Способ соединения деталей трубчатыми заклепками и устройство для его осуществления

 

„„.ЯЛ „,1 784400 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)з 8 21 J 15/04, F 16 В 19/06

ГОсудАРстВенйбе пАтентнОе

ВЕДОМСТВО СССР, (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕЙИЯ

К АВТРРСКОМУ СВЙДЯТЕЛЬСТВУ

1 -: :... ::::,:„.:.::: .. - -:: :.--::::-::: - :-- :. 2 (21) 4905836/27:,...: . :,:::::., Ширения, превышающим коэффициентлиней(22) 20 12.90 " . :: — .:::;:,:::: :::», .: ного расширения материала соедийяемых (46) 30.12.92; Бюл. bk 48 .: : .: :-:;, .-"-:,. :деталей. Диаметр отверстия заклепки равен (71) Научно-исследовательский йнститут . 0вн = 0 (2 ж(Я:.д +,йзакл} макс). где 0 — на е оло N организации произвОдства ружный pvtaMeTp заклепки; Qc.ä M йэакл содвигателей, Каэайское моторостроительное . ответственно, коэффициейты линейного производственное объединение и Рыбия- расширения материала соединяемйх детаское моторостроительное .производствей - .":. лей и материала заклепки; Ъ кс —. максиное объединение " . .- - -:, .- . мальная рабочая температура соедийения. (72) 8Л,Карасев, М;Г.Хабибуллин, H.Ë,Ma- На наружной или внутренней поверхности каровский, С.И.Гайдай, В.M.Òîðáèí, В.И.Го- . заклепки симметрично от ее середины выринов и С,B.Kapacea . : ..:.,:;;:.: полнены кольцевые канавки, уменьшаю(56) Авторсков свидетельство CCCP . .::."" .". -: щиеся по глубине от средней канавки к

%501202,«л.Р1665/04;1976. :::;:;; ::,:.::: крайним согласно соотношеАвторское свидетельство СССР ::::.,:;»,;:- н и ю an /an+1=4n+3/4n 2, где а — глубина

1. . %11965 брло Справочно -методическое пособие, книга 2, танавливают оправку в виде цанковой

M. Машиностроение, 1977, с.210, рис, 212.д, втулки с конйческим отверстием и разме .: (54) СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ .щенйым в ней коническим стержнем. ОбТРУБЧАТЫМЙ ЗАКЛЕПКАМИ И УСТРОЙ- ..: жимкой и поддержкой, выполненными с р

СТВО ДЛЯ. ЕГО бСУЩЕСТВЛЕНИЯ,".,",.":., подпружиненными опорными шайбами, . (57) Использование: сборочно-клепальные: осуществляют образование замыкающих работы. в машиностроении, судостроении, " ". головок, при этом опорные шайбы контакти- д авиастроейии. Сущность изобретения: в от- .: . руют с оправкой, а диаметр отверстия в за- .: верстие пакета соединяемых деталей уста- . - -клейке остается постоянным. 2 с. и 1 з.п. цр

- навливают трубчатую заклепку из ::ф лы,8 ил. материала c êîýôôèöèåíòîì линейного рас-:., „,.,,:-:,.:.:.

Изобретение относится к машинострое- - - -""- имеющую головку и стержень на внешней, нию и может быть использовано в судостро-".,= -,. выходящей за пределы соединяемых детаении, авиастроении, энергостроении и т.п;.- - лей, части которого выполнены кольцевые для соединения деталей. " канавки и смонтировай герметизирующий э»л»емейт в виде кольца из пластического маИзвестно заклепочное соединение, со- . териала с наружной конусной поверхнодержащее соединяемые детали и заклепку, " стью.

