Элемент крепления соединяемых деталей, соединение, содержащее указанный элемент крепления, и летательный аппарат - RU2671905C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к элементу крепления соединяемых деталей.

Оно также относится к соединению, содержащему, по меньшей мере, две детали, скрепленные друг с другом посредством элемента крепления согласно изобретению, а также к летательному аппарату, содержащему такое соединение.

Настоящее изобретение применяется, как правило, в области крепления соединяемых деталей, в частности для летательного аппарата. Такое соединение должно быть защищено от рисков, связанных с ударами грозовых разрядов.

Элемент крепления установлен в натяг, как правило, с умеренным натягом, в собираемых деталях.

Он содержит шпиндель, который образован цилиндрическим стержнем и концевой частью с винтовой нарезкой или без винтовой нарезки, причем концевая часть взаимодействует во время соединения, например, с гайкой или стяжным кольцом.

Во время соединения с умеренным натягом диаметр цилиндрического стержня по существу больше отверстия, просверленного в соединяемых деталях и предназначенного для размещения элемента крепления.

Установка такого элемента крепления в соединяемых деталях должна позволить обеспечить хорошую удельную электропроводность между элементом крепления и соединяемыми деталями.

В частности, данная удельная электропроводность должна быть достаточной и соответствующей рискам, связанным с ударами грозовых разрядов, в частности, когда элемент крепления предназначен для места соединения летательного аппарата, которое расположено рядом с зоной размещения топлива, например, на уровне несущей поверхности крыла летательного аппарата.

Когда используемая удельная электропроводность элемента крепления не является достаточной, представляется необходимым обеспечить безопасность крепления от грозовых разрядов путем применения защитного колпачка, покрывающего часть элемента крепления, расположенного со стороны концевой части, взаимодействующей с гайкой или стяжным кольцом.

Описание такого защитного колпачка (в англо-саксонской терминологии также называется ”nup cap”) приведено в документе WO 2012/118855.

Использование защитного колпачка требует изготовления и установки дополнительных деталей, что приводит к увеличению времени установки элемента крепления, а также повышению соответствующего веса данного элемента крепления, который является важным моментом применительно к летательным аппаратам.

Известны также элементы крепления, обеспечивающие хорошую удельную электропроводность благодаря применению поверхностной обработки шпинделя электролитическим оксидированием.

Однако, данная обработка поверхности приводит к увеличению усилий при установке, необходимых для соединения в натяг элемента крепления в просверленном отверстии собираемых деталей.

Таким образом, элементы крепления, обеспечивающие хорошую удельную электропроводность путем электролитического оксидирования их поверхности, являются трудно устанавливаемыми с умеренным натягом.

Задачей настоящего изобретения является устранение, по меньшей мере, одного из вышеупомянутых недостатков известного уровня техники.

В связи с этим настоящее изобретение относится к элементу крепления соединяемых деталей, содержащему шпиндель, образованный цилиндрическим стержнем и концевой частью, причем шпиндель представляет собой металлическую деталь, поверхность которой обработана, по меньшей мере, частично электролитическим оксидированием.

Согласно изобретению на шпиндель, по меньшей мере, на одном участке цилиндрического стержня нанесено смазочное покрытие.

Нанесение на шпинделе элемента крепления смазочного покрытия и добавление участка с поверхностью, обработанной электролитическим оксидированием, предоставляет возможность установки в натяг элемента крепления, обеспечивающего хорошую удельную электропроводность и, таким образом, хорошую электрическую неразрывность с соединяемыми деталями.

Такой элемент крепления не нуждается в использовании защитного колпачка для защиты элемента крепления от рисков, связанных с ударами грозовых разрядов.

В зависимости от различных отличительных особенностей и вариантам практической реализации изобретения, которые могут применяться по отдельности или в сочетании:

- цилиндрический стержень содержит, по меньшей мере, одну первую полосу, вытянутую в длину упомянутого цилиндрического стержня, поверхность которой обработана электролитическим оксидированием, и, по меньшей мере, одну вторую полосу, вытянутую в длину упомянутого цилиндрического стержня, на которую нанесено упомянутое смазочное покрытие;

- цилиндрический стержень содержит множество первых полос, поверхность которых обработана электролитическим оксидированием, и множество вторых полос, на которые нанесено смазочное покрытие; причем упомянутые первые и вторые полосы вытянуты в угловых секторах, рассредоточенных по окружности упомянутого цилиндрического стержня;

