Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО СОЕДИНЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ БОЛТА И ГАЙКИ

Предлагаемое изобретение относится к устройствам, предназначенным для соединения друг с другом двух деталей при помощи болта и гайки.

Данные устройства, позволяющие, в частности, обеспечить соединение двух или нескольких деталей, с возможностью их последующего разъединения, широко распространены и известны в самых разнообразных вариантах применения во всех областях техники. Для осуществления операций завинчивания или отвинчивания гайки, навинченной на болт, необходимо заблокировать болт по вращательному и по поступательному движению с целью исключить возможность его свободного вращения без создания некоторого момента сил сопротивления, противодействующего моменту сил завинчивания или отвинчивания, приложенному к гайке при помощи соответствующего инструмента, в частности, гаечного ключа или автоматического, или полуавтоматического устройства, предназначенного для завинчивания или отвинчивания гаек.

В тех случаях, когда устройства подобного рода используются для соединения кольцевых элементов ротора газотурбинного двигателя, техническое решение, описанное в патентных документах FR-А-2502690 и FR-А-2715975, состоит в блокировке вращательного и поступательного движения болта за счет использования получаемых методом механической обработки соответствующей детали или любым другим подходящим в данном случае способом специальных ложементов или вырезов, выполненных в подлежащей соединению кольцевой детали и предназначенных для размещения в них головок крепежных болтов, форма которых позволяет им взаимодействовать с упомянутыми вырезами, предназначенными для блокировки этих болтов.

Однако, вследствие специфической формы и требуемых допусков на размеры и места расположения указанных вырезов, их формирование при помощи механической обработки соответствующей детали оказывается достаточно трудоемким и дорогостоящим в реализации, особенно в том случае, когда эти вырезы формируются на объемной детали сложной геометрической конфигурации, требующей больших предосторожностей при манипуляциях с ней или при ее механической обработке. Кроме того, вырезы, выполненные в детали, в том случае, когда деталь подвергается механическим воздействиям, могут оказаться источником концентрации механических напряжений внутри этой детали, что приводит к снижению ее механической прочности. Для повышения механической прочности детали в непосредственной близости от указанных вырезов и увеличения срока службы детали обычно используют подкрепление рассматриваемой детали, добавляя вокруг упомянутых вырезов соответствующий материал, который в конечном счете увеличивает массу данной системы. Увеличение массы в ряде случаев может представлять собой существенный недостаток, например, при изготовлении авиационного оборудования, для которого стремятся в максимально возможной степени уменьшить массу любой устанавливаемой на борт летательного аппарата детали, или в том случае, когда данная деталь представляет собой деталь, находящуюся в движении, для которой желательно уменьшить инерцию, например, элемент ротора турбокомпрессора или турбореактивного двигателя.

Другой недостаток вырезов, предназначенных для блокировки вращательного движения головок болтов, состоит в том, что стенки вырезов непосредственно принимают на себя момент затягивания, воздействующий на гайку, который в том случае, когда допускают превышение предписанного граничного значения этого момента, может оставить видимые следы или даже повредить деталь, в которой сформированы упомянутые вырезы.

Техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы устранить отмеченные выше недостатки и предложить достаточно простое и не слишком дорогостоящее техническое решение для обеспечения эффективной блокировки болтов крепления в процессе соединения двух деталей.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве соединения двух деталей, содержащем болты, проходящие сквозь располагающиеся на одной линии отверстия, выполненные в двух соединяемых деталях, причем указанные болты имеют головки, прижимаемые к одной из соединяемых деталей, и на болты навинчиваются гайки, прижимаемые ко второй из соединяемых между собой деталей, и средства блокировки головок указанных болтов, согласно изобретению упомянутые средства блокировки головок болтов содержат, по меньшей мере, один съемный элемент, на одной из двух подлежащих соединению деталей которого предусмотрены средства блокировки вращательного движения.

Перенос средств блокировки головок болтов на независимый съемный элемент исключает ослабление подлежащих соединению деталей в результате формирования вырезов в этих деталях и, следовательно, предохраняет эти детали от нанесения царапин или более серьезных повреждений, связанных с усилиями, возникающими при завинчивании гайки, со стороны головок болтов на средствах их блокировки. Кроме того, один или несколько съемных элементов, предназначенных исключительно для блокировки вращательного движения головок болтов, могут иметь в целом очень простую форму и небольшие габаритные размеры, что облегчает манипуляции с ними и упрощает их изготовление при уменьшении стоимости. Такой съемный элемент в соответствии с предлагаемым изобретением предназначен для многоразового использования и может быть очень легко заменен в случае его износа или повреждения.

