RU2047795C1 - Riveted joint - Google Patents

Abstract

FIELD: aircraft manufacture; connection of metal members and parts made of composite materials. SUBSTANCE: rivet is inserted in stack of parts to be connected; rivet has shank with manufactured head at one end and bush at other end. Bush has embossed inner surface and taper outer surface whose lesser base is directed inside part stack. On surface of one of parts there is seat sunken to cone which receives above-mentioned bush. Angle of taper of outer surface of bush ranges from 88 to 92 deg; larger base of bush is flush with stack surface. Inner surface is embossed in form of circular teeth. Rivet shank has blind cylindrical hole at free end. Depth of hole does not exceed height of bush. EFFECT: enhanced reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиастроению, в частности к заклепочным соединениям, включающим заклепки, состоящие из нескольких деталей. Соединения могут применяться как для металлических конструкций, так и деталей композиционных материалов. The invention relates to aircraft manufacturing, in particular to rivet joints, including rivets, consisting of several parts. Compounds can be used both for metal structures and parts of composite materials.

Известны заклепочные соединения, выполняемые с помощью заклепок из нескольких деталей. Например, известно соединение, образованное заклепкой, содержащей стержень с закладной головкой и расположенную на накатанной части стержня обжимную цилиндрическую втулку [1]
Известно соединение, образованное заклепкой, содержащей стержень с закладной головкой и сцепленную с ним цилиндрическую втулку с кольцевыми зубьями на внутренней поверхности [2] Для облегчения деформации втулки наружная ее часть выполнена из более мягкого металла, чем внутренняя. Это облегчает проникновение зубьев в поверхность стержня.Known rivet joints made using rivets from several parts. For example, it is known the connection formed by a rivet containing a rod with a embedded head and located on the knurled part of the rod crimp cylindrical sleeve [1]
It is known the connection formed by a rivet containing a rod with a embedded head and a cylindrical sleeve with ring teeth attached to it with ring teeth on the inner surface [2] To facilitate the deformation of the sleeve, its outer part is made of softer metal than the inner. This facilitates the penetration of teeth into the surface of the shaft.

Недостатком указанных заклепочных соединений является то, что для образования замыкающей головки путем обжатия втулки требуется приложение высоких нагрузок, величина которых резко возрастает при увеличении диаметра заклепки. The disadvantage of these rivet joints is that for the formation of the locking head by crimping the sleeve requires the application of high loads, the value of which increases sharply with increasing diameter of the rivet.

Известно также заклепочное соединение, образованное установленной в пакет соединяемых деталей заклепкой [3] содержащей стержень с закладной головкой на одном конце и глухим цилиндрическим отверстием на другом. На стержне со стороны глухого отверстия установлена втулка с кольцевыми зубьями на внутренней поверхности. Глубина глухого отверстия превышает высоту втулки в 1,2 раза. Наружная поверхность втулки выполнена конической, расширяющейся от торца стержня к соединяемому листу, что увеличивает опорную поверхность втулки. A rivet joint is also known, formed by a rivet [3] installed in the package of connected parts, containing a rod with a mortgage head at one end and a blind cylindrical hole at the other. A sleeve with annular teeth on the inner surface is mounted on the rod from the side of the blind hole. The depth of the blind hole exceeds the height of the sleeve by 1.2 times. The outer surface of the sleeve is made conical, expanding from the end of the rod to the joined sheet, which increases the supporting surface of the sleeve.

Недостатком соединения является невозможность образования заклепочного соединения с потайной замыкающей головкой и соединения "потай-потай", когда и закладная и замыкающая головка выполнены потайными. Соединения такого типа необходимы для обеспечения высокого качества аэродинамической поверхности соединяемых деталей (листов), например, обшивки, фюзеляжа, крыла и других частей самолета, которое достигается путем выполнения заклепочного соединения заподлицо с их наружной поверхностью. При этом отсутствие выступающих частей снижает габариты и вес соединения. The disadvantage of the connection is the impossibility of the formation of a rivet connection with a countersunk closing head and a "plug-and-spot" connection, when both the mortgage and closing head are made countersunk. Joints of this type are necessary to ensure high quality of the aerodynamic surface of the connected parts (sheets), for example, skin, fuselage, wing and other parts of the aircraft, which is achieved by making riveted connections flush with their outer surface. In this case, the absence of protruding parts reduces the dimensions and weight of the connection.

