УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ И СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ СБОРОЧНЫХ ЕДИНИЦ
ATTACHMENT POINT AND METHOD OF ATTACHING ASSEMBLY UNITS

Область, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к узлам крепления и способам крепления посредством названных узлов крепления сборочных единиц, например элементов конструкций летательного аппарата.
Уровень техники
При изготовлении крыла большого самолета компоненты крыла, включая панели обшивки, лонжероны, нервюры и другие крупные узлы, обычно частично собирают на сборочном приспособлении. Затем в предопределенных позициях просверливаются отверстия для крепежных элементов. Далее для удержания крыла в собранном состоянии в некоторые из отверстий вставляются вспомогательные болты, а в другие отверстия - шпильки или штыри, служащие для удержания крыла в собранном состоянии во время сверления других отверстий. Затем болты открепляются и компоненты разъединяются, например, с целью удаления заусениц перед окончательной сборкой.
Чтобы обеспечить правильность положения других высверливаемых отверстий, обычно применяют вручную установку и выравнивание физического шаблона либо используют автоматическую сверлильную машину. Когда используется шаблон, то он укрепляется на одном или нескольких вспомогательных болтах и удерживается с их помощью в требуемом фиксированном положении. Но когда применяется автоматическая сверлильная машина, головки вспомогательных болтов служат в качестве визуальных точек привязки для машины, которая после высверливания отверстия перемещается над поверхностью компонента конструкции в позицию для сверления следующего отверстия.
Когда применяется шаблон, как описано выше, желательно, чтобы головка вспомогательного болта выступала на значительную высоту над поверхностью компонента конструкции, чтобы можно было обеспечить физически надежную установку и выравнивание шаблона. Но если применяется автоматическая сверлильная машина, то желательно, чтобы болты выступали весьма незначительно, чтобы сверлильная машина могла перемещаться над ними на очень близком расстоянии от компонентов конструкции. Ранее, чтобы удовлетворить этим двум противоречивых требованиям, необходимо было располагать вспомогательными болтами двух различных видов.
Целью изобретения является предложить узел крепления, который можно было бы адаптировать как для случая применения шаблона, так и для случая применения автоматической сверлильной машины.
Раскрытие изобретения
В соответствии с изобретением, предлагается узел крепления, включающий:
болт, имеющий первый и второй концы, головку, расположенную на первом конце, и стержень, по крайней мере часть которого имеет резьбу,
гайку, предназначенную для резьбового соединения со стержнем болта, и
штифт для установки и выравнивания шаблона.
В головке болта имеется соединительное образование, в виде первого соединительного разъема, служащего для разъемного соединения с соответствующим вторым соединительным разъемом, предусмотренным на штифте для установки и выравнивания шаблона.
Предлагаемый узел крепления обеспечивает следующее: если головка болта должна использоваться при применении физического шаблона, то к головке болта может быть присоединен штифт для установки и выравнивания шаблона; с другой стороны, размеры головки болта могут быть выбраны такими, что головка подходит и при использовании автоматической сверлильной машины, если штифт не присоединен к головке.
Предпочтительно, чтобы по крайней мере на части соединительного разъема, предусмотренного в головке болта, имелась резьба для соединения с соответствующим разъемом на штифте для установки и выравнивания шаблона.
Резьбовое соединение является простым и эффективным видом разъемного соединения.
Предпочтительно, чтобы соединительный разъем в головке болта был охватывающим (с внутренней резьбой) и, более конкретно, предпочтительно, чтобы он был выполнен как углубление в головке болта. Предпочтительно, чтобы это углубление включало первую (внешнюю) часть, имеющую первый размер сечения, и вторую (внутреннюю) часть, имеющую меньший размер сечения. Предпочтительно, чтобы указанные сечения были круговыми. Если на по крайней мере части соединительного разъема в головке болта имеется резьба, то предпочтительно, чтобы резьбу имела вторая (внутренняя) часть углубления. В этом случае предпочтительно, чтобы на штифте для установки и выравнивания шаблона имелась часть с наружной (охватываемой) резьбой, которая могла быть ввинчена во вторую (внутреннюю) часть углубления, и имелась цилиндрическая область с круговым поперечным сечением и гладкой поверхностью, которая точно стыкуется с первой (внешней) частью углубления.
