замок королева в.м. для поворотного крепежного элемента и шарнирный узел механической системы управления поверхностями управления самолета с использованием упомянутого замка

Формула изобретения

1. Замок для поворотного крепежного элемента, имеющего боковую плоскость фиксации, содержащий контактирующий с этой плоскостью, установленный на скрепляемом элементе упор, отличающийся тем, что замок снабжен дополнительным упором и поперечным замыкателем и выполнен в виде вильчатой проушины, образующей упомянутые упоры и основание с установочной лапкой, при этом в основании между упорами выполнено центрирующее отверстие для поворотного крепежного элемента, а в упорах вне плоскости фиксации выполнены отверстия, в которых размещен упомянутый поперечный замыкатель.

2. Замок по п.1, отличающийся тем, что в качестве поперечного замыкателя использован шплинт.

3. Шарнирный узел механической системы управления поверхностями управления самолета с использованием замка по п.1, содержащий вильчатый и стержневой элементы с проушинами, соединенные между собой болтом с зашплинтованной на конце гайкой и поперечным замыкателем головки болта, а также содержащий основную втулку для болта и, по крайней мере, один подшипник, отличающийся тем, что узел снабжен установленным на одной из упомянутых вильчатых проушин замком по п.1 для болта и дополнительной втулкой, причем каждая втулка размещена в отверстии соответствующей стенки вильчатого элемента, а подшипник установлен непосредственно на стержневой части болта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к резьбовым крепежным соединениям, в частности к способам стопорения элементов резьбовых соединений, которые могут быть использованы в жестких условиях работы, имеющих место в системах управления поверхностями управления самолетов. Например, шарнирные узлы механических систем управления передачи для приведения в действие поверхностей управления самолетов нуждаются в гарантированном от развинчивания резьбовом соединении болт - гайка в узле крепления качалок к кронштейнам и тягам. Поэтому оба названных технических решения, связанных единым изобретательским замыслом, представлены совместно.

Известно стопорение поворотного крепежного элемента, например болта, за счет размещения головки в углублении одной из соединяемых деталей, которая для этого должна быть достаточно массивной. Форма углубления позволяет его стенкам без зазора охватывать грани, например головки болта, препятствуя, тем самым, его отвинчиванию. (см. патент ЕР №0900339 от 1997 г. кл. F 16 B 43/00).

Подобное стопорное устройство подходит не для всякого соединения, так как предполагает наличие хотя бы одной массивной детали из числа соединяемых.

Известно также устройство замка для запирания поворотного крепежного элемента, имеющего боковую поверхность фиксации, содержащее контактирующий с этой плоскостью установленный на скрепляемом элементе упор (см. а.с. СССР №459617, кл. F 16 B 39/10 от 1972 г.)

Последнее устройство, как наиболее близкое к изобретению, принято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является то, что упомянутый упор представляет собой фактически пружинную пластинчатую скобу, контактирующую с плоскостью фиксации крепежного элемента, например с гранью шестигранной головки болта, своей продольной кромкой. Эффективность подобного замка может иметь место в приборостроении. Что же касается условий эксплуатации в авиации, в частности в шарнирных узлах системы управления закрылками самолета, то здесь может иметь место скручивание плоских лапок скобы, которые должны быть достаточно гибкими, так как им необходимо допускать отгиб из положения фиксации, чтобы позволить штатный поворот и отвинчивание фиксируемого болта.

Целью изобретения является обеспечение полного исключения отвинчивания и выпадения поворотного крепежного элемента.

Для этого замок снабжен дополнительным упором и поперечным замыкателем и выполнен в виде вильчатой проушины, образующей упомянутые упоры и основание с установочной лапкой, при этом в основании между упорами выполнено центрирующее отверстие для крепежного элемента, а в упорах вне плоскости фиксации выполнены отверстия, в которых размещен упомянутый поперечный замыкатель. В качестве поперечного замыкателя использован шплинт.

Достижение поставленной цели действительно возможно, так как замок, жестко установленный на одной из соединяемых деталей и жестко удерживающий головку поворотного крепежного элемента относительно самого себя за счет упоров, охватывающих упомянутую головку, исключает вращение поворотного крепежного элемента и не нагружает шплинт, удерживающий гайку на конце поворотного крепежного элемента. Это позволяет гарантированно предотвратить отворачивание гайки, а наличие поперечного замыкателя исключает выпадение крепежного элемента.