Наиболее близким аналогом изобретения является заклепочное соединение, включающее установленную в отверстии пакета соединяемых деталей заклепку, содержащую стержень с закладной головкой на одном конце и установленную на втором его конце втулку с рельефной внутренней поверхностью и конической наружной поверхностью, обращенную меньшим основанием конуса внутрь пакета соединяемых деталей, и размещенную в раззенкованном на конус гнезде выполненном на свободной поверхности одной из деталей пакета [4] Формирование заклепочного соединения происходит путем осадки участка стержня со стороны втулки до его сцепления с рельефом втулки, в результате чего образуется замыкающая головка. The closest analogue of the invention is a rivet connection, including a rivet installed in the hole of the package of connected parts, containing a rod with a embedded head at one end and a sleeve installed on the second end with a relief inner surface and a conical outer surface facing the smaller base of the cone inside the package of connected parts, and placed in a conical recessed slot made on the free surface of one of the package parts [4] Forming a rivet joint It occurs by precipitation of the rod portion from the sleeve to its engagement with the relief sleeve, whereby a closing head.

Недостатком заклепочного соединения является то, что для его формирования необходимо приложение высокой нагрузки, которая позволила бы деформировать стержень и обеспечить его надежное сцепление с рельефом втулки. Часть этой нагрузки будет передаваться непосредственно на композиционный материал, вызывая его разрушение. Кроме того, практически невозможно обеспечить высокое качество аэродинамической поверхности замыкающей головки при соединении пакетов минимальной и максимальной толщины для данного типоразмера заклепки. Как правило разность между этими толщинами не менее 1 мм, т. е. заклепкой длиной, например, 6 мм можно соединять пакеты толщиной от 4 до 5 мм. В этом случае, если объем деформируемой части стержня подобран для заполнения рельефа втулки в пакете толщиной 4 мм, то при соединении пакета толщиной 5 мм часть металла стержня будет выступать из раззенкованной части пакета, ухудшая качество поверхности. Фактически эта заклепка "однопакетная", т. е. может соединять пакеты строго определенной толщины, и практическое ее использование проблематично. A drawback of the rivet joint is that its formation requires the application of a high load, which would allow the rod to deform and ensure its reliable adhesion to the sleeve relief. Part of this load will be transferred directly to the composite material, causing its destruction. In addition, it is practically impossible to ensure high quality of the aerodynamic surface of the locking head when connecting the packages of minimum and maximum thickness for a given size of the rivet. As a rule, the difference between these thicknesses is not less than 1 mm, i.e., rivets with a length of, for example, 6 mm, can connect packages with a thickness of 4 to 5 mm. In this case, if the volume of the deformable part of the rod is selected to fill the relief of the sleeve in a bag with a thickness of 4 mm, then when connecting the package with a thickness of 5 mm, part of the metal of the rod will protrude from the countersink part of the package, worsening the surface quality. In fact, this rivet is "single-packet", that is, it can connect packets of a strictly defined thickness, and its practical use is problematic.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение является повышение качества аэродинамической поверхности соединяемых листов, снижение веса соединения, а также снижение нагрузки образования заклепочного соединения. The technical problem to which the invention is directed is to improve the quality of the aerodynamic surface of the joined sheets, reduce the weight of the joint, and also reduce the load of the formation of the rivet joint.

Для решения поставленной задачи в заклепочном соединении, включающем установленную в отверстии пакета деталей заклепку, содержащую стержень с закладной головкой на одном конце и установленную на втором его конце втулку с рельефной внутренней поверхностью и конической наружной поверхностью, обращенную меньшим основанием конуса внутрь пакета соединяемых деталей и размещенную в раззенкованном на конус гнезде, выполненном на свободной поверхности одной из деталей пакета, большее основание конуса втулки установлено заподлицо с поверхностью пакета, рельеф на внутренней поверхности втулки выполнен в виде кольцевых зубьев, угол конуса наружной поверхности втулки составляет 88-92^о, а стержень выполнен с расположенным на свободном торце глухим цилиндрическим отверстием, глубина которого не превышает высоту втулки.To solve the problem in a rivet connection, including a rivet installed in the hole in the package of parts, containing a rod with a embedded head at one end and a sleeve installed on the second end with a relief internal surface and a conical outer surface, facing the smaller base of the cone inside the package of connected parts and placed in a conical counterbore slot made on the free surface of one of the package parts, the larger base of the sleeve cone is flush with the surface Stu package, on the inner surface relief sleeve is formed as annular teeth, the cone angle of the outer surface of the sleeve is ^about 88-92, and the rod is disposed on a free end of a hollow cylindrical bore, the depth of which is less than the height of the sleeve.

