Патент на изобретение №2341696

(54) БЛОКИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНИТЕЛЬНОГО УЗЛА И РАЗЪЕДИНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, ОСНАЩЕННАЯ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к системе механического соединения деталей, содержащей блокировочное устройство. Блокировочное устройство содержит неподвижную деталь, закрепленную к одной из соединяемых частей со стороны участка соединительного узла, подвижную деталь, выполненную с возможностью перемещения относительно неподвижной детали, полость для указанного участка и возвратное средство. Указанная полость расположена внутри неподвижной детали и подвижной детали. Неподвижная деталь выполнена в виде внутренней втулки, а подвижная деталь выполнена в виде наружной втулки, при этом обе втулки являются концентричными. Возвратное средство выполнено в виде винтовой пружины, которая в момент разрушения соединительного узла разжимается, что приводит в перемещению подвижной детали относительно неподвижной таким образом, что указанный участок соединительного узла оказывается заблокированным в указанной полости. Решение направлено на предотвращение выпадения частей деталей при разрушении соединительной системы. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе механического соединения деталей.

Его объектом является устройство для блокировки участка соединительного узла, отсоединяющегося в результате разрушения указанного соединительного узла.

Соединительный узел может быть, например, болтом, обеспечивающим соединение деталей.

Блокировочное устройство в соответствии с настоящим изобретением предназначено для применения в случае произвольного разрушения соединительного узла, например, при наличии разъединительной системы.

Следует напомнить, что разъединительной системой является система соединения деталей, выполненная с возможностью разъединения указанных деталей, когда прилагаемая нагрузка достигает или превышает заранее определенное значение нагрузки. Разъединительная система содержит соединительные узлы, например болты. Разъединение происходит при разрушении соединительных узлов.

Объектом настоящего изобретения является также разъединительная система, оснащенная блокировочным устройством в соответствии с настоящим изобретением.

Предшествующий уровень техники

Разъединительная система с натяжным винтом описана в документе FR 2752024.

В этом документе описан кронштейн опоры, удерживающей подшипник качения. Кронштейн опоры закреплен на картере при помощи фланца, взаимодействующего с комплектом соединительных винтов, при этом все винты расположены параллельно оси приводного вала.

Когда на кронштейн опоры действует значительная нагрузка, вызванная, например, разбалансировкой в результате поломки лопатки вентилятора, то передаче указанной нагрузки на картер и, следовательно, на остальную конструкцию препятствует наличие разъединительной системы, выполненной между указанным кронштейном опоры и указанным картером.

Разъединительная система содержит соединительные винты, находящиеся между кронштейном опоры и картером.

При возникновении разбалансировки на вал действует цикличное радиальное усилие, которое в силу геометрической формы и размеров кронштейна опоры трансформируется в цикличное осевое усилие, создающее нагрузку растяжения на соединительные винты. Последние разрушаются, когда действующая на них нагрузка достигает или превышает заранее определенное значение.

Упомянутая разъединительная система из предшествующего уровня техники характеризуется основным недостатком, возникающим при разрушении соединительных винтов. Действительно, головки винтов и их свободные концы больше не удерживаются вместе и могут быть выброшены в пространство, окружающее разъединительную систему. Возникает серьезная опасность повреждения и даже разрушения конструкций, находящихся в этом окружающем пространстве.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеупомянутого недостатка.

Объектом настоящего изобретения является блокировочное устройство, предназначенное для применения в разъединительной системе и обеспечивающее блокировку участков болтов или других соединительных элементов, которые могут быть выброшены в пространство, окружающее разъединительную систему, когда происходит разъединение.

В соответствии с настоящим изобретением блокировочное устройство, предназначенное для блокировки участка соединительного узла, отсоединившегося в результате разрушения указанного соединительного узла, содержит:

– неподвижную часть;

– подвижную часть, выполненную с возможностью перемещения относительно неподвижной части;

– полость, заключенную внутри неподвижной части и подвижной части;

– возвратное средство, сжимаемое во время операции соединения деталей,

при этом в момент разрушения соединительного узла возвратное средство разжимается, что приводит к перемещению путем скольжения подвижной части по отношению к неподвижной части таким образом, что указанный участок соединительного узла оказывается заблокированным в полости.