В процессе затягивания гаек на резьбовых стержнях соединительных болтов головки болтов воздействуют на упомянутый съемный элемент с моментом сил, стремящимся привести его во вращательное движение, при этом средства блокировки вращательного движения, предусмотренные на упомянутом съемном элементе, препятствуют повороту этого элемента по отношению к одной из подлежащих соединению деталей и исключают необходимость применения дополнительного инструмента, препятствующего повороту указанного съемного элемента, вследствие чего использование устройства фиксации в соответствии с предлагаемым изобретением оказывается более быстрым и более простым.

Предпочтительно блокировать вращательное движение упомянутого съемного элемента на части детали, подлежащей соединению. Такая блокировка при помощи упора позволяет достаточно простым и эффективным способом реализовать функцию предотвращения вращательного движения съемного элемента на одной из подлежащих соединению деталей. В частности, протяженность поверхностей контакта и возможная обработка, имеющая целью повышение твердости поверхности, позволяют обеспечить упор необходимой жесткости и прочности.

Целесообразно обеспечить блокировку вращательного движения упомянутого съемного элемента непосредственно путем надевания съемного элемента на, по меньшей мере, два соседних болта, обеспечивающих соединение двух упомянутых деталей.

Целесообразно также, чтобы один или каждый упомянутый съемный элемент содержал образованный на одном из его выступов, по меньшей мере, один вырез, предназначенный для вхождения в него головки болта. Данный вырез должен иметь, по существу, U-образную форму, легко реализуемую при помощи механической обработки резанием и сопрягаемой с формой головки болта, вращательное движение которого необходимо заблокировать, причем указанный болт может иметь стандартную головку, например, квадратной формы, которая не требует механической обработки.

В соответствии с предпочтительным способом осуществления предлагаемого изобретения один или каждый упомянутый съемный элемент имеет поперечное сечение L-образной формы, одно крыло которого, образующее выступ, содержит один или несколько упомянутых выше вырезов, а другое крыло имеет форму упора в одну из подлежащих соединению деталей, определяющую положение, для которого один или каждый вырез надевается на головку болта. В процессе надевания съемного элемента на головки болтов упомянутый упор позволяет непосредственно и безошибочно найти положение, в котором головки болтов и упомянутый съемный элемент блокируются по вращательному движению на одной из подлежащих соединению деталей. L-образная форма съемного элемента позволяет эффективно и достаточно просто сгруппировать совокупность средств, необходимых для блокировки вращательного движения головок болтов.

На практике поступательное движение в направлении, перпендикулярном осям болтов, позволяет надеть упомянутый съемный элемент на головки болтов для обеспечения блокировки их вращательного движения.

Предпочтительно, для случая, когда подлежащие соединению детали имеют кольцевую форму, чтобы предлагаемое устройство содержало несколько независимых друг от друга съемных элементов, распределенных по окружности. При этом каждый из указанных независимых элементов может иметь очень простую форму и малые размеры и вследствие этого они оказываются просты в изготовлении и в применении, что позволяет существенно упростить использование устройства в соответствии с предлагаемым изобретением.

В соответствии с другими характеристиками предлагаемого изобретения один или каждый съемный элемент содержит образованные в одном из его выступов, по меньшей мере, два выреза, предназначенные для вхождения в них головок болтов; упомянутое выше крыло, образующее упор, также формирует средства блокировки вращательного движения самого указанного съемного элемента; один или каждый упомянутый вырез является открытым, с одной стороны, на поверхности конца выступа, противоположного крылу, образующему упор, а с другой стороны, на боковой поверхности выступа со стороны крыла, образующего упор; один или каждый упомянутый вырез является закрытым со стороны боковой поверхности выступа, противоположной крылу, образующему упор позиционирования, для формирования осевого упора, имеющего возможность контактировать с головкой болта; один или каждый вырез, предназначенный для вхождения в него головки болта, представляет собой полукруглую выемку, проходящую от свободного конца выступа, в котором эта выемка сформирована.