На чертежах представлено устройство замка в нескольких вариантах формы.

Фиг.1 - вид замка сверху (вариант 1).

Фиг.2 - вид замка сбоку.

Фиг.3 - сечение по А-А на фиг.1.

Фиг.4 - замок с поперечным уширением лапки.

Фиг.5 - замок с продольным удлинением лапки.

Фиг.6 - вид сбоку на фиг.5.

Фиг.7 - замок с поперечным уступом на опорной поверхности.

Фиг.8 - вид сбоку на фиг.7.

Фиг.9 - вид замка в сборе.

Конкретное конструктивное выполнение замка согласно вышеприведенным чертежам осуществлено следующим образом.

Замок представляет собой вильчатую проушину с основанием 1 и упорами 2 и 3, в которых выполнены соосные отверстия 4, 5. Основание 1 выполнено зацело с установочной лапкой 6.

В установочной лапке 6 выполнены отверстия 7, 8 под крепеж для установки замка, а в основании 1 - центрирующее отверстие 9 для размещения запираемого поворотного крепежного элемента 10, например болта. Расстояние между упорами 2, 3 соответствует расстоянию между плоскостями фиксации головки запираемого поворотного крепежного элемента 10.

В отверстиях 4, 5 размещается шплинт 11, являющийся замыкателем для упомянутого поворотного элемента 10. Шплинт 11 расположен в отверстиях 4, 5 выше уровня плоскости фиксации поворотного элемента 10, то есть выше зоны контакта, например граней головки болта 10 с упорами 2 и 3, практически над головкой.

Установочная лапка 6 может иметь различную форму в плане. Во-первых - равную по ширине основанию 1 проушины. Во-вторых - снабженную уширениями 12 и 13, расположенными в зоне отверстий 7 и 8 под крепеж. В-третьих - удлиненную, с шириной меньшей, чем ширина основания 1. Отверстия 7 и 8 под крепеж замка в этом случае расположены по линии нормали к продольной оси проушины, в то время как в двух предыдущих случаях линия расположения отверстий 7, 8 параллельна оси проушины.

Любой из перечисленных видов формы установочной лапки 6 может быть выполнен с уступом 14 на опорной поверхности замка. Уступ 14 входит в зацепление с соответствующим уступом на поверхности контакта соединяемой детали.

Действие замка осуществляется следующим образом. Жестко закрепленные на соединяемой детали параллельные упоры 2, 3 удерживают поворотный крепежный элемент 9 от проворачивания подобно углублению в монолитной соединяемой детали, выполненной по форме головки болта 10 согласно примеру из патента ЕР №09000339.

Наряду с этим, замыкатель 11 предохраняет элемент 10 от выпадения, даже если бы отвинчивание или разрушение резьбового участка болта 10 произошло.

Форма установочной лапки 6 подбирается из условий эксплуатации соединения и формы детали, несущей замок.

Возможно изготовление замков под любой типоразмер поворотных крепежных элементов.

Эффект от применения настоящего изобретения заключается в повышении надежности любого соединения, основанного на применении поворотного крепежного элемента, например болта, и является следствием того, что замок исключает бесконтрольное отвинчивание упомянутого поворотного крепежного элемента.

Представленный далее шарнирный узел связан с замком для поворотного крепежного элемента единым изобретательским замыслом и представляет собой шарнирный узел механической системы управления поверхностями управления самолетом.

Изобретение относится к системам управления и передачи для приведения в действие поверхностей управления самолетов, а конкретнее к конструкции шарнирных узлов для упомянутых узлов.

Современные системы приведения в действие поверхностей управления самолетов используют конструкции типа механизма отклонения хвостового звена закрылка самолета ИЛ-86, содержащего качалки, тяги и кронштейны, образующие систему выдвижения хвостового звена относительно рельса основного звена закрылка.

Это техническое решение соответствует жестким требованиям, предъявляемым к взлетно-посадочной механизации крыла самолета большой пассажировместимости (книга ОКБ имени С.В. Ильюшина, том 2, от 1985 г. издательство Машиностроение, стр.128, фиг.4.18).