Предпочтительно, чтобы штифт для установки и выравнивания шаблона имел цилиндрический, в целом, корпус с круговым сечением, имел первый и второй концы, а соединительный разъем находился на первом конце. Цилиндрическая боковая поверхность корпуса весьма подходит для обеспечения точной установки шаблона.
На штифте для установки и выравнивания шаблона может быть предусмотрено отверстие, предпочтительно проходящее через штифт в направлении, поперечном к оси цилиндрического корпуса штифта, находящееся вблизи второго конца корпуса штифта.
Предпочтительно, чтобы узел крепления, кроме того, включал шайбу, охватывающую по окружности стержень болта и покрывающую заднюю поверхность головки болта. Шайба может быть выполнена из пластического материала, в качестве которого может быть выбран полиамид, например нейлон.
Предпочтительно, чтобы на шайбе были сформированы: задняя часть, покрывающая заднюю поверхность головки болта, внешняя боковая часть, отходящая вперед от ее задней части, и удерживающая часть, отходящая внутрь от внешней боковой части и охватывающая головку болта, удерживая шайбу на головке болта. Шайба может эластично деформироваться при прижатии к задней поверхности головки болта. На головке болта может иметься кольцевая канавка, в которую входит удерживающая часть шайбы.
Хотя изобретение можно применять при различных формах стержня болта и конфигурациях гайки, особенно предпочтительно его использование при конкретных формах стержня болта и гайки. Так, предпочтительно, чтобы стержень болта включал первую секцию стержня, имеющую гладкую боковую поверхность первого диаметра, и вторую секцию стержня болта, соосную первой секции, имеющую второй диаметр, меньший первого диаметра, и чтобы по крайней мере некоторый участок второй секции стержня болта имел внешнюю резьбу, причем первая секция стержня болта находилась между головкой болта и второй секцией стержня; предпочтительно также, чтобы гайка имела первое отверстие, начинающееся на первой стороне гайки, имеющее больший диаметр, чем упомянутый первый диаметр, служащее для насадки на первую секцию стержня болта, и имела второе отверстие, расположенное в области второй стороны, имеющее резьбу для соединения с резьбовой секцией стержня болта, причем второе отверстие, имеющее резьбу, соосно первому отверстию и ведет в него. Располагая болтом, стержень которого имеет первую секцию с гладкой боковой поверхностью и вторую секцию меньшего диаметра, имеющую резьбу, возможно обеспечить выполнение одним и тем же узлом крепления как функцию скрепления, так и функцию установки и выравнивания. Это делает процедуру скрепления в целом более простой и сокращает число различных видов используемых деталей по сравнению с конструкциями, применявшимися в соответствии с предшествующим уровнем техники, в которых вспомогательные болты с резьбой обеспечивали функции скрепления, а штыри или шпильки - функции установки и выравнивания.
Предпочтительно, чтобы головка болта находилась на конце первой секции стержня болта, и предпочтительно, чтобы вторая секция стержня болта занимала участок стержня от конца первой секции стержня болта до второго конца болта. Таким образом, предпочтительно, чтобы болт состоял из трех частей: головки болта, первой секции стержня болта и второй секции стержня болта. Головка болта и вторая секция стержня болта обеспечивают функцию скрепления собираемой конструкции, тогда как первая секция стержня болта обеспечивает функцию установки и выравнивания.
Головка болта не обязательно должна быть круговой в сечении; она, например, может иметь шестиугольное сечение. Первый и/или второй конец болта может быть выполнен со слепым отверстием некруглой формы (например, шестигранным), соосным с первой и второй секциями стержня болта. Такая форма облегчает вращение гайки и болта относительно друг друга, что требуется при операциях закрепления или открепления.