Согласно предпочтительным вариантам осуществления предлагаемого изобретения две подлежащие соединению детали имеют кольцевую форму и являются, в частности, деталями роторов турбомашин; и по меньшей мере одна из двух указанных подлежащих соединению кольцевых деталей представляет собой диск ротора.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на фигуры сопровождающих чертежей, в числе которых фиг.1-4 представляют собой схематические перспективные виды способа реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, представляющие четыре последовательно выполняемых этапа соединения между собой двух деталей.

Устройство в соответствии с предлагаемым изобретением в рассматриваемом примере его осуществления используется для соединения между собой двух кольцевых деталей 2, 3 ротора турбокомпрессора. Первая из этих деталей представляет собой диск ротора 2, а другая деталь представляет собой кольцевую деталь, образующую перегородку 3, содержащую, в частности, ободки 4, предназначенные для взаимодействия с лопатками статора (на приведенных в приложении фигурах не показаны) и образующие стык герметизации зигзагообразного типа. Два указанных кольцевых элемента 2, 3 размещаются встык в осевом направлении и содержат, соответственно, кольцевой фланец 5 и крепежные лапки 6 (см. фиг.3 и 4), которые проходят внутрь в радиальном направлении. Цилиндрическая стенка 9, на которой располагается кольцевой фланец 5, проходит вокруг оси 26 диска ротора 2 (см. фиг.3) и цилиндрическая стенка 10, на которой располагаются лапки 6, проходит от образующей перегородку детали 3. Хотя приведенные в приложении фигуры 1-4 представляют только некоторый угловой сектор двух кольцевых деталей 2, 3, упомянутые выше лапки 6 равномерно распределены по всей внутренней в радиальном направлении периферийной части цилиндрической стенки 10. Кольцевой выступ 11 (см. фиг.1 и 4) сформирован на внутренней в радиальном направлении периферийной части 12 кольцевого фланца 5 и выступает со стороны размещения перегородки 3. Лапки 6 проходят в радиальном направлении и располагаются вблизи кольцевого выступа 11, между свободными концами (см. фиг.4) лапок 6 и кольцевым выступом 11 предусмотрен зазор.

Отверстия для болтов 16, 15, равномерно распределенные по окружности, выполнены, с одной стороны, в кольцевом фланце 5, а с другой стороны, в лапках крепления 6. Отверстия для болтов 15, выполненные в лапках 6, располагаются на одной линии с отверстиями 16, выполненными в кольцевом фланце 5, и предназначены для прохождения сквозь них стандартных болтов крепления 17, имеющих головки 18 квадратной формы, которые прижимаются к кольцевому фланцу 5 со стороны, противоположной перегородке 3. Гайки 19 навинчиваются на резьбовые стержни болтов 17 и прижимаются к лапкам 6 со стороны, противоположной диску ротора 2.

Средства фиксации в неподвижном положении головок двух болтов, представленных на приведенных в приложении фигурах, содержат съемный элемент 20, который, по существу, имеет форму углового сектора и содержит две параллельные друг другу стенки 21, 22, связанные между собой третьей стенкой 23, перпендикулярной двум упомянутым стенкам и выполненной в виде части цилиндра. Первая стенка 21 и третья стенка 23 придают в целом L-образную форму поперечному сечению указанного съемного элемента 20. Вырезы 25, имеющие, по существу, квадратную или прямоугольную форму, сопрягающуюся с квадратной формой головок болтов 18, выполнены в первой боковой стенке 21 и выходят в радиальном направлении на поверхность конца 29 стенки 21, противоположной стенке 23, и в осевом направлении на боковую поверхность 30 стенки 21, располагающейся напротив второй стенки 22. Указанные вырезы 25 закрыты со стороны боковой поверхности 31 стенки 21, противоположной второй стенке 22, для формирования осевого упора 27 для головки болта 18.