3 4

Известно соедйнение деталей, содер-. Канавки на наружной. либо на внутренжащее установленную в отверстиях соеди- ней поверхности трубчатой заклепки выполняемых деталей заклепку, имеющую нены симметрично уменьшающимися по стержень, закладную и замыкающие голо- глубине от ее середийы к концам согласно вки и компенсатор на торце головки;: 5 соотношению:, Наиболее близким извес тным техниче СКИМ РЕШЕНИЕМ ЯВЛЯЕТСЯ НЕРаЗЪЕМНОЕ СОЕ- a„hn +1

Динение Деталей тРУбчатйми заклепками, an +1- hn включающее " уЫВЬвку заклепкй в ОтверСтия пакета"соедийяемыхдеталейиобразо- 10 где an - величина глубины канавки в и-м вайие замыкающих головок путем: c eöe ùä. приложения двухстоРоннего ocesoro Усилия:: .: hn — расст к торцам заклепки при сохранении диамет- ми

Ра отвеРстиЯ заклепки постоЯнным.".: —:::,: - : . Кроме этого достижение ыставленной

Недостатком дайного соединениЯ Явлл- 15 цели обеспечивается уcтpoйcтвoм для рас- етсЯ невозможность использованиЯ его в клепывания трубчатой заклепки в отверст- соединениЯХ Работающих в шиРоком диа- ях соединяемых деталей за счет нового паэоне температур, так как при Различных "конструктивного выполнения поддержки, температурах происходит различное Рас- обжимки и оправки, что обеспечивает своширение материала, что приводит к взаимо- 20 бодное удаление оправки без изменения ее действию" материалов заклепки и :. ф р ы соединениЯ, в РезУльтате чего пРоисходит Легкое удаление оправки после клепки потеря натяга и ообРазовайие межДУ ними трубчатой заклепки обеспечивается тем, что зазора и; как следствие, последующему вы- устройство снабжено двумя подпруаийен- паданию заклепки, Кроме этого устройство 25 ными опорными шайбами, расположенны. длЯ клепки тРУбчатых ЗаклепоК имеЕт неУ- ми на рабочих торцах обжимки:и довлетвОРительную ОривнтациЮ Рабочего .. поддержки, которйе имеют соосно им выинструмента - поддержки и обжимай дета-: полненные цилиндрические углубления, где лей отйосительно плоскостей соединяемых Размещается оправка; выполненная в виде деталей, что может привести к поломке ori- 30 цанговой втулки с внутренним коническим равки, поскольку она жестко, закреплена. s..:" . отверстием; установлейной,с возможноповцержке..:;:, .-: ., -:, :: ": - ;:." ..:,: :: стью контакта с опорными шайбами и разЦелыо изобретения являетСя- повыше-:: мещенным в ней коническим стержнем, при ние надежностй соедйнения прй его зксплу, " этом конические йоверхности оправки и атации в широком диапазоне рабочих 35 стержня выполнены в виде конуса Морзе. температур, облегчейие удалейия оправки Расйределение материала заклепки ,. из Отверстия заклепки и повышенйе надеж- - равномерно по всей поверхности отверстия ности устройства, ., : ..:.: .::.,:: ::. .: - : :: - соединяемйх деталей обеспечивает созда Сущность изобретения заключается в" ние натяга и надежную работу. Это достига том;чтоприсоединенииприменяютзаклеп.- 40 ется путем создания симметричной ку определенной конструкции, которая.: концентрации напряжений по всей поверх., обеспечивает равномерное РаспРеделение ности заклепки от середины к ее концам за материала по высоте соединения за счет : . Счет нанесения канавок, являющихся конизменения концентрации йапряжений в на-.. центраторами напряжений, глубина кото сечках от середййы к ее концам, при этом 45 рых выбирается из экспериментально коэффициент, лйнейного расширения мате-: — выведенного соотношенйя: Риала заклепки выбирают большим коэффициента линейного расширений материала . соединенных деталей; а диаметр отверстия: . : а„+, = ь„

dBH в заклепке выбирают из соотношения: 50 что обеспечивает йри воздействии постоО 2 . ."..+ г"""). """., . ..:: янного по величине двухстороннего прогде 0- наружный диаметр заклбпки - - - дольного усиМия последовательную

