Точечные стыки

Ухо-вилка. Соединения ухо-вилка (рис. 3.1) – самые распространенные в машиностроении, в том числе авиационном и ракетном.

Рис. 3.1. Стык ухо-вилка: а – общий вид стыка с горизонтальным расположением болта: 1 - болт, 2 - ухо (ушко) и вилка; б - с вертикальным расположением болта

В стыках такого типа ушки, вилки и крепежные элементы работают на разрыв, срез (сдвиг) и смятие (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Характер разрушения элементов стыка типа "ухо-вилка":

а - разрыв вилки (ушка): 1 - плоскости разрыва; б – смятие ушка (вилки): 2 - плоскость смятия; в - срез (сдвиг) ушка (вилки): 3 - плоскости среза; г - срез болта: 4 - плоскости среза (сдвига) болта.

Ушки (вилки) в таких соединениях можно располагать горизонтально и вертикально (рис. 3.3,а).

Преимущества и недостатки каждого расположения будут рассмотрены

Рис. 3.3. Стыковые узлы: а - вертикальное и горизонтальное расположение ушек (вилок);

б — стыковочный узел монолитной конструкции

в дальнейшем при изучении курсов, посвященных проектированию деталей и узлов конструкций аэрокосмической техники. Стыковочный узел можно изготавливать заодно с элементами, которые он должен соединять (рис. 3.3, б). В этом случае масса стыка будет значительно меньшей.

Гребенки. Более высокая надежность и живучесть у соединения гребенками (рис. 3.4, а). Но такое соединение сложнее в изготовлении и при монтаже-демонтаже.

Рис. 3.4. Стыковочные узлы: а - конструкция стыка типа «гребенка»: б - точечный фитинговый стык лонжерона: 1 - стойка, 2 - стыковочный болт, 3 – фитинг

В соединениях ухо-вилка и гребенка болты работают на срез.

Фитинги. Соединение фитингами можно отнести как к точечным, так и к контурным стыкам. В лонжеронных конструкциях фитинг может быть точечным стыком (рис. 3.4, б).

Контурные стыки

Фитинги. В кессонных и моноблоковых конструкциях фитинг используют как контурное соединение. В общем случае фитинговое соединение состоит из двух стыковых профилей с колодцами для размещения головки болта и гайки (рис. 3.5). Болты на фитинговых соединениях могут быть заставными (вставляться в прорезь, рис. 3.5, а) и вставными (вставляться в отверстия, рис. 3.5, б). Колодцы фитингов закрывают или индивидуальными крышками, либо общей лентой. Стыковой профиль (фитинг) должен быть увязан с силовыми элементами кессона (в случае сборной конструкции – рис. 2.6). На монолитных панелях стыковочные профили производят заодно с самой панелью.

Рис. 3.5. Конструкция контурного фитингового стыка: а - с пазами; б - с отверстиями: 1 - обшивка, 2 — колодец, 3 – съемная лента, 4 - стыковочный профиль (фитинг), 5- стенка нервюры, 6 - накладка

В фитинговых соединениях болты работают при сложном напряженном состоянии – на разрыв и срез.

Фланцевые стыки (рис. 3.6) чаще используют в соединениях корпусов. В этом случае фланцами являются силовые стыковочные шпангоуты смежных отсеков корпуса. Есть два варианта такого стыка: с внутренним подходом к крепежным элементам и с внешним подходом.

Рис. 3.6. Фланцевый стык корпуса с внутренним подходом к крепежных элементам: 1 - обшивка; 2 - шпангоут; 3 - соединение обшивки со шпангоутом; 4 - крепежные элементы стыка; X,Y,Z - усилия, действующие на крепежный элемент

Шомпольное соединение. Такое соединение (рис. 3.7) имеет высокую живучесть, небольшую массу.

Рис. 3.7. Шомпольное соединение

Но в силу специфики конструкций самолетов (тонкостенные оболочки) оно может использоваться только для элементов, расположенных с одной стороны профиля агрегата (щитки, интерцепторы, гасители подъемной силы). Рационально использовать шомпольные соединения для разных люков и крышек. Хотя есть примеры использования шомпольных соединений в конструкциях ЛА для навески управляющих поверхностей (самолеты общего назначения). Ось (шомпол) работает на срез.

Срезной стык. Наиболее рациональным с точки зрения нагрузки стыка и его минимальной массы является срезной стык (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Срезное соединение нижней панели: 1 - стрингер; 2 - нижняя стыковая лента; 3 -стыковой болт; 4 - верхняя стыковая лента; 5 - стыковая пластина; 6 - обшивка; 7 – нервюра

Особенно эффективным с точки зрения уменьшения массы и габаритных размеров стыков является срезное соединение «на ус». Но в силу большой протяженности зоны стыка (например, крыла с центропланом, отсеков фюзеляжа), а также нежесткости соединяемых агрегатов, сложно в этом случае обеспечить необходимую точность и взаимозаменяемость. Такой стык можно использовать при довольно больших толщинах обшивок соединяемых агрегатов. Этот тип стыков уже используется на тяжелых транспортных и пассажирских самолетах. Примером может быть Ан-124. В срезных соединениях (откуда и название) болты работают на срез. И не смотря на то, что прочность материала на срез приблизительно в два раза ниже прочности на растяжение, нагрузка срезом для крепежных элементов более благоприятная по сравнению с растяжением.