Наиболее близким к изобретению является техническое решение согласно приложению Типовое крепление качалок к кронштейнам и тягам; приложение к ТР 70-К.3-95-28 от 16.08.95 г. ЭМЗ им. В.М.Мясищева, утвержденное ЦАГИ 17.08.95 г., представляющее собой шарнирный узел для механической системы приведения в действие поверхностей управления самолета, содержащий вильчатый и стержневой элементы, соединенные между собой поворотным крепежным элементом, например болтом с зашплинтованной на конце гайкой и с поперечным замыкателем головки болта, а также содержащий основную втулку для болта и, по крайней мере, один подшипник.

Недостатком последнего технического решения является наличие вращательного знакопеременного перемещения болта относительно вильчатого элемента (проушины), приводящего к разрушению стопорящего гайку шплинта и ее отвинчиванию, а также осевого перемещения болта, ведущего также к разрушению стопорящего гайку шплинта и ее отвинчиванию.

Рассмотрим для примера ряд точек в известном техническом решении.

В местах шарнирных соединений вильчатой качалки с одинарной проушиной тяги шестигранная головка болта фиксируется по граням во втулке, а втулка фиксируется посредством шплинта в цилиндрическом гнезде одной из проушин качалки (тяги). При установке (затяжке) гайки возможно повреждение (разрушение) шплинта фиксации от поворота и выпадения втулки и болта.

При взаимном перемещении тяги-качалки возникающий на втулке крутящий момент воздействует на фиксирующий втулку-качалку шплинт.

При прихватывании подшипника с втулкой возможно разрушение шплинта от значительного крутящего момента на втулке.

Итак, шплинт, фиксирующий втулку от вращения и выпадения втулки с болтом, вынужден выполнять функцию силового элемента (а не только фиксирующего) и, следовательно, не исключается его разрушение, что повышает вероятность рассоединения шарнирного узла.

В месте шарнирного соединения качалки с вильчатым кронштейном болт посредством граней головки фиксируется во втулке, а втулка фиксируется посредством шплинта в качалке, и при установке (затяжке) гайки возможно повреждение (разрушение) шплинта фиксации втулки с качалкой.

При вращении качалки возникающий на втулке крутящий момент воздействует на фиксирующий втулку-качалку шплинт.

При прихватывании подшипника с втулкой возможно разрушение шплинта от значительного крутящего момента на втулке.

Наличие отверстия в качалке, втулке (а возможно и в болте) для шплинта, фиксирующего втулку в качалке, изначально повреждает их и создает сильные концентраторы напряжений.

Итак, шплинт, фиксирующий втулку в качалке от вращения и выпадения, вынужден выполнять функцию силового элемента (а не только фиксирующего) и, следовательно, не исключается его разрушение, что повышает вероятность рассоединения шарнирного узла.

Действительно, от сил трения и от вибрационных нагрузок в узле возникают упомянутые ранее знакопеременные крутящие усилия, приводящие к вращательному знакопеременному перемещению болта относительно вильчатой проушины (кронштейна, наконечника тяги, качалки) и относительно гайки, замыкающейся через шайбу на одну из проушин, что приводит к разрушению стопорящего гайку шплинта.

Целью изобретения является исключение вероятности разрушения стопорящего гайку шплинта, отворачивания гайки и, следовательно, повышение надежности шарнирного узла.

Сущность изобретения заключается в том, что шарнирный узел снабжен установленным на одной из упомянутых вильчатых проушин замком для болта и дополнительной втулкой. Причем каждая втулка размещена в отверстии соответствующей стенки вильчатого элемента, а подшипник установлен непосредственно на стержневой части болта.

Достижение поставленной цели действительно возможно, так как размещение головки болта в вильчатой проушине замка, установка шплинта, исполняющего функции поперечного замыкателя головки болта в замке и стопорение гайки своим шплинтом приводит к исключению вращательного знакопеременного перемещения болта относительно вильчатой проушины (кронштейна, качалки, наконечника тяги) и, соответственно, относительно гайки, замыкающейся через шайбу на одну из проушин от знакопеременных крутящих усилий, возникающих от силы трения в узле, и от вибрационных нагрузок, что снижает вероятность разрушения стопорящего гайку шплинта и ее отвинчивание.