После разрушения соединительного узла последний оказывается разделенным по меньшей мере на два участка. В случае, когда соединительный узел является болтом, такими участками являются головка болта, с одной стороны, и, с другой стороны, свободный конец резьбового стержня болта, на котором находится затяжная гайка. Этот участок соединительного узла не выбрасывается в окружающее пространство, а остается заблокированным в полости недалеко от того места, в котором он находился до разрушения.

Согласно другом аспекту настоящего изобретения разъединительная система оснащена, по меньшей мере, одним блокировочным устройством в соответствии с настоящим изобретением.

Необходимо уточнить, что в нижеследующем описании блокировочное устройство в соответствии с настоящим изобретением взаимодействует с разъединительной системой, при этом указанная разъединительная система установлена на валу винта турбореактивного двигателя. Однако настоящее изобретение не ограничивается таким вариантом применения и может быть использовано в других конфигурациях соединения деталей.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего подробного описания предпочтительного варианта его реализации, приведенного в качестве иллюстративного и неограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 схематически изображает участок турбореактивного двигателя, оборудованный разъединительной системой, и общее окружающее пространство, в котором применено блокировочное устройство в соответствии с настоящим изобретением, продольный разрез.

Фиг.2 – увеличенное изображение зоны фиг.1, в которой установлена разъединительная система, содержащая блокировочное устройство в соответствии с настоящим изобретением, перед разъединением.

Фиг.3 – изображение, аналогичное фиг.2, после разъединения.

Фиг.4 – блокировочное устройство в положении блокировки головки болта до разрушения болта, продольный разрез.

Фиг.5 – изображение, аналогичное фиг.4, после разрушения болта.

Фиг.6 – блокировочное устройство в положении блокировки головки болта и другое блокировочное устройство в положении блокировки стержня болта до разрушения болта, продольный разрез.

Фиг.7 – изображение, аналогичное фиг.6, после разрушения.

Подробное описание вариантов реализации

На фиг.1 показана часть турбореактивного двигателя, являющаяся возможным окружающим пространством для устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Приводимая в движение вращающимся валом 6 и установленная на нем воздуходувка 4 турбореактивного двигателя с осью 100 расположена в передней части валопривода 2 контура низкого давления. Воздуходувка 6 содержит лопатки 8, находящиеся на входе внутреннего или основного газовоздушного тракта 10 и на входе наружного газовоздушного тракта 12, который охватывает внутренний газовоздушный тракт и в который подается воздух для добавления в газы.

Воздуходувка 4 установлена на переднем конце 5 вращающегося вала 6, который продолжается в заднем направлении, начиная от воздуходувки 4.

Своим задним концом 7 вал 6 соединен с периферийной деталью 14 кольцеобразного элемента 15. Указанная периферийная деталь 14 является подвижной и выполнена с возможностью поступательного осевого перемещения относительно кольцеобразного элемента 15 посредством роликов 144 и возвратных средств 146. Картер 16 закреплен на неподвижной конструкции 18 и кронштейне 20. При разрушении лопатки воздуходувки 4 происходит разбалансировка вала 6, при которой возникают цикличные нагрузки и вибрации, которые могут передаваться через вал 6 и картер 16 на кольцеобразный элемент 15 и на неподвижную конструкцию 18.

Чтобы избежать повреждения кольцеобразной конструкции 15, неподвижной конструкции 18 и других связанных с ними конструкций, применяют разъединительные системы 42, 44, установленные соответственно между задним концом 7 вала и периферийной деталью 14 кольцеобразной детали 15 и между картером 16 и кронштейном 20.

На фиг.2 и 3 соответственно показаны в увеличенном масштабе зоны, в которых применяются эти две разъединительные системы 42 и 44.

Далее следует краткое описание этих двух разъединительных систем, известных из предшествующего уровня техники.

На фиг.2 и 3 показаны вал 6 и его задний конец 7, кольцеобразный элемент 15, периферийная деталь 14 кольцеобразного элемента 15 и средства обеспечения ее осевого поступательного движения в виде роликов 144 и возвратной пружины 146, картер 16, неподвижная конструкция 18 и кронштейн 20.