Выполнение рельефа на внутренней поверхности втулки в виде кольцевых зубьев обеспечивает прочность сцепления стержня с втулкой, уменьшает нагрузку постановки заклепки благодаря затеканию металла стержня в кольцевые зубья втулки, выполненные из более прочного материала, чем стержень. The execution of the relief on the inner surface of the sleeve in the form of ring teeth provides a strong adhesion of the rod to the sleeve, reduces the load setting rivets due to the flow of metal of the rod into the ring teeth of the sleeve made of a more durable material than the rod.

Угол конуса 88-92^оС обеспечивает достаточную стяжку пакета. При меньшем угле конуса не обеспечивается стяжка пакета, при угле большем 92^о увеличиваются габариты втулки и вес заклепочного соединения.The angle of the cone 88-92 ^about With provides sufficient screed package. With a smaller angle of taper not provided screed packet at an angle greater than ^about 92 increasing the size and weight of the sleeve of the rivet connection.

При глубине отверстия большем высоты втулки снижается прочность соединения на срез, так как пустотелая часть отверстия выходит за пределы втулки и поперечное сечение стержня резко ослабляется. When the hole depth is greater than the height of the sleeve, the shear strength of the joint decreases, since the hollow part of the hole extends beyond the sleeve and the cross section of the rod is sharply weakened.

На фиг. 1 изображено заклепочное соединение до сборки, общий вид; на фиг. 2 заклепочное соединение после сборки; на фиг. 3 вариант исполнения заклепочного соединения с кольцевым пояском на втулке. In FIG. 1 shows a rivet joint before assembly, general view; in FIG. 2 rivet joint after assembly; in FIG. 3 embodiment of a rivet connection with an annular belt on the sleeve.

Заклепочное соединение содержит заклепку 1, установленную в отверстие 2 пакета соединяемых листов 3 и имеющую стержень 4 с конической закладной головкой 5 с одного конца и глухим центральным цилиндрическим отверстием 6 с другого. Со стороны отверстия 6 на стержень 4 установлена втулка 7 с кольцевыми зубьями 8 на ее внутренней поверхности. Наружная поверхность 9 втулки выполнена конической. Втулка 7 расположена на стержне 4 меньшим основанием конуса внутрь соединения, а большим основанием конуса заподлицо с поверхностью пакета. Угол конуса составляет 90^о. В соединяемом листе 3 выполнено раззенкованное на конус гнездо 10 для размещения в нем втулки 7. Глубина центрального отверстия 6 не превышает высоту втулки 7. На наружной поверхности втулки 7 со стороны большего основания конуса может быть выполнен цилиндрический поясок 11.The rivet connection contains a rivet 1, installed in the hole 2 of the package of joined sheets 3 and having a rod 4 with a conical embedded head 5 from one end and a blind central cylindrical hole 6 from the other. From the side of the hole 6, a sleeve 7 is installed on the rod 4 with ring teeth 8 on its inner surface. The outer surface 9 of the sleeve is made conical. The sleeve 7 is located on the rod 4 with a smaller base of the cone inside the connection, and a large base of the cone flush with the surface of the package. The angle of the cone is 90 ^about . In the connecting sheet 3, a socket 10 is countersinked onto the cone for accommodating the sleeve 7. The depth of the central hole 6 does not exceed the height of the sleeve 7. On the outer surface of the sleeve 7, a cylindrical belt 11 can be made from the side of the larger base of the cone.

Сборка заклепочного соединения осуществляется следующим образом. Assembly rivet connection is as follows.

Заклепка 1 вставляется в отверстие 2 пакета соединяемых листов 3. на стержень 4 надевается втулка 7 и размещается в гнезде 10 меньшим основанием конуса внутрь соединения, а большим основанием заподлицо с поверхностью пакета. С помощью специального инструмента обеспечивают поджим заклепки 1 к втулке 7. Затем в цилиндрическое отверстие 6 вводится специальный инструмент типа дорна или раскатки, который деформирует полую часть стержня 4 до сцепления его наружной поверхности с зубьями 8 втулки 7. После окончания сборки деформирующий инструмент выводится из отверстия 3 и производится съем зажимного инструмента. The rivet 1 is inserted into the hole 2 of the packet of sheets to be joined 3. The sleeve 7 is put on the rod 4 and placed in the socket 10 with the smaller base of the cone inside the connection and the larger base flush with the surface of the packet. Using a special tool, the rivet 1 is clamped to the sleeve 7. Then, a special tool such as a mandrel or rolling is introduced into the cylindrical hole 6, which deforms the hollow part of the shaft 4 until its outer surface engages with the teeth 8 of the sleeve 7. After assembly, the deforming tool is removed from the hole 3 and the clamping tool is removed.