Вторая сторона гайки может быть закрытой (глухой), но предпочтительно, чтобы часть отверстия гайки, имеющая резьбу, доходила до второй стороны гайки. В этом случае возможно полное навинчивание гайки на вторую секцию стержня болта, что расширяет диапазон толщины сборочных единиц, для которых может применяться данный узел крепления.
Предпочтительно, чтобы первое отверстие гайки являлась цилиндрическим; оно может иметь глубину вдоль оси, большую чем глубина имеющего резьбу отверстия гайки. Глубина имеющего резьбу отверстия гайки должна быть всего лишь достаточной, чтобы обеспечить передачу необходимой стягивающей силы, тогда как глубина первого отверстия определяет диапазон значений толщины сборочных единиц, для которых может применяться узел крепления; поэтому большие значения этой величины являются предпочтительными.
Узел крепления может, кроме того, включать шайбу, расположенную на первой стороне гайки, и охватывающую первое отверстие. Шайба может быть выполнена как единое целое с гайкой, но предпочтительно, чтобы она была отдельной деталью и насаживалась на гайку. Шайба может быть изготовлена из пластического материала, в качестве которого может быть выбран полиамид, например нейлон.
Предпочтительно, чтобы у шайбы имелись передняя часть, охватывающая первую сторону гайки, внешняя боковая часть, идущая назад от передней части, и удерживающая часть, отходящая внутрь от внешней боковой части и охватывающая гайку, удерживая шайбу на гайке. Шайба может эластично деформироваться при ее прижатии к первой стороне гайки. Первая сторона гайки может быть при изготовлении снабжена фланцем, и шайба может быть прижата к этому фланцу.
Предпочтительно, чтобы первая секция стержня изготовлялась с допуском диаметра, меньшим 0,05 мм, и предпочтительно с допуском меньшим 0,02 мм. Таким образом, согласно данному предпочтительному аспекту изобретения, обеспечивается ряд одинаковых узлов крепления, у которых вариация фактического диаметра первой секции стержня болта составляет менее 0,10 мм и, предпочтительно, менее 0,04 мм.
Болт, штифт для установки и выравнивания шаблона и гайка могут быть изготовлены из металла, например стали.
Болт узла крепления, рассматриваемый отдельно, имеет новую конструкцию; он может быть предложен независимо от других деталей узла крепления. Соответственно, в изобретении определяется также и болт, подходящий для применения в узле крепления, определенном выше. Болт имееет первый и второй концы, головку, расположенную на первом конце стержня, по крайней мере часть которого имеет резьбу, где головка болта адаптирована для разъемного присоединения к ней штифта для установки и выравнивания шаблона.
Настоящее изобретение, кроме того, предлагает способ скрепления сборочных единиц или компонентов конструкции, включающий следующий операции:
удержание сборочных единиц в положении, в котором правильно совмещены отверстия в сборочных единицах, предоставление узла крепления, определенного выше, скрепление болта и гайки узла крепления таким образом, что болт проходит через правильно совмещенные отверстия, и присоединение к головке болта штифта для установки и выравнивания шаблона.
Как было объяснено выше, болт может быть адаптирован как для случая использования физического шаблона, так и для случая применения автоматической сверлильной машины. Таким образом, способ может, кроме того, включать операцию сверления других отверстий в сборочных единицах с использованием физического шаблона, точно установленного на штифты для установки и выравнивания шаблона. Кроме того, данный способ может включать операцию сверления других отверстий в сборочных единицах с помощью автоматической сверлильной машины, если она способна определять положение головки болта, когда штифт для установки и выравнивания шаблона удален.