Задний конец 7 вала 6 содержит соединительный фланец 72, и периферийная зона периферийной детали 14 кольцеобразного элемента 15 содержит соединительный фланец 142. Оба соединительных фланца соединены друг с другом через совокупность соединительных узлов 52, распределенных по периферии обоих соединительных фланцев 72, 142. В представленном примере указанные соединительные узлы 52 представляют собой болты, каждый из которых состоит из соединительного винта 54 и затяжной гайки 56. Предпочтительно соединительные винты 54 выполнены в виде предохранителей, то есть содержат хрупкую зону, являющуюся разрывным элементом. В данном случае разъединительная система 42 состоит из соединительных узлов 52 и двух соединительных фланцев 72, 142, каждый из которых содержит сквозные отверстия, предназначенные для установки соединительных узлов 52.

Картер 16 содержит суженную и изогнутую соединительную зону 162, предназначенную для его соединения с краем кронштейна 20, причем указанный край выполнен в виде соединительного фланца 202. Соединительный фланец 202 и соединительная зона 162 соединены друг с другом посредством совокупности соединительных узлов 62, распределенных по периферии соединительного фланца 202 и по окружности соединительной зоны 162. В представленном примере указанные соединительные узлы 62 также являются болтами, каждый из которых состоит из соединительного винта 64 и затяжной гайки 66. Предпочтительно соединительные винты 56 выполнены в виде предохранителей, то есть содержат хрупкую зону, являющуюся разрывным элементом. В данном случае разъединительная система 44 содержит соединительные узлы 62, соединительный фланец 202 и соединительную зону 162, при этом последние фланец и соединительная зона имеют сквозные отверстия для установки соединительных узлов 62.

Два разъединения происходят последовательно одном за другим. Они показаны на фиг.2 и 3, на которых соответственно изображено положение до разъединения и после разъединения. Кроме того, фиг.3 иллюстрирует применение блокировочного устройства в соответствии с настоящим изобретением и недостатки, возникающие при отсутствии такого блокировочного устройства.

При разбалансировке, возникающей в результате поломки лопатки 8, соединительные узлы 62 разъединительной системы 44 разрушаются. Происходит первое разъединение (стрелка 111).

После этого вал 6 смещается в переднем направлении. Его перемещение ограничено упорами 80, образованными выступами 82 вала, которые наталкиваются на периферийную стенку 84 картера 16. При смещении вала 6 в переднем направлении происходит столкновение концов стержней винтов 54, содержащих гайки 56, со стенками выемок 86 картера 16, в результате чего разрушаются соединительные узлы 52 разъединительной системы 42. Происходит второе разъединение (стрелка 222).

На фиг.3 показано внезапное отсоединение участков 58 и 68 соединительных узлов 52, 62 при разрушении указанных соединительных узлов 52, 62 и их выброс в пространство, окружающее две разъединительные системы 42, 44. Эти участки 58, 68 в данном случае состоят из участков резьбовых стержней винтов 54, 64 с гайками 56, 66 соответственно. На фиг.3 видно, что выброс этих участков 58, 68 в окружающее пространство порождает опасность повреждения деталей, с которыми они сталкиваются, и/или нарушения работы деталей, которые они могут заклинить.

На фиг.3 показано также, что другой участок 69, образовавшийся при разрушении соединительного узла 62, остается на месте благодаря особой геометрической форме соединительной зоны 162, которую предпочтительно выполняют суженной и изогнутой.

На фиг.3 показано, наконец, каким образом устройство 110 в соответствии с настоящим изобретением может блокировать второй участок 59 соединительного узла 52 разъединительной системы 42, установленной между валом 6 и периферийной деталью 14 кольцеобразного элемента 15. Наличие этого устройства 110 особенно предпочтительно в том случае, когда геометрическая форма разъединяемых деталей, в данном случае периферийной детали 14 и заднего конца 7 вала 6, не предусмотрена для блокировки участков соединительных узлов, отсоединяющихся в результате разрушения указанных соединительных узлов.

Далее со ссылками на фиг.4 и 5 следует описание конструкции и работы устройства 110 в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.4 и 5 в увеличенном масштабе показано соединение между периферийной деталью 14 кольцеобразного элемента 15 и задним концом 7 вала 6 соответственно до и после второго разъединения.

Соединение осуществляют между соединительным фланцем 72 конца 7 вала 6 и соединительным фланцем 142 периферийной детали 14. Это соединение осуществляют при помощи соединительных узлов 52 с осями 50, каждый из которых состоит из соединительного винта 54 и затяжной гайки 56. Винт 54 содержит головку 53 винта и резьбовой стержень 55 винта. Если соединительный винт 54 выполнен в виде предохранителя, то он содержит ослабленную зону 57 для инициирования разрыва.