- а,.д- коэффициент линейного расши- деформацию saloteAKM по сечениям, имеюРениЯ матеРиала соединенных деталей; 55 щим большую концентрацию напря ений к (л- коэффициент линейноГо расши- меньшим при Одинаковой величине теоререййя материала заклепки тическаго коэффициента концентрации наtMaK — максимальная рабочая темпера- пряжений, Концентрация напряжений тура, возникает в местах резкого изменения очер1784400 таний детали, в данном случае в канавках по поверхности заклепки. Кроме этого. обрат- <, с трации ао= -, который сопоставим с ное отношение расстояний между соседних с канавок увеличивает жесткость соответст- Для обеспечения о и чения последовательности вующих частей заклепки, что так не способ- 5 деформация в се е мация в сечении канавки задается ствует последовательной деформации оптимальным коэффициентом концентрачастей заклепки от середины к ее концам, ции и глубиной канавки и определяем нужНапряжения, вычисляемые по формуле ный радиус кривизны канавки. сопротивления материалов без учета кон- . При расклепывании такой р ц р внии, т.е. по формуле 10 внутренний диаметр поддерживается поо = —, являются номинальными, а фактивиде конической втулки и конического стерческое напряжение в зоне концентрации у жня, сопряжения и н я поверхностей которых выдна канавки о значительно больше с4. полнены по типу кон са М . Д

Отношение 0 / ипу конуса орзе. Данное и „a, xàðàêòåðèçóåò сте- 15 внутреннее отверстие позволяет обес ень концентрации напряжений и называ- читьработусоединениявширокомдиапэзоя т о еспеется теоретическим коэффициентом не рабочих температур, т.к. коэффициент концентрации напряжений при их упругом линейного расширения материала заклепки распределении, обозначаемым ад т.е. больше коэффициента линейного расширеаст — " ", 20 ния материала соединяемых деталей и в процессе нагрева материал заклепки расРаспределения напряжений в деталях ширяется больше и увеличивает натяг по сложной формы и значения величин Qcr xa- поверхностям соединения и уменьшает диходят либо теоретически на основе . аметр отверстия, что,.исключает вы аботк методов тео ии и гост р упругости, либоэкспери- 25 отверстий и не приводит к образованию ментально методом фотоупругости, тензо- овальности заклепки. метрированием и т.. р р А Введение данного способа с применеНа максимальное напряжение сущест- нием трубчатой заклепки указанной формы венно влияет только та часть поверхности с канавками определенной глубины обеспеканавки, которая находится в высоконапря- 30 чивает получение надежности натяга rio йоженной зоне. Фо ма ном рма заклепки на достаточ- верхности отверстйй соединяемых де а т леи, удалении от канавки не оказывает а наличие отверстия в заклепке с Диэметвлияние на величину максимального напря- ром, равным сумме коэффи и к ициентов линейр тности. з этого следует, ного расширения материа1а заклепки и например, что для круглой канавки в первую 35 соединяемых деталей обе т леи, о еспечивает накривиэна радиуса, в то время дежную работу соединения при максималькак влияние боковых узлов и глубины игра- . ной рабочей температуре. ют лишь второстепенную роль. В нашем Для осуществления данного способа нен во вс случае радиус кривизны канавки не постоя- разработано устройство ко ор б ех сечениях и обеспечивает макси- 40 вает свободное удаление оправки из отвермальные напряжения во всех сечениях стия заклепки после окончания клепки, одной величины, а нормальные напряжения Способ соединения деталей, трубчатая разной величины, поэтом оэтому, задаваясь по- заклепка и устройство для осуществления стоянным теоретическим коэффициентом способа выполняются следующим образом. концентрации напряжения во всех канав- 45 Детали, предназначенные для соединеках заклепки и, изменяя только радиус кри- ния, собирают в пакет, если детали имеют виэны концентратора, мы обеспечиваем взаимную ориентацию и пройзводят растаким образом достижение поставленной сверливание отверстий в соответствии с цели. требованием чертежа, в котором указано