В случае, когда предлагаемое устройство вставлено между кольцевым фланцем 5 и корпусом диска ротора 2, как это схематично показано на фиг. 2 и 3, элемент 20 оказывается коаксиальным по отношению к двум кольцевым деталям 2 и 3 (см. фиг.3) и стенка 23 упирается во внутреннюю в радиальном направлении периферийную часть 12 кольцевого фланца 5. Указанный упор определяет положение, при котором головки болтов 18 оказываются вставленными в вырезы 25 и зафиксированы, с предотвращением их вращательного движения. При этом головки болтов также фиксируются, с предотвращением поступательного движения, между осевым упором 27 каждого выреза 25 и кольцевым фланцем 5. Упор стенки 23 элемента 20 в кольцевой фланец 5 позволяет также блокировать вращательное движение съемного элемента 20 по отношению к диску ротора 2. Введение двух головок болтов 18 в вырезы 25 позволяет им входить в контакт с поверхностью дна 28, по существу параллельного плоскости, проходящей через оси двух соседних болтов 17 в каждом вырезе 25 для того, чтобы также препятствовать вращению съемного элемента 20. Первая боковая стенка 21 элемента 20 проходит вдоль кольцевого фланца 5 со стороны, противоположной перегородке 3, а вторая боковая стенка 22 проходит вдоль выступа 11 вблизи его наружной цилиндрической поверхности 13, с некоторым зазором между свободным концом 24 указанной второй стенки 22 и свободным концом 14 лапок 6.

Хотя на приведенных в приложении фигурах 1-4 представлен только один съемный элемент, на практике количество указанных распределенных по окружности кольцевого фланца независимых съемных элементов 20, определяется необходимостью обеспечения блокировки всех головок болтов 18.

Вышеприведенные этапы соединения между собой двух кольцевых деталей 2 и 3 при использовании устройства крепления в соответствии с предлагаемым изобретением схематически представлены последовательно на фиг.1-4. На первом этапе (см. фиг.1) болты крепления 17 вставляются в предназначенные для них отверстия 15 кольцевого фланца 5 вплоть до упора головок болтов 18 в поверхность фланца 5. На втором этапе, представленном на фиг.2, съемные элементы 20 подводятся на кольцевой фланец 5 путем поступательного и, по существу, радиального движения по отношению к оси 26. Для каждого съемного элемента 20 указанное поступательное движение продолжается вплоть до того момента, когда стенка 23 войдет в упор во внутреннюю в радиальном направлении периферийную часть 12 кольцевого фланца 5, причем головки болтов 18 в этом случае входят в полукруглые вырезы 25 и блокируются в них с предотвращением вращательного и поступательного движения, и блокируется вращательное движение самого съемного элемента 20 по отношению к диску ротора 2. На третьем этапе, представленном на фиг.3, кольцевая деталь, образующая перегородку 3, устанавливается в осевом направлении вплотную к диску ротора 2 таким образом, чтобы стержни болтов 17 оказались вставленными в предназначенные для них отверстия 15 в лапках фланцевого крепления 6. Затем одна или несколько гаек 19 надеваются и завинчиваются на резьбовой стержень каждого болта 17, после чего они затягиваются с заданным моментом сил против соответствующей лапки 6 фланцевого крепления или против шайбы затяжки, установленной между каждой гайкой 19 и лапкой фланцевого крепления. После этого соединение двух деталей 2 и 3 завершено (см. фиг.4), и съемные элементы 20 удаляются и могут быть использованы повторно для соединения двух других деталей.

В качестве варианта осуществления две кольцевые детали 2 и 3 могут вначале устанавливаться встык друг к другу и регулироваться по угловому положению таким образом, чтобы отверстия для болтов 15, 16 двух кольцевых деталей 2, 3 оказались совпадающими. Затем в располагающиеся на одной линии отверстия 15, 16 вставляются болты 17. Съемные элементы 20 надеваются на головки болтов 18 для их блокировки в процессе навинчивания гаек 19 на болты и их затягивания против лапок фланцевого соединения 6.

Для разъединения соединенных между собой двух кольцевых деталей 2, 3 съемные элементы 20 также могут быть применены на головках болтов для их блокировки в процессе отпускания и отвинчивания гаек 18. При этом этапы, обеспечивающие возможность разъединения двух соединенных ранее элементов 2, 3, последовательно представлены на фиг.4-1.

В соответствии с возможным вариантом реализации вырезы 25 съемного элемента 20 проходят насквозь по всей толщине элемента от одной его стороны до другой, причем боковая стенка 21, предназначенная для формирования указанных полукруглых вырезов, проходит от свободного конца боковой стенки 21. При этом упомянутый выше осевой упор, обеспечивающий возможность формирования механического контакта с головками болтов, образован частью подлежащей соединению кольцевой детали 2.