За счет шплинта, установленного в замке, исключается осевое перемещение болта, а следовательно, исключается рассоединение шарнирного узла даже в случае (ставшим маловероятным за счет исключения вращения болта) разрушения стопорящего гайку шплинта и ее отвинчивания.

Подтверждением возможности осуществления настоящего изобретения является устройство конкретного шарнирного узла для механической системы управления поверхностями управления самолета, установленное на реальном самолете.

Устройство представлено на чертежах.

Фиг.10 - узел системы управления закрылками самолета с использованием шарнирных узлов согласно изобретению.

Фиг.11 - сечение А-А на фиг.10.

Фиг.12 - сечение Б - Б на фиг.10.

Узел системы управления поверхностями управления самолета в конкретном варианте исполнения состоит из кронштейна 1, шарнирно связанной с ним качалки 2, а также тяги 3 с вильчатым наконечником и шарнирно связанной с ней тяги 4 с ушковым наконечником, также шарнирно связанной с качалкой 2. Болты 5, 6 и 7 связывают элементы узла системы управления: кронштейн 1, качалку 2 и тягу 3 между собой.

Вильчатыми элементами являются: кронштейн 1 и тяга 3, имеющая вильчатый наконечник. Качалка 2 в месте соединения ее с тягой 4 также имеет вильчатый наконечник, так что каждый из шарнирных узлов, образующих цепочку шарнирной связи элементов системы управления поверхностями управления самолета, представляет собой шарнирный узел одного типа - вилка с проушинами и стержень с одной проушиной.

Каждый шарнирный узел, кроме болтов 5, 6 или 7, содержит гайку 8, 9 или 10, зашплинтованную на конце соответствующего болта 5, 6 и 7 посредством шплинта 11, 12 и 13.

В качестве поперечного замыкателя головки болта 5, 6 и 7 использованы шплинты 14, 15 и 16. Эти шплинты установлены в отверстиях упоров каждого замка 17, 18 и 19 вне плоскости фиксации граней головки болта 5, 6 и 7, как было описано ранее в устройстве замка. Форма установочной лапки замка выбирается в зависимости от конфигурации проушины соответствующего соединяемого элемента системы: кронштейна 1, качалки 2 и тяги 3.

Замки 17, 18, и 19 крепятся на элементах системы заклепками 20. Упомянутые замки установлены на одной из проушин соединяемых элементов. В каждой проушине вильчатого элемента 1 и 3 и вильчатого наконечника качалки 2 установлена втулка 21, 22, 23, 24, 25 и 26. Пары втулок 21 и 22, 23 и 24, 25 и 26 охватывают проходящий через них болт 5, 6 и 7, а на торцевые фланцы этих втулок опираются внутренние обоймы подшипника 27, 28, 29 и 30, установленного парой в проушине качалки 2 и по одному в каждой проушине тяги 4. Между подшипниками 27 и 28 размещена проставка 31, а под каждой гайкой - шайба 32, 33 и 34.

В работе шарнирного узла и системы управления под действием знакопеременных крутящих усилий, возникающих от сил трения в узле, и вибрационных нагрузок - поворота болта 5, 6 и 7 относительно гайки 8, 9 и 10 не происходит.

Шплинты 11, 12 и 13, фиксирующие гайку 8, 9 и 10 от вращения, и шплинты 14, 15 и 16, фиксирующие болт 5, 6 и 7 от выпадения, выполняют только функции фиксации, не воспринимая при этом силовых нагрузок. Зато замок 17, 18 и 19 воспринимает все сдвиговые нагрузки по плоскости опоры на поверхность соединяемого элемента, а изгибные нагрузки воспринимает сам болт 5, 6 и 7 через подшипники 27 и 28, 29 и 30. Доброкачественная фиксация шплинтами 11, 12 и 13, а также шплинтами 14, 15 и 16, не нагруженными никакими усилиями, кроме нагрузок фиксации, обеспечивает невозможность отвинчивания гаек 8, 9 и 10 и выпадение болта 5, 6 и 7.

Все это обеспечивает значительное повышение надежности шарнирного узла механической системы приведения в действие поверхностей управления самолета, что, в свою очередь, повышает эксплуатационную ценность всего самолета в целом, имеющего в своей конструкции подобный шарнирный узел.