КЛИНОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ
WEDGE CONNECTION

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для соединения полых трубчатых деталей и узлов конструкций ракет, эксплуатируемых в условиях воздействия высоких температур и вибраций, и направлено на повышение надежности соединения деталей и снижение трудоемкости сборки-разборки клинового соединения в труднодоступных для технического обслуживания с применением механизированного инструмента.
Известно клиновое соединение, патент RU №2011039, МПК F16B 2/14, где в совмещенных отверстиях соединяемых деталей установлен соединительный элемент с опорной поверхностью на одном конце и продольной прорезью на другом, в которой установлен клин, прямая рабочая поверхность которого расположена в контакте с ответной поверхностью соответствующей детали, а наклонная рабочая поверхность - в контакте с торцевой наклонной стенкой прорези, при этом клин снабжен средством фиксации в прорези соединительного элемента со стороны узкой нерабочей части в виде резьбового хвостовика, соединенного с клином.
Рассматриваемое соединение обеспечивает беззазорное соединение деталей и относительно несложную сборку-разборку с помощью ручного или механизированного инструмента.
Недостатком рассматриваемого соединения является невозможность использования для торцевого соединения трубчатых элементов в силу его конструктивных особенностей, обеспечивающих беззазорное соединение только деталей типа втулок, расположенных на едином валу.
Наиболее близким техническим решением по функциональному назначению является конструкция согласно патенту RU №2447332, МПК F16В 17/00, опубликовано 10.04.2012 г.
Соединение двух трубчатых цилиндрических деталей выполняется с помощью стопорного элемента, установленного в совмещенных кольцевых проточках, размещенных на контактирующих поверхностях соединяемых деталей. В качестве стопорного элемента использовано незамкнутое кольцо с отогнутыми наружу и внутрь концами, а в пределах совмещенных кольцевых проточек сформирован сквозной паз в трубчатом корпусе и глухой паз на концевой детали, переходящие друг в друга.
В глухом пазу выполнено отверстие для фиксации конца незамкнутого кольца и резьбовые отверстия для позиционирования деталей друг с другом с помощью стопорных винтов.
Рассматриваемая конструкция позволяет при минимальных габаритах в радиальном направлении обеспечить соединение двух трубчатых деталей между собой.
Недостатком данного соединения, препятствующим применению его в конструкциях узлов летательных аппаратов, является недостаточная прочность. Это вызвано тем, что между соединяемыми деталями и стопорным кольцом отсутствует силовая связь, т.е. стопор выполняет только функцию фиксации положения деталей, а не их крепления, что при не осесимметричном нагружении, вибрации и повышенной температуре снижает надежность соединения. Кроме того, сложность монтажа данного соединения, включающего выполнение обязательного поворота соединяемых деталей друг относительно друга, препятствует применению его для соединения деталей крупных габаритов, а также невозможно использование механизированного инструмента для осуществления данной операции.
Задачей заявленного технического решения является создание соединения для деталей и узлов с малой строительной высотой в месте соединения, а также упрощение сборки и разборки соединения, в том числе с помощью механизированного инструмента.
Поставленная задача достигается тем, что заявленное клиновое соединение, включающее соединяемые трубчатые детали, стопорный элемент, взаимодействующий с опорными поверхностями в кольцевых проточках, выполненных на контактирующих поверхностях охватывающей и охватываемой деталей, сквозное окно, предусмотренное на охватывающей детали в зоне кольцевой проточки отличается тем, что стопорный элемент состоит из запорного и обратного клиньев дугообразной формы со встречными скосами на одной из боковых граней, установленных в кольцевых проточках с профилем сечения, образованного прямыми гранями, при этом на боковой грани запорного клина выполнен выступ.
Беззазорное крепление соединяемых деталей реализуется за счет распирания клиньев в пазах, предусмотренных в соединяемых деталях. При этом клинья за счет ударно-силового воздействия перемещаются друг относительно друга по встречным скосам и своими прямыми боковыми гранями плотно смыкаются с ответными поверхностями в кольцевых проточках соединяемых деталей и удерживаются за счет силы трения. При многократных сборках и разборках происходит интенсивный износ соприкасающихся поверхностей на скосах клиньев.
В результате необходимое для крепления перемещение клиньев друг относительно друга непрерывно увеличивается и в конце концов зацепы, предусмотренные на клиньях для разборки клинового соединения, совмещаются, что создает трудности при разборке, так как доступ монтажного инструмента к зацепам становится невозможным.
Клиновые соединения трубчатых полых деталей, например, узлов ракет, осуществляется в 3-4 местах, равномерно распределенных по окружности. При этом клинья закладываются в пазы соединяемых деталей через окна, выполненные на охватывающей детали. Ширина окон превышает ширину кольцевой проточки, а длина примерно равна удвоенной длине клина, так как через одно окно устанавливаются две пары клиньев и запираются в противоположные стороны. Так как крепление клиньями осуществляется в нескольких местах по окружности, то существенное значение имеет равномерность затяжки клиньев во всех окнах, которую обеспечивает идентичное фиксированное положение запорного клина.
Фиксация положения запорного клина за счет выступа на его наружной поверхности, контактирующего с торцом обратного клина в конце перемещения, обеспечивает одинаковое распорное усилие во всех клиновых парах по всему периметру соединяемых деталей. При этом гарантировано выдерживается размер «Н» между зацепами обратного и запорного клиньев, что дает возможность осуществлять безопасную сборку и разборку клиновых соединений с помощью механизированного инструмента в самых стесненных производственных условиях.
На приведенных чертежах изображены общие виды заявленного устройства. На фиг. 1 изображен общий вид клинового соединения. На фиг. 2 изображен вид в плане на положение клиньев в окне и кольцевой проточке в соединяемых отсеках. На фиг. 3 дано поперечное сечение проточек в соединяемых деталях. Клинья условно не показаны. На фиг. 4 изображено поперечное сечение соединенных деталей с установленными клиньями. На фиг. 5 изображен общий вид запорного клина с выступом.
Клиновое соединение включает соединяемые детали 1 и 2, на наружной поверхности детали 1 выполнена кольцевая проточка 3, а на детали 2 соответствующая кольцевая проточка 4. Стопорный элемент включает два клина - запорный клин 5 с выступом 6 и зацепом 7 и обратный клин 8 с аналогичным зацепом и встречными скосами на одной из боковых граней. На охватывающей детали 2 равномерно по окружности выполнены сквозные окна 9 в месте расположения кольцевой проточки.
Соединение осуществляется следующим образом. Соединяемые детали 1 и 2 состыковываются в положение, когда выполненные в них кольцевые проточки 3 и 4 совмещаются. Затем в окно 9 устанавливают обратный клин 8, совмещая при этом прямые опорные поверхности проточки и клина, а затем задвигают его до контакта зацепа 7 с краем окна. Аналогично устанавливают запорный клин 5 и посредством ударно-вибрационного воздействия задвигают его до контакта выступа 6 на наружной поверхности запорного клина с торцом обратного клина 8. При перемещении по канавке запорный клин боковой поверхностью взаимодействует с опорной боковой поверхностью канавки и одновременно со скосом обратного клина, и в результате распора обеспечивается беззазорное неподвижное соединение.
Изобретение позволяет осуществлять надежную и быструю сборку и разборку соединенных деталей в любых производственных условиях и с применением механизированного инструмента.