Способ может далее включать следующие особенности (признаки): предоставление болта, у которого первая секция стержня имеет гладкую боковую поверхность первого диаметра, а вторая секция стержня соосна первой секции и имеет второй диаметр, меньший, чем первый диаметр, и по крайней мере часть второй секции стержня имеет внешнюю резьбу, причем первая секция стержня расположена между головкой болта и второй секцией стержня,
введение в отверстие первого конца болта и пропускание болта через правильно совмещенные отверстия таким образом, что первая секция стержня болта обеспечивает точную посадку болта в отверстиях,
предоставление гайки, имеющей первую и вторую стороны и имеющей первое отверстие, идущее от первой стороны гайки, с диаметром, большим первого диаметра (диаметра первой секции стержня), а также отверстие, расположенное в области второй стороны гайки, имеющее резьбу, соосное первому отверстию и ведущее в первое отверстие, и
навинчивание гайки на болт таким образом, что первое отверстие гайки оказывается точно посаженным на часть первой секции стержня болта, а имеющее резьбу отверстие гайки соединяется резьбовым соединением с секцией стержня болта, имеющей резьбу.
Способ может, кроме того, включать создание правильно совмещенных отверстий с помощью сверления.
Способ особенно уместно применять при временной сборке компонентов конструкций, например на время выполнения сверления. Таким образом, способ может, кроме того, включать следующие операции:
отвинчивание гайки от болта,
удаление болта из совмещенных отверстий,
отделение сборочных единиц, и далее
скрепление сборочных единиц заново, с использованием правильно совмещенных отверстий.
Изобретение особенно полезно применять в авиационной промышленности, где сборочными единицами, скрепляемыми друг с другом, могут быть элементы конструкции самолета; например, одна сборочная единица может представлять собой панель обшивки крыла, а другая - нервюру.
Применение болта, стержень которого имеет первую и вторую секции, дает преимущество, в частности, там, где сборочные единицы (или по крайней мере одна из них) изготовлены из композитных материалов. Изделия из таких материалов особенно подвержены повреждениям.
Краткое описание чертежей
Вариант изобретения будет далее представлен примером, сопровождаемым ссылками на прилагаемые чертежи, где:
На фиг.1 представлен вид сбоку болта узла крепления;
На фиг.2 представлен вид сбоку в разрезе шайбы, устанавливаемой на болт, показанный на фиг.1;
На фиг.3 представлен вид сбоку в разрезе гайки и шайбы узла крепления;
На фиг.4 представлен вид сбоку узла крепления, скрепляющего два компонента конструкции;
На фиг.5 представлен вид сбоку в разрезе первой формы штифта для установки и выравнивания шаблона и
На фиг.6 представлен вид сбоку в разрезе второй формы штифта для установки и выравнивания шаблона.
Осуществление изобретения
Обратимся сначала к фиг.1, где показан болт 1, состоящий из головки 2 болта, первой секции 3 стержня и второй секции 4 стержня.
Секции 3 и 4 стержня имеют круговое поперечное сечение и соосны друг другу. Первая секция 3 стержня имеет гладкую боковую поверхность, и ее диаметр больше, чем диаметр второй секции 4 стержня, имеющей резьбу. Имеются кольцевая канавка 5, расположенная в месте соединения секций 3 и 4 стержня, и канавка 6 на боковой поверхности головки 2.
На второй секции 4 стержня имеется слепое отверстие 7. Слепое отверстие 7 является шестиугольным в сечении и соосным секциям 3 и 4 стержня. Отверстие 7 выполнено как углубление (гнездо), в которое можно ввести стыкующийся с гнездом инструмент для вращения болта.
На фиг.2 показана шайба 8, выполненная из нейлона. Шайба 8 состоит из задней части 9, имеющей кольцевую форму, боковой части 10, отходящей вперед от задней части 9, и удерживающей части 11, имеющей вид кольцевого выступа, отходящего внутрь от передней стороны боковой части 10. Когда шайба 8 надета на болт 1, ее задняя сторона 9 покрывает заднюю сторону головки болта 2, а удерживающая часть 11 входит в канавку 6 в боковой поверхности головки болта. Как легко понять, шайба 8 эластично деформируется, что позволяет ее удерживающей части 11 при надевании шайбы частично пропустить головку болта 2 и войти в канавку 6.