Показанное на фиг.4 устройство 110 предназначено для блокирования участка соединительного узла 52, состоящего из головки 53 винта 54 и из соседней части резьбового стержня 55 указанного винта. 54. Для этого его устанавливают в непосредственной близости от соединительного фланца, находящегося рядом с головкой 53 винта 54, то есть соединительного фланца 142 периферийной детали 14 кольцеобразного элемента 15.

Устройство 110 содержит неподвижную деталь 112, жестко соединенную с выступающей поперечной стенкой 148 периферийной детали 14 кольцеобразного элемента 15. Неподвижная деталь 112 выполнена в виде внутренней втулки, установленной в продолжении соединительного узла 52 по его оси 50.

Устройство 110 содержит подвижную деталь 114, выполненную с возможностью перемещения путем скольжения относительно неподвижной детали 112. Подвижная деталь 114 выполнена в виде наружной втулки, установленной в продолжении соединительного узла 52 по его оси 50. Наружная втулка в виде детали 114 охватывает внутреннюю втулку в виде детали 112, при этом обе втулки являются концентричными.

На конце, расположенном ближе всего к фланцу 142, наружная втулка содержит направленный внутрь борт 122. Этот направленный внутрь борт 122 находится между указанным фланцем 142 и головкой 53 винта 54 и выполняет роль средства натяжения для указанной головки 53 винта 54, которую он увлекает за собой, отходя от указанного фланца 142 во время осевого перемещения.

На конце, наиболее удаленном от фланца 142, наружная втулка содержит направленный наружу борт 118. Этот направленный наружу борт 118 образует периферийную закраину указанной наружной втулки.

Неподвижная внутренняя втулка и подвижная наружная втулка определяют полость 116 устройства 110. Эта полость 116 имеет осевое направление по оси 50 соединительного узла 52.

Устройство 110 содержит возвратное средство 120, которое в данном случае выполнено в виде винтовой пружины, установленной вокруг подвижной наружной втулки. С одной стороны указанное возвратное средство 120 опирается на подвижный упор, жестко соединенный с подвижной деталью 114 и предпочтительно образованный направленным наружу бортом 118 указанной наружной втулки. С другой стороны оно опирается на соединительный фланец 142.

Указанное возвратное средство 120 сжимают во время операции соединения конца 7 вала 6 с периферийной деталью 14 кольцеобразного элемента 15 при помощи соответствующих соединительных фланцев 72 и 142, то есть, его сжимают при затягивании болтов соединительного узла 52.

Указанное возвратное средство 120 разжимается во время разъединения, в результате чего происходит перемещение подвижной наружной втулки относительно неподвижной внутренней втулки, при этом наружная втулка отходит от фланца 142. Вследствие этого объем полости 116 уменьшается.

Во время разъединения соединительный узел 52 разрушается, высвобождая участки 58, 59 указанного соединительного узла 52. На фиг.5 показан участок 58 соединительного узла 52, который выбрасывается в окружающее пространство, и участок 59 указанного соединительного узла 52, который блокируется в полости 116.

В это же время возвратное средство 120, которое было сжато при затягивании соединительного узла 52, резко разжимается и увлекает за собой подвижную наружную втулку, которая перемещается в осевом направлении вдоль неподвижной внутренней втулки. Подвижная наружная втулка увлекает за собой участок 59 соединительного узла 52 при помощи натяжного средства в виде борта 122. Участок 59 соединительного узла 52 оказывается заблокированным между блокировочным элементом подвижной детали и блокировочным элементом неподвижной детали 112. Предпочтительно блокировочный элемент подвижной детали 114 является указанным натяжным средством, а блокировочный элемент неподвижной детали 112 – внутренним упором 113 неподвижной внутренней втулки. Предпочтительно указанный внутренний упор 113 образован кольцевым участком, выполненным на конце указанной внутренней втулки, находящимся ближе всего к соединительному фланцу 142.

Предпочтительно для ограничения осевого перемещения подвижной детали 114 выполняют неподвижный упор 149, жестко соединенный с неподвижной деталью 112. Этот неподвижный упор может быть наружной периферийной закраиной внутренней втулки. Предпочтительно он может быть выполнен в виде выступающей поперечной стенки 148 периферийной детали 14 кольцеобразного элемента 15, при этом неподвижная деталь 112 закреплена на этой стенке своим концом, наиболее удаленным от соединительного фланца 142.