Втулка может быть выполнена с цилиндрическим пояском со стороны большего основания конуса, что способствует уменьшению габаритов и веса соединения. Раззенкованное гнездо в этом случае выполняют с кольцевой выточкой, соответствующей цилиндрическому пояску (фиг. 3). The sleeve can be made with a cylindrical belt from the side of the larger base of the cone, which helps to reduce the dimensions and weight of the connection. The countersink nest in this case is performed with an annular recess corresponding to a cylindrical girdle (Fig. 3).

Выполнение рельефа на внутренней поверхности втулки в виде кольцевых зубьев обеспечивает высокую прочность сцепления стержня с втулкой при сравнительно невысокой нагрузке постановки. Наличие внутренней полости в стержне снижает вес заклепочного соединения, не снижая его прочности, так как плоскость среза в опасном сечении расположена ниже внутренней полости втулки. The implementation of the relief on the inner surface of the sleeve in the form of ring teeth provides high adhesion of the rod to the sleeve with a relatively low setting load. The presence of an internal cavity in the rod reduces the weight of the rivet joint without decreasing its strength, since the cut plane in a dangerous section is located below the inner cavity of the sleeve.

Большее основание конуса втулки установлено заподлицо с поверхностью пакета, при этом длина стержня подобрана таким образом, чтобы при любой толщине пакета (максимального и минимального) стержень не выступал из втулки, а в крайнем случае его наружный торец располагался бы заподлицо с наружным торцом втулки. Это дает возможность обеспечить высокое качество аэродинамической поверхности соединяемых листов, например, обшивки фюзеляжа, крыла и других частей самолетов, а также уменьшить вес соединения за счет отсутствия выступающих частей. The larger base of the sleeve cone is installed flush with the surface of the package, while the length of the rod is selected so that for any thickness of the package (maximum and minimum), the rod does not protrude from the sleeve, and in the extreme case, its outer end would be flush with the outer end of the sleeve. This makes it possible to ensure high quality of the aerodynamic surface of the joined sheets, for example, the skin of the fuselage, wing and other parts of the aircraft, and also to reduce the weight of the connection due to the absence of protruding parts.

Заданный угол конуса обеспечивает достаточную стяжку пакета, а благодаpя тому, что глубина внутреннего отверстия не превышает высоту втулки, обеспечивается высокая прочность заклепочного соединения. The predetermined angle of the cone provides sufficient tightening of the package, and due to the fact that the depth of the inner hole does not exceed the height of the sleeve, high rivet joint strength is ensured.

Благодаря сравнительно низкому усилию сборки и большей площади опорной поверхности замыкающей головки соединение может использоваться как в металлических конструкциях, так и в конструкциях из композитных материалов. Due to the relatively low assembly force and the larger area of the supporting surface of the locking head, the connection can be used both in metal structures and in structures made of composite materials.

Claims (1)

ЗАКЛЕПОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ, включающее установленную в отверстии пакета деталей заклепку, содержащую стержень с закладной головкой на одном конце и установленную на втором его конце втулку с рельефной внутренней поверхностью и конической наружной поверхностью, обращенную меньшим основанием конуса внутрь пакета соединяемых деталей и размещенную в раззенкованном на конус гнезде, выполненном на свободной поверхности одной из деталей пакета, отличающееся тем, что большое основание конуса втулки установлено заподлицо с поверхностью пакета, рельеф на внутренней поверхности втулки выполнен в виде кольцевых зубьев, угол конуса наружной поверхности втулки составляет 88 92^o, а стержень выполнен с расположенным на свободном торце глухим цилиндрическим отверстием, глубина которого не привышает высоту втулки.RIVETING CONNECTION, including a rivet installed in the opening of the package of parts, containing a rod with a embedded head at one end and a sleeve installed on its second end with a relief inner surface and a conical outer surface, facing the smaller base of the cone inside the package of connected parts and placed in a recessed socket on the cone made on the free surface of one of the parts of the package, characterized in that the large base of the cone of the sleeve is installed flush with the surface of the package, the relief on the inner surface of the sleeve is made in the form of ring teeth, the cone angle of the outer surface of the sleeve is 88 92 ^o , and the rod is made with a blind cylindrical hole located on the free end, the depth of which does not exceed the height of the sleeve.

Images