньше толщины третьей ступени 20.

Заклепка работает следующим образом. Заклепка вводится в отверстие пакета соединяемых деталей максимальной толщины 1 или минимальной толщины 2 до упора в поверхность одной из них головки 4 корпуса 3 (фиг. 1).

В процессе завинчивания специальным инструментом винта 8 вращением за лыски 14 деформируемый элемент 16 начинает деформироваться по вогнутой заходной фаске 7 корпуса 3, приобретая ее форму. При подходе к линии пересечения заходной фаски 7 и цилиндрической части 6 первая ступень 17 деформируемого элемента 16 отгибается относительно оси заклепки. Под действием вращающегося винта 8 деформируемый элемент 16 продолжает перемещаться, при этом вторая ступень 18 перегибается относительно линии пересечения заходной фаски 7 и цилиндрической части 6 корпуса 3, а первая ступень 17 занимает положение, параллельное поверхности соединяемой детали 1 или 2.

Вторая ступень 18 продолжает перемещаться вдоль цилиндрической части 6 корпуса 2 до упора отогнутой первой ступени 17 в поверхность детали 1 или 2 с образованием замыкающей головки в виде гофра 21. При дальнейшем вращении винта 8 заплечик 19 второй ступени 18 упирается в отогнутую первую ступень 17, создавая постепенно увеличивающуюся нагрузку стяжки пакета соединяемых деталей (фиг. 4).

Если постановка заклепки производится в пакет минимальной толщины 2, то при достижении максимально допустимой нагрузки стяжки, не вызывающей разрушения поверхности деталей из алюминиевых сплавов, происходит обрыв винта 8 по обрывной канавке 15 и сборка заклепочного соединения заканчивается.

Если постановка заклепки производится в пакет максимальной толщины 1, то при достижении максимально допустимой нагрузки стяжки происходит деформация второй ступени 18 элемента 16 с образованием второго гофра. В этот момент увеличение нагрузки стяжки пакета прекращается, что предохраняет поверхность соединяемой детали из алюминиевого сплава от разрушения. При дальнейшем вращении винта происходит его обрыв по канавке 15 и сборка заклепочного соединения заканчивается.

При длине деформируемого элемента более 1,42d увеличиваются габариты и вес заклепки за счет увеличения длины винта с целью исключения западания места обрыва его по канавке внутрь пакета свыше допустимой величины.

При длине деформируемого элемента менее 1,3d он становится слишком жестким, что может привести к разрушению поверхности соединяемых деталей из алюминиевого сплава.

При увеличении длины второй ступени деформируемого элемента более 0,78d происходит увеличение степени его деформации в процессе клепки, что приведет к снижению необходимой нагрузки стяжки пакета.

При уменьшении длины второй ступени деформируемого элемента менее 0,6d, она не образует второго гофра при достижении максимально допустимой нагрузки стяжки, в результате чего замыкающая головка будет вдавливаться в поверхность алюминиевого пакета.

Увеличение длины цилиндрического участка l_ц винта между головкой и сбегом резьбы свыше 0,3d может привести к преждевременному его упору в резьбу корпуса, что приведет к стопорению винта и недопостановке заклепки.

Уменьшение длины цилиндрического участка l_ц менее 0,2d не обеспечит необходимого центрирования деформируемого элемента относительно винта.

Увеличение длины резьбовой части l_р винта свыше 3,2d приведет к необходимости переноса обрывной канавки в сторону головки корпуса и увеличению допустимого выступания места обрыва винта относительно корпуса.

Уменьшение длины резьбовой части l_р винта менее 1,4d приведет к увеличению допустимого западания места обрыва винта внутрь пакета.

Использование предлагаемой конструкции заклепок позволяет уменьшить габариты и вес известной заклепки для соединения композиционных материалов, упростить технологию изготовления деталей и повысить качество образования заклепочного соединения деталей из алюминиевых сплавов.

Наиболее успешно предлагаемая заклепка может быть использована в авиастроении, машиностроении, а также в любых других отраслях промышленности для соединения деталей из алюминиевых и магниевых сплавов, когда подход к соединяемым деталям возможен только с одной стороны.

Источники информации

1. Сборник отраслевых стандартов ост 1.11200-73 - ост 1.11207-73, ост 1.00 647-78 "Заклепки высокого сопротивления срезу из конструкционных сталей для односторонней постановки".

2. Патент США N 4457652, кл. F 16 B 19/10, 1984.

3. Патент США N 4595324, кл. F 16 B 19/10, 1986.

4. Патент Российской Федерации N 2054584, кл. F 16 B 19/10, 1996.