ШПОНОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
KEY CONNECTION

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ракетно-космической технике для соединения между собой различных составных частей изделий (корпусов, сопел, днищ, отсеков и т.д.), а также в других областях.
Широко известны шпоночные соединения, применяемые для стыковки между собой элементов РДТТ (см. Конструкции ракетных двигателей на твердом топливе / Под общ. ред. чл.-корр. РАН, д-ра техн. наук, проф. Л.Н.Лаврова. - М.: Машиностроение, 1993. - Стр.70 (рис 2.23г); стр.118 (рис.2.51)).
Основным недостатком такой конструкции является разворот шпонки в кольцевой полости в пределах заданных допусков при действии осевой нагрузки, вследствие чего контакт соединяемых элементов со шпонкой происходит по линиям, а не по боковым площадкам шпонки. В связи с этим происходит смятие металла по линиям контакта у соединяемых элементов и в итоге затрудняется последующая разборка стыка (например, после проведения испытаний) и требуется доработка деталей соединения.
Технической задачей настоящего изобретения является исключение разворота шпонки в кольцевой полости и обеспечение равномерного контактного давления между шпонкой и соединяемыми элементами.
Технический результат достигается тем, что в шпоночном соединении, включающем в себя соединяемые части изделий, состоящие из наружного и внутреннего шпангоутов, в кольцевую полость между которыми через окно в наружном шпангоуте установлены шпонки, а окно закрыто фиксатором, закрепленным на наружном шпангоуте, на боковых поверхностях шпонки выполнены уступы с опорными в радиальном направлении поверхностями, которые находятся в контакте с сопрягаемыми поверхностями шпангоутов, одна из них контактирует с поверхностью наружного шпангоута, другая с поверхностью внутреннего, а фиксатор имеет внутренний радиальный выступ, высота которого равна толщине наружного шпангоута.
На фиг.1 показано сечение известного шпоночного соединения при работе.
На фиг.2 показано основное сечение предлагаемого шпоночного соединения.
На фиг.3 показано сечение предлагаемого соединения в районе окна для установки шпонок.
При работе известного шпоночного соединения (фиг.1) при сдвигающей нагрузке Т, действующей на наружный 1 и внутренний 2 шпангоуты, шпонка 3 может разворачиваться в пределах заданных допусков. При этом схема работы соединения является нерасчетной, так как контакт соединяемых элементов со шпонкой происходит по двум окружностям 4. Это значительно увеличивает местное контактное давление и в итоге приводит к смятию металла на соединяемых элементах и на самой шпонке.
Для обеспечения равномерного контактного давления между шпонкой и соединяемыми элементами требуется исключить разворот шпонок. Это достигается за счет того, что на боковых поверхностях 5 шпонки 3 (фиг.2) выполнены уступы с опорными в радиальном направлении поверхностями 6, которые находятся в контакте с сопрягаемыми поверхностями наружного 1 и внутреннего 2 шпангоутов.
Окно 7 (фиг.3) для установки шпонок 3 закрыто фиксатором 8, который на внутренней поверхности имеет радиальный выступ 9. Высота выступа равна толщине наружного шпангоута h. Фиксатор 8 закреплен винтами 10 на наружной поверхности шпангоута 1.
Работа шпоночного соединения заключается в следующем.
При действии на шпангоуты 1, 2 сдвигающей нагрузки на шпонке 3 (фиг.2) возникает крутящий момент от контактных сил Т, действующих по боковым поверхностям 5. Опорные поверхности 6 входят в контакт с сопрягаемыми поверхностями шпангоутов 1, 2. Силы реакции R, действующие на опорные поверхности 6, создают противоположно направленный крутящий момент, препятствующий развороту шпонки 3. При этом силы Т, R равномерно распределены по контактным поверхностям 5, 6 соответственно.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает равномерность контактных напряжений между соединяемыми элементами и шпонкой и практически исключает возникновение участков смятия деталей.