Обратимся теперь к фиг.3, где показаны гайка 12 и шайба 13. Гайка 12 имеет переднюю сторону 14, в которой имеется цилиндрическое отверстие 15 с круговым поперечным сечением, и заднюю сторону 16, в которой находится имеющее резьбу отверстие 17 с круговым поперечным сечением. Отверстия 15 и 17 соосны, и отверстие 15 существенно больше, чем отверстие 17. На передней части передней стороны 14 гайки имеется несъемный фланец 18.
Шайба 13 имеет переднюю часть 19 кольцевой формы, внешнюю боковую часть 20, отходящую назад от периферии передней части 19, и удерживающую часть 21, имеющую форму выступа, отходящего внутрь от задней стороны боковой части 20. Шайба изготовлена из нейлона и может эластично деформироваться, благодаря чему она может быть установлена на фланец 18 гайки, как показано на фиг.3. Когда шайба установлена, передняя часть 19 шайбы частично закрывает переднюю сторону гайки, чем обеспечивается выполнение функций шайбы.
На фиг.4 показан узел крепления, представленный на фиг.1, 2 и 3, применяемый для скрепления двух компонентов конструкции, обозначенных на фиг.4 номерами 25 и 26. Компоненты могут, например, представлять собой панель обшивки и нервюру крыла самолета.
Когда обеспечено удержание в нужном положении относительно друг друга компонентов конструкции 25 и 26, а в компонентах высверлены правильно совмещенные отверстия, в такие отверстия вставляется болт 1, который занимает положение, показанное на фиг.4. Первая секция 3 стержня болта точно совмещается с отверстиями и, как показано на фиг.4, ее длина достаточна, чтобы указанная секция проходила через компоненты 25, 26 по всей их суммарной толщине и достигала противоположной стороны, а вторая секция 4 стержня болта выступала с противоположной стороны. (Следует иметь в виду, что показанный на фиг.4 узел крепления используется для скрепления компонентов конструкции максимальной толщины из желательного диапазона толщины компонентов конструкции; узел сборки может также применяться для скрепления компонентов конструкций меньшей толщины; в этом случае первая секция 3 стержня болта будет выступать за пределы компонента конструкции 26). Затем на болт 1 навинчивается гайка 12; при этом сначала передняя часть 14 гайки помещается на выступающий конец болта 1, затем задняя часть 16 гайки навинчивается на вторую секцию 4 стержня болта. Цилиндрическое отверстие 15 в передней части 14 гайки имеет диаметр, несколько больший (например, на 0,5 мм), чем диаметр первой секции 3 стержня болта, и поэтому передняя часть 14 гайки может, окружая болт 1 и не соприкасаясь с ним, смещаться до тех пор, пока поверхность передней части 19 шайбы 13 не примкнет к компоненту конструкции 26.
Когда гайка 12 затянута, узел крепления эффективно выполняет как функции скрепления компонентов конструкции 25, 26 фиксированным образом, так и функцию поддержания их согласованного взаимного расположения, что достигается благодаря точному соответствию диаметра первой секции 3 стержня болта с диаметром отверстий в компонентах. В то же время, поскольку первая секция 3 стержня выполнена с гладкой боковой поверхностью, риск повреждения отверстий, имеющихся в компонентах 25, 26, незначителен.
Обратимся к фиг.1 и 4. Головка 2 болта имеет углубление, состоящее из первой внешней части 27 с круговым поперечным сечением и второй внутренней части 28, также имеющей круговое поперечное сечение. Внутренняя часть 28 имеет резьбу, и ее диаметр меньше, чем диаметр внешней части 27.