50 место расположения отверстий, диаметр и

Поэтому, исходя иэ расчетных сообра- шероховатость поверхности. (Pa ти.(эссверливэр р делении коэффициента кон- . ние можно производить и в спецйальном центрации следует принимать во внимание кондукторе, который обеспечивает точное только те параметры, которые характеризу= ",взаимное расположение отв»ерстий). После ют контур искажейной области конструк- 55 рассверливания отверстия подвергаются ции, т.е. в данном случае только глубину " = "зЖ1керовэнйюс наруж»йыхстор»он деталей в канавка а и ее радиус кривизны р. Тогда по соответствии с чертежом, в котором указана известной из сопротивления материалов . глубина и угол зенкеровэния, а также шеформуле определяем коэффициент концен-», " poxoBBTOGTb поверхности. В собранный пакет помещается предлагаемая трубчатая

1784400 заклепка, выполненная с возможностью изменения концентрации напряжений по асей длине, путем нанесения на ее наружной или внутренней поверхности канавок разной глубины и радиусов концентрации. изменяющихся от середины заклепки к ее концам, при этом внутренний диаметр трубчатой заклепки выполнен в соответствии с соотношением: о вн = D (2 тг (загс.д + с4акл) макс ), Расклепывание трубчатой заклепки. в отверстиях соединяемых деталей осуществляется устройством, которое снабжено оправкой, выполненной в виде цанговой втулки с внутренним коническим отверстием и размещенным в ней коническим стержнем, а поддержка и обжимка выполнены с соосными отверстиями, в которых размеща:етея оправка и стержень, при этом оправка расположена в отверстиях поддержки и обжимки, а для лучшего сопряжения поверхностей оправка и конический стержень выполнены по типу конуса Морзе.

На фиг.1 представлена схема выполнения способа на примере соединения деталей трубчатой заклепкой с канавкой на

- наружной поверхности; на фиг.2-трубчатая заклепка с канавкой на наружной поверхности; на фиг.3 — схема распределения напряжений по сечениям заклепки, изображенной на фиг.2; на фиг,4 — схема устройства для расклепывания трубчатой заклепки; на фиг.5 — сечение А-А на фиг.4; на фиг.6 — заклепочное соединение, выполненное предложенным способом; на фиг. 7 — трубчатая заклепка с канавками на внутренней поверхности; на фиг.8 — схема распределения напряжений по сечениям заклепки, изображенной на фиг.7.

Способ соединения деталей, изготовление трубчатой заклепки и применение устройства для осуществления данного способа выполнялись в следующей техноло. гической последовательности.

Детали 1 и 2, подготовленные для соединения, собирались в пакет и производили рассверливание 12 отв., в соответствии с чертежом ф10,1 0,16; производят зенкерование рассверленных отверстий у деталей 1,2 с наружных сторон собранного пакрта на глубину и-4 мм+ под углом 90, шероховатость

+1

Rz=20 изготавливают заклепки 3, для данных отверстий диаметр заклепки D=10 мм, а высота Н выполняется йз расчета полного заполнения объема отверстия, т.е.

ЧзаклЧотв+Чкоип Чотверстия в заклепке.

При этом внутренний диаметр (d») отверстия определяли по выражению:

11вн = D (2 K (Oc.д + С закл) 1макс), 5 где 0 — наружный диаметр заклепки, равен

10 мм; ас.д — коэффициент линейного расши рения материала соединяемых деталей, равен 0,000011 для стали; с зекл — коэффициент линейного расширения материала заклепки, равен 0,0000120 для сплава на основе Fe;

tM8Kc — максимальная рабочая температура для данного соединения 800 С.

"5 Тогда б- 10(2 3,14(0,000011+ 0,000012) 800)=

-1,2 мм а глубину насечек dn, величину шага канавок h>, и диаметр сечения по насечкам фиг.2 определяли. обеспечивая соотношение