- упомянутые первые и вторые полосы равномерно рассредоточены по окружности цилиндрического стержня;

- цилиндрический стержень содержит три первых полосы с обработанными электролитическим оксидированием поверхностями, которые вытянуты, соответственно, в трех угловых секторах, равных 45°, и разделены попарно второй полосой с нанесенным на нее упомянутым смазочным покрытием, которая вытянута в угловом секторе, равном 75°;

- цилиндрический стержень содержит две первых полосы с обработанными электролитическим оксидированием поверхностями, вытянутыми, соответственно, в двух угловых секторах, составляющих от 90° до 150°, и две вторых полосы, на которые нанесено смазочное покрытие, вытянутых, соответственно, в двух угловых секторах, составляющих от 30° до 90°;

- шпиндель выполнен из титана;

- шпиндель, поверхность которого обработана, по меньшей мере, частично электролитическим оксидированием в серной кислоте;

- упомянутое смазочное покрытие является покрытием на основе фенолоальдегидной смолы.

Согласно второму объекту, настоящее изобретение относится также к соединению, содержащему, по меньшей мере, две детали, скрепленные друг с другом посредством элемента крепления согласно изобретению, установленному в натяг.

Изобретение также относится к летательному аппарату, содержащему, по меньшей мере, одно такое соединение.

Такие соединения и летательный аппарат обладают отличительными особенностями и преимуществами, аналогичными отличительным особенностям и преимуществам, описание которых приведено в контексте элемента крепления.

Другие особенности и преимущества изобретения также станут видны из нижеследующего описания.

На фигурах чертежа, приведенных в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера:

Фиг. 1A представляет собой схематический вид, выполненный в продольном разрезе, элемента крепления согласно первому варианту практической реализации изобретения;

Фиг. 1В представляет собой схематический вид, выполненный в продольном разрезе по линии BB, элемента крепления, изображенного на фиг. 1A;

Фиг. 1С представляет собой схематический вид, выполненный в продольном разрезе по линии СС, элемента крепления, изображенного на фиг. 1A;

Фиг. 2 и 3 представляют собой схематические виды, выполненные в продольном разрезе, элемента крепления согласно альтернативным вариантам практической реализации;

Фиг. 4A представляет собой схематический вид, выполненный в продольном разрезе, элемента крепления согласно второму варианту практической реализации изобретения;

Фиг. 4В представляет собой схематический вид, выполненный в продольном разрезе по линии BB, элемента крепления, изображенного на фиг. 4A;

Фиг. 5 представляет собой схематический вид, выполненный в продольном разрезе, элемента крепления согласно третьему варианту практической реализации изобретения;

Фиг. 6 представляет собой схематический вид, выполненный в продольном разрезе, элемента крепления согласно четвертому варианту практической реализации изобретения;

Фиг. 7 изображает частично соединение двух деталей, скрепленных посредством элемента крепления согласно варианту практической реализации изобретения.

Далее, со ссылкой на фиг. 1-6, приводится описание различных вариантов практической реализации элемента крепления соединяемых деталей.

Будет отмечено, что на различных фигурах изображены слои покрытия или обработки поверхности элемента крепления, причем исключительно для понимания и иллюстрации изобретения толщина слоев сильно увеличена по сравнению с размерами элемента крепления.

Вначале, со ссылкой на фиг. 1A, 1B и 1C, будет приведено описание первого варианта практической реализации элемента крепления соединяемых деталей.

Элемент крепления 10 содержит шпиндель 11, образованный цилиндрическим стержнем 12 и концевой частью 13. В данном случае, не ограниваясь этим, концевая часть 13 шпинделя 11 представляет собой концевую часть с винтовой нарезкой, адаптированной для взаимодействия с гайкой (на фиг. 1A, 1B и 1C не изображена).

Шпиндель 11 также содержит головку 14, расположенную на конце, противоположном концевой части 13 с винтовой нарезкой шпинделя 11.

Диаметр цилиндрического стержня 12 по существу больше диаметра концевой части 13 с винтовой нарезкой, в связи с чем шпиндель 11 содержит соединяющий участок 15, имеющий форму усеченного конуса, между цилиндрическим стержнем 12 и концевой частью 13.