Крепление указанной неподвижной детали на указанной поперечной стенке 148 может быть выполнено путем соединения в паз или при помощи стопорного кольца или любого другого соответствующего средства.

Предпочтительно размеры втулок и упоров соответствуют размерам соединительного узла, который должен блокироваться устройством 110.

Вышеописанное устройство может быть установлено в разъединительной системе с одной стороны соединительных узлов, например, со стороны головок винтов, как показано на фиг.4 и 5, но может быть также установлено с другой стороны соединительных узлов или даже по обе стороны от соединительных узлов. Оно наиболее подходит для установки в натяжных разъединительных системах.

На фиг.6 и 7 показаны устройства 110 в соответствии с настоящим изобретением, установленные в разъединительной системе 200 по обе стороны от соединительных узлов, соответственно до разъединения и после разъединения.

Разъединительная система 200 содержит первый соединительный фланец 210 первой соединяемой детали 205 и второй соединительный фланец 220 второй соединяемой детали 215, которые соединяются друг с другом при помощи комплекта размещенных в радиальном направлении соединительных узлов 230, таких как затяжные болты.

Первая поперечная стенка 240 выполнена практически параллельно первому соединительному фланцу 210, и вторая поперечная стенка 250 выполнена практически параллельно второму соединительному фланцу 220.

Разъединительная система 200 оснащена первым блокировочным устройством 110 и вторым блокировочным устройством 115, установленными соответственно между первым соединительным фланцем 210 и первой поперечной стенкой 240 и между вторым соединительным фланцем 220 и второй поперечной стенкой 250.

Справа на фиг.6 и 7 показано первое устройство 110, блокирующее головку болта. Это блокировочное устройство 110 абсолютно аналогично блокировочному устройству, описанному выше со ссылками на фиг.4 и 5.

Слева на фиг.6 и 7 показано второе устройство 115, блокирующее головку болта. Это блокировочное устройство 115 абсолютно аналогично первому блокировочному устройству 110, за исключением возможных различий в размерах, соответствующих в этом случае не головке винта, а гайке, навинчиваемой на резьбовой стержень винта.

Разумеется, что специалист имеет возможность приспособить это устройство для других соединительных узлов, таких, например, как соединительные заклепки, не выходя при этом за рамки настоящего изобретения.

Блокировочное устройство в соответствии с настоящим изобретением описано для разъединительной системы с натяжным винтом, применяемой в окружающем пространстве вала воздуходувки турбореактивного двигателя. Само собой разумеется, что оно может применяться для любой другой разъединительной системы, используемой в любом окружающем пространстве с аналогичными функциональными условиями, оставаясь при этом в рамках настоящего изобретения.

Формула изобретения

1. Блокировочное устройство, предназначенное для блокировки участка (59) соединительного узла деталей, отсоединившегося в результате разрушения указанного соединительного узла (52), содержащее

неподвижную деталь (112), закрепленную к одной из соединяемых частей со стороны, где расположен участок (59) соединительного узла (52);

подвижную деталь (114), выполненную с возможностью перемещения относительно неподвижной детали (112);

полость (116) для указанного участка (59) соединительного узла (52), расположенную внутри неподвижной детали (112) и подвижной детали (114);

возвратное средство (120), сжатое во время операции соединения деталей, при этом в момент разрушения соединительного узла (52) возвратное средство (120) разжимается, что приводит к перемещению путем скольжения подвижной детали (114) по отношению к неподвижной детали (112) таким образом, что указанный участок (59) соединительного узла (52) оказывается заблокированным в полости (116);

неподвижную деталь (112), выполненную в виде внутренней втулки, подвижную деталь (114), выполненную в виде наружной втулки, при этом обе втулки являются концентричными, а неподвижная деталь (112) закреплена на одной из соединяемых деталей со стороны отрыва участка (59) соединительного узла (52), отличающееся тем, что возвратное средство (120) выполнено в виде винтовой пружины, установленной вокруг наружной подвижной детали (114).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что возвратное средство (120) сжимают во время операции сборки между одной из соединяемых деталей (14) и подвижным упором (118), жестко соединенным с подвижной деталью (114).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанный подвижный упор, жестко соединенный с подвижной деталью (114), выполнен в виде борта указанной подвижной детали (114).

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит неподвижный упор (149) для ограничения перемещения подвижной детали (114).

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что