20 ап п+1 ап +1 ho

Р Р 9ооо

Г4Жов Гввв ив в вг

55 определяем величину радиуса концентраторов напряжений рпо сечениям заклепки при ее расклепывании в упругой зоне деформации,, обеспечивая зависимость тогда

ao=4 ho=0,25 do=2,0 а1=2 h1-0,5 d 1=6,0

25 ай=1 hz=1,0 02=8,0 аз=0,5 ha=2,0 б э=9,0 а4=0,25 h4=4.0 d4=9,5

as-1,25 М=8,0 ds=9,75 необходимо учесть, что чистота боковых поверхностей треугольных канавок должна быть в пределах R33=1,25+0,64, что обеспечит лучшую диффузию(сцепления при деформации); определяем величину номинального на35 пряжения сЪ по сечениям без учета концен«Р трации по известной формуле он =—

Р Р (4 (в) 3,14(-,F3.«(— );

P 9000

3.Н -4! 3 0.01 4,01

Р Р "Kj*- (— ;"1 3.1(ф*- « —

Р, Р 9аоО 1 вввв-1,13 er,13 п,1 33 т

" ((((4((- *)

° P - .(033 ° ,И- . t9.«ÍÌ ""(Р

" 9 -:(-((;(- <-(" во а„.,, P P 9000

7093-1,13 Вв,вв В90В

Р Р 9ф т(4431 F34(945) 314(И) 1784400

n M75Kc ) 2

Исходя из известного, что -

5 и мэкс 2

Рп 0н где ап — глубина насечки на поверхности заклепки в и-ом сечении и задаваясь, что

10 — =2

ЖЭКС

НаХОДИМ (тмэкс =2(тн

/ап 2 ан тогда (Р„0, 5 =" =2, отсюда ап рп 4, ап

H/lM — = 4, тогда

Рп

an=4 рп, «а1 2

Р1 = — = — =05

4 4 аг 1 фг = — =-=025

4 4 рз — — — = — = 0125 аз 0,5

4 4

Р4 = — = — —. = 0 0625 . а4 0,25

4 4 э а 5 0,125 0,0325

4 4

Проведем расчеты в случае нанесения канавок на внутреннюю поверхность заклепки в след. техн. последовательности, Определяем глубину внутренней канавки ап, величину шага внутренней канавки hn, диаметр сечения по канавкам фиг.7, обеспечивая соотношение ап Омэкс ) Z

Рп Ъ

30 ао 4 = — = — =1 0

4 4 а1 2

Р1= — = — =0 5

4 4 ° 1

;.35 аг 1 р = — = — =0 25

4 4 рз= — = 0 125 аз 05

4 4

40 P4= 4 — 4 =0,0625; а4 025 а5 0,125 =0 0325

Таким образом, чтобы обеспечить во всех сечениях заклепки" пб канавкам одина45 ковую величину необходимо канавки выполнять получей»ного радиуса, что позволит получить последовательное деформирование заклепки от ее середины к концам в зоне упругой деформации, т.е, обеспечит

50 достижение поставленной заявителем цели.

В подготовленное отверстие вставляют заклепку 3, изготовленную по вышеизложенной технологии, во внутреннее отверстие которой вставляется оправка, выполненная в виде цанговой втулки 4 с внутренним коническим отверстием и коническим стержнем 5, поверхность которого плотно сопрягается с конической поверхностью оправки 4. Собранное соединение усап hn+1 .

Вп +1 hn тогда

ao"4 а1=2 а2=1 аз=0,5 а4=0,25 а5=0,125

ho 0,25

hi- 0,5

h2- 1,0

)1з=2,0

)ц= 4,0

h5= 8,0

9,2

5,2

3,2

2,2

1,7 .

1,45 ос=

d1= ог— бз=

О4=

О5= определяем величину номинального наПряжЕНИя 0н ПО СЕЧЕНИЯМ ВНутрЕННИХ КаНавок без учета концентрации:

Р (") () 5.н(, ) 5.14(- -)

Р P 5000 — »750 l

75,5- 66,5 Ю2

P P

° (— ) . +) 5,14(+5.Н (. - -)

° » — ° 157,5

P P 5000

78,5-255 57Л 57,2 г

Р P "()*-"(- ;)* 5.«() - (7)

P P 5000

° — — <27,8

78,5-805 704 5 7045 (") - (ф) 5. 4(Я -5. 4(2ф) . 15 Б3-5.8 Я,7 74,7

".— К4 В М"

Р P oooo 7 — — — — "Н8,8

85-2,5 76,2 76.8

Р Р

"5 -,H - (Ь ) 5 (- )) -5,ЦУ)

P 50О0

78,5 -<,7 76, Ь 76, Ь

° ° — - - » Н7,% определяем величину радиуса концентраторов напряжений р Ilo сечениям заклепки при ее расклепывании в упругой

@,„.25 зоне деформации, обеспечивая зависимость.