Элемент крепления 10 представляет собой металлическую деталь, причем она может быть выполнена, например, из титана.

Безусловно, могут быть использованы другие металлы, например, сплав никеля типа Inconel^®.

Применение титана является предпочтительным, в частности ввиду его характеристик электрической проводимости и устойчивости к коррозии.

Согласно данному варианту практической реализации, на головку 14 и концевую часть 13 шпинделя 11 нанесено смазочное покрытие R.

Цилиндрический стержень 12 содержит одновременно и участок с нанесенным смазочным покрытием R, и участок, поверхность которого обработана электролитическим оксидированием O или аналогичным образом.

Как это хорошо видно на фиг. 1C, согласно данному варианту практической реализации, цилиндрический стержень 12 содержит две полосы, поверхность которых обработана электролитическим оксидированием O, и две полосы с нанесенным на них смазочным покрытием R.

В данном случае эти полосы вытянуты в длину цилиндрического стержня 12, т.е. в продольном направлении X элемента крепления 10, как это изображено на фиг. 1A и 1B.

Полосы, поверхность которых обработана электролитическим оксидированием O, и полосы с нанесенным смазочным покрытием R вытянуты в угловых секторах по окружности цилиндрического стержня 12.

Согласно варианту практической реализации, изображенному на фиг. 1C, полосы, поверхность которых обработана электролитическим оксидированием O, и полосы с нанесенным смазочным покрытием R равномерно рассредоточены по окружности цилиндрического стержня 12.

Таким образом, две полосы, поверхность которых обработана электролитическим оксидированием O, вытянуты, соответственно, в двух угловых секторах, равных 90°, а две полосы с нанесенным смазочным покрытием R вытянуты, соответственно, в двух угловых секторах, равных 90°.

В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, обработка электролитическим оксидированием шпинделя 11 может быть обработкой электролитическим оксидированием в серной кислоте (OAS).

Обработка электролитическим оксидированием обеспечивает хорошую удельную электропроводность шпинделя 11, в частности цилиндрического стержня 12 элемента крепления 10.

Обработка поверхности электролитическим оксидированием металлического шпинделя известна специалистам и не требует в данном случае детального описания.

Однако, поскольку в данном случае только один участок поверхности цилиндрического стержня 12 шпинделя 11 имеет поверхностную обработку электролитическим оксидированием, то осуществление варианта обработки потребует использования масок или защитных слоев на частях элемента крепления, которые не подвергаются обработке электролитическим оксидированием. Толщина обработки поверхности электролитическим оксидированием равна приблизительно 0,5 мкм.

Смазочное покрытие R представляет собой, например, но не ограничиваясь этим, покрытие на основе фенолоальдегидной смолы.

Оно может состоять, например, из покрытия на основе фенолоальдегидной смолы, включающей в себя антикоррозионные пигменты и/или смазывающие пигменты.

Такое покрытие продается, в частности под маркой Hl-KOTE^®, например, под названием HI-KOTE^® 1NC.

Поскольку смазочное покрытие R наносится только на часть элемента крепления 10, в частности шпинделя 11, то оно будет наноситься, например, путем распыления или пропитки с использованием маски или защитного слоя, наносимого на участки шпинделя 11, не имеющие смазочного покрытия R.

Толщина этого смазочного покрытия R на шпинделе 11 по существу равна 5 мкм.

Будет отмечено, что согласно данному примеру практического осуществления, и как это проиллюстрировано, в частности, на фиг. 1C, 50% внешней поверхности цилиндрического стержня 12 обработано электролитическим оксидированием O.

Безусловно, когда цилиндрический стержень 12 содержит полосу, поверхность которой обработана электролитическим оксидированием O, и полосу, на которую нанесено смазочное покрытие R, расположение продольных полос вокруг цилиндрического стержня 12 не ограничивается ранее описанным примером практического осуществления.

В частности, цилиндрический стержень 12 может содержать только одну полосу, поверхность которой обработана электролитическим оксидированием O, и одну полосу с нанесенным смазочным покрытием R, причем эти полосы вытянуты, таким образом, в угловом секторе, равном 180°.

Кроме того, согласно варианту практической реализации, в котором цилиндрический стержень 12 содержит две полосы, поверхность которых обработана электролитическим оксидированием O, и две полосы с нанесенным смазочным покрытием R, эти полосы могут быть не вытянуты в угловых секторах, равных 90°.