Обратимся теперь к фиг.5, где показан штифт 30 для установки и выравнивания шаблона, имеющий цилиндрический, в общем, корпус с круговым сечением. На первом конце штифта 30 сформирована соединительная структуре (далее - разъем), предназначенный для разъемного соединения штифта с головкой болта 2. Соединительный разъем включает часть 31, имеющую внешнюю резьбу, которая может быть ввинчена во внутреннюю часть 28 углубления в головке болта 2. Часть 31 выходит из выступающей части 32, которая точно соответствует внешней части 27 углубления в головке 2 болта. На выступающей части 32 имеется круговая канавка 33, размеры которой таковы, что в ней может разместиться периферическая часть головки 2 болта.
На другом конце штифта 30 для установки и выравнивания шаблона имеется сквозное поперечное отверстие 34, ориентированное по диаметру штифта. В это отверстие 34 может быть вставлен инструмент для ввинчивания/вывинчивания штифта 30 в головку или из головки болта 2.
На фиг.6 показан другой штифт для установки и выравнивания шаблона, имеющий аналогичную конструкцию, но другие размеры по сравнению со штифтом, показанным на фиг.5. На обоих чертежах для обозначения соответствующих частей используются одинаковые номера.
Когда компоненты 25, 26 скреплены узлом крепления (в типичных случаях они скреплены несколькими узлами крепления), в компонентах 25, 26 может быть высверлен ряд других отверстий.
Эти другие отверстия могут быть высверлены с помощью автоматической сверлильной машины или вручную, с использованием физического шаблона. Если применяется автоматическая сверлильная машина, то штифт для позиционирования 30 не используется; если же он ранее был присоединен к головке 2 болта, то его отвинчивают.
Автоматическая сверлильная машина может быть оборудована видеодатчиком, например камерой, служащей для определения положения головки 2 болта; определение положения выполняется как распознавание геометрической формы головки болта. Как показано на чертежах, головка имеет наружную фаску и внешнее углубление 27. Кольцеобразная структура, имеющая такую геометрию, может быть распознана камерой, благодаря чему может быть определено положение оси узла крепления. Если применяется физический шаблон, то штифт 30 для установки и выравнивания шаблона ввертывается в головку 2 болта, и отверстие, предусмотренное в шаблоне, плотно насаживается на штифт, точно соответствующий этому отверстию, благодаря чему шаблон занимает требуемое положение.
После высверливания отверстий узел крепления (и любые другие узлы) могут быть откреплены, болты удалены, и компоненты 25, 26 могут быть очищены от заусениц перед окончательной сборкой. Закрепление и открепление каждого узла может быть выполнено вручную или автоматически. Благодаря тому, что на стержне болта 1 имеются относительно протяженные первая и вторая секции 4, 5, и тому, что глубина отверстия 15 гайки относительно велика, один и тот же болт 1 может применяться для крепления компонентов конструкции, толщина которых может варьироваться в широких пределах.
Таким образом, один и тот же узел крепления может применяться для всех отверстий данного диаметра. Разумеется, для отверстий, имеющих разные диаметры, требуются различные узлы крепления. Удобным является то, что достаточно предусмотреть лишь ограниченный набор размеров головки 2 болта, так как для отверстий различного диаметра могут применяться болты, имеющие одинаковые размеры головки. Эта особенность упрощает действия, производимые с болтами с помощью автоматизированных средств доставки.
Хотя данное изобретение было описано и проиллюстрировано со ссылками на конкретные варианты, специалисты обычной квалификации в данной области оценят, что изобретение предоставляет возможность различных модификаций, не описанных здесь в конкретной форме. Там, где в приведенном выше описании упоминаются целостные объекты или отдельные элементы, имеющие известные, очевидные или предполагаемые эквиваленты, такие эквиваленты считаются включенными в описание, как если бы они были упомянуты индивидуально. Для правильного определения области, охватываемой данным изобретением, следует обратиться к формуле изобретения, которая должна пониматься как распространяющаяся на любые такие эквиваленты. При чтении следует также иметь в виду, что общие черты или частные признаки изобретения, которые охарактеризованы как предпочтительные, выгодные, удобные и т.п., не являются обязательными и не ограничивают область, охватываемую независимыми пунктами формулы изобретения.