1784400

12 таHàâëèвается в штамп фиг.4, обжимка 6 и поддержка 7 которого выполнены с соосными отверстиями, в которых размещается оправка 4 и стержень 5, опирающиеся на опорные шайбы 8 и 9, имеющие параллельные рабочие поверхности и соединения с пружинами 10 и 11. Расклепывание производится воздействием 2- стороннего продольного усилия величиной в 9 тонн, что обеспечивает натяг по поверхностям отверстий соединения и заклепки 3, что достигается последовательной деформацией заклепки от центра к периферии. После окончания клепки отводят обжимку 6 и поддержку 7 и ударом молотка (на черт. не по.казан) по стержню 5, выполненному, например, по типу конуса Морзе для лучшего сопряжения поверхностей стержня и втулки удаляют его из соединения, а цанговая втулка 4 складывается.и легко выпадает из отверстия, таким образом сохраняя внутреннее отверстие при клепке, Выступы с обеих сторон деталей 1,2 удаляют заподлицо с поверхностью пакета.

Так как рабочие плоскости обжимки 6 и поддержки 7 параллельны и ориентирова ны перпендикулярно оси заклепки, боковые силы, вызывающие поперечное смещение штампа относительно заклепки, в процессе клепки соединения отсутствуют. Поэтому соединение может использоваться при любом угле клиновидности и осуществляться одним и тем же штампом.

Формула изобретения

1. Способ соединения деталей трубчатыми заклепками, включающий установку . заклепки в отверстие пакета соединяемых деталей и образование замыкающих головок путем приложения двустороннего осевого усилия к торцам заклепки при сохранении диаметра отверстия заклепки постоянным, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности соединения при его эксплуатации в широком диапазоне рабочих температур, заклепку выполняют из материала с коэффициентом линейного расширения, превышающим коэффициент линейного расширения материала соединяемых деталей, диаметр отверстия заклепки выбирают из соотношения

5 бвн = D (2 Л(Ус.д + П»кд) page), где 0 — наружный диаметр заклепки; ас,д. и a»Ka — соответственно коэффициенты линейного расширения материала соединяемых деталей и материала заклеп10 ки;

tvaxc — максимальная рабочая температура соединения, а на наружной или внутренней поверхности заклепки симметрично от ее середины вы15 полняют кольцевые канавки, уменьшающиеся по глубине от средней канавки к крайним согласно соотношению а„ho+ 1

20 .. +1-", где a> — глубина канавки в п-сечении;

h> — расстояние между осями канавок, 2. Устройство для соединения деталей трубчатыми заклепками, содержащее соос25 но установленные обжимку, поддержку и . размещенную между ними оправку для поддержания диаметра отверстия заклепки постоянным, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью облегчения удаления оправки из отверстия заклепки и повышения надежности устройства, она.снабжено двумя опорными шайбами, на рабочих торцах обжимки и поддержки соосно им выполнены цилиндрические углубления, оправка выполнена в виде

З5 установленной с воэможностью контакта с опорными шайбами цанговой втулки с коническим отверстием и размещенным в ней коническим стержнем, при этом опорные шайбы размещены в углублениях поддерж40 ки и обжимки и подпружинены относительно них.

3. Устройство поп.2, отл и ч а ю щ е ес я тем, что конические поверхности оправки и стержня выполнены в виде конуса Морзе, 1784400

Риг /

nii

tiki

1784400

ДЮе Л

А А

/

7

f7+/

1784400

Составитель В.Карасев

Техред М.Моргентал Корректор П,Герещи

Редактор Л.Народная

Заказ 4336 . Тираж . " Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/S

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101