Например, две полосы с нанесенным смазочным покрытием R могут быть вытянуты, соответственно, в угловых секторах, составляющих от 30° до 90°, а две полосы, обработанные электролитическим оксидированием O, вытянуты, соответственно, в угловых секторах, составляющих от 90° до 150°.

Такое расположение позволяет обеспечить хорошую удельную электропроводность при установке элемента крепления 10 в соединении.

В соответствии с другим вариантом, две полосы с нанесенным смазочным покрытием R могут быть вытянуты, соответственно, в угловых секторах, составляющих от 90° до 150°, а две полосы, обработанные электролитическим оксидированием O, вытянуты, соответственно, в угловых секторах, составляющих от 30° до 90°.

Таким образом, такое расположение может способствовать установке с умеренным натягом элемента крепления 10.

Кроме того, количество полос, обработанных электролитическим оксидированием O, и количество полос с нанесенным смазочным покрытием R не ограничено двумя и может быть больше, в частности равняться трем или четырем.

На фиг. 2 и 3 изображены, например, альтернативные варианты практической реализации.

Как показано на фиг. 2, цилиндрический стержень 12 содержит три полосы, обработанные электролитическим оксидированием O, которые вытянуты, соответственно, в угловых секторах, равных 45°, и разделены попарно полосами с нанесенным смазочным покрытием R, вытянутыми, соответственно, в угловых секторах, равных 75°.

Согласно другому варианту практической реализации, изображенному на фиг. 3, цилиндрический стержень 12 также содержит три полосы, поверхность которых обработана электролитическим оксидированием O, и три полосы с нанесенным смазочным покрытием R. Согласно данному варианту практической реализации, продольные полосы равномерно рассредоточены по окружности цилиндрического стержня 12, вытянуты, соответственно, в угловых секторах, равных 60°.

Безусловно, эти примеры практического осуществления никоим образом не носят ограничительного характера применительно к рассредоточению и измерениям угловых секторов по окружности цилиндрического стержня 12 элемента крепления 10.

Далее, со ссылкой на фиг. 4A и 4B, будет приведено описание второго варианта практической реализации изобретения.

Элемент крепления 10 содержит части, аналогичные частям, описание которых было приведено ранее со ссылкой на фиг. 1A и 1B, которые имеют такие же цифровые позиции.

Согласно данному второму варианту практической реализации, поверхность головки 14 и концевой части 13 шпинделя 11 элемента крепления 10 обработаны электролитическим оксидированием O.

Цилиндрический стержень 12 содержит участок, поверхность которого обработана электролитическим оксидированием O, и участок с нанесенным смазочным покрытием R.

Обработка поверхности элемента крепления может быть обработкой посредством электролитического оксидирования в серной кислоте (OAS).

Смазочное покрытие может быть покрытием HI-KOTE^®.

Расположение продольными полосами участков цилиндрического стержня 12, обработанных электролитическим оксидированием O, и участков цилиндрического стержня 12 с нанесенным смазочным покрытием R может быть похоже на расположение, описание которого было приведено ранее со ссылкой на фиг. 1A, 1B, 1C, 2 и 3.

И, наконец, на фиг. 5 и 6 изображены другие варианты практической реализации элемента крепления 10, согласно которым смазочное покрытие R нанесено на кольцевой участок цилиндрического стержня 12.

Согласно вариантам практической реализации, изображенным на фиг. 5 и 6, элемент крепления 10 содержит шпиндель 11 и головку 14, поверхность которых полностью обработана электролитическим оксидированием O.

Шпиндель 11, таким образом, содержит, по меньшей мере, на участке цилиндрического стержня 12 смазочное покрытие R.

Согласно примеру практического осуществления, описание которого приведено со ссылкой на фиг. 5, смазочное покрытие R нанесено одновременно на участок цилиндрического стержня 12, концевую часть 13 и зону соединения 15 шпинделя 11.

Вместе с тем представляется необходимым предусмотреть достаточную часть цилиндрического стержня 12, поверхность которой обработана электролитическим оксидированием O, для обеспечения достаточной электрической неразрывности для соединяемых деталей.

Согласно альтернативному варианту практической реализации, описание которого приведено со ссылкой на фиг. 6, смазочное покрытие R нанесено согласно множеству кольцевых полос на шпиндель 11 элемента крепления 10.

Нисколько не ограничиваясь этим, как показано на фиг. 6, элемент крепления 10 содержит два кольцевых участка смазочного покрытия R; причем один расположен в концевой части цилиндрического стержня 12, рядом с зоной соединения 15, а другой расположен посредине длины цилиндрического стержня 12 в продольном направлении X цилиндрического стержня 12.

Безусловно, количество кольцевых участков и их относительное расположение в продольном направлении X элемента крепления 10 могут быть различными.

Обработка поверхности элемента крепления может быть обработкой электролитическим оксидированием в серной кислоте.

Смазочное покрытие может быть покрытием HI-KOTE^®.

Элемент крепления 10, описание которого, таким образом, приведено согласно различным вариантам практической реализации, позволяет скреплять друг с другом, по меньшей мере, две детали P1, P2, которые изображены на фиг. 7, в конструкции.

Такое соединение двух деталей P1, P2 может соответствовать соединяемым панелям летательного аппарата.

Расположенные одна на другой детали, образующие сборочную конструкцию, выполнены предпочтительно из композитного материала, представляющего собой смесь волокон и смолы.

Согласно примеру практического осуществления, композитный материал может быть осуществлен из алюминиевой основной структурной составляющей, усиленной углеволокном.

Когда концевая часть 13 элемента крепления 10 содержит винтовую нарезку, элемент крепления 10 взаимодействует известным образом с гайкой 20, размещенной на концевой части с винтовой нарезкой 13.

Гайка 20 начинает контактировать с одной из соединяемых деталей P1, P2, причем в данном случае с последней соединяемой деталью P2.

Безусловно, согласно другим вариантам практической реализации, когда концевая часть 13 шпинделя 11 не содержит винтовой нарезки, элемент крепления 10 установлен по принципу сцепки с использованием фиксации путем сдвига с закаткой кромок.

Во время установки в натяг элемента крепления 10 участки цилиндрического стержня 12 с нанесенным смазочным покрытием R позволяют улучшить скольжение и, таким образом, установку с умеренным натягом элемента крепления 10 в предусмотренном с этой целью отверстии, просверленном в соединяемых деталях P1, P2.

Кроме того, участки поверхности, обработанные электролитическим оксидированием, обеспечивают электрическую неразрывность между элементом крепления 10 и деталями P1, P2, обеспечивая, таким образом, защиту конструкции от явлений, связанных с ударами грозовых разрядов, в частности на уровне головки 14 элемента крепления 10.

Для достижения хорошей удельной электропроводности между элементом крепления 10 и соединяемыми деталями P1, P2 желательно, чтобы поверхность, покрытая смазочным покрытием R на участке шпинделя 11, расположенном в последней соединяемой детали, в данном случае в детали P2, не превышала 50% внутренней поверхности просверленного отверстия, выполненного в последней детали P2.

Таким образом, когда смазочное покрытие R расположено кольцеобразно на шпинделе 11 элемента крепления 10, ширина смазочного покрытия R в продольном направлении X элемента крепления 10 меньше или равна половине толщины последней соединяемой детали P2, также измеренной в продольном направлении X элемента крепления 10.

Когда смазочное покрытие R вытянуто согласно одной или множеству полос в длину цилиндрического стержня 12 элемента крепления 10, совокупная поверхность полос смазочного покрытия R меньше или равна 50% кольцевой части цилиндрического стержня 12.

Безусловно, настоящее изобретение не огранивается примерами практического осуществления, описание которых было приведено ранее.

Реферат

Изобретение относится к элементу крепления соединяемых деталей и направлено на повышение электрической неразрывности соединяемых деталей. Элемент крепления соединяемых деталей содержит шпиндель, образованный цилиндрическим стержнем и концевой частью. Шпиндель представляет собой металлическую деталь, поверхность которой по меньшей мере частично обработана электролитическим оксидированием, и на участок цилиндрического стержня нанесено смазочное покрытие. Цилиндрический стержень содержит первые вытянутые в длину цилиндрического стержня полосы, поверхность которых обработана электролитическим оксидированием, и вторые вытянутые в длину цилиндрического стержня полосы, на которые нанесено смазочное покрытие, причем число первых полос равно трем и число вторых полос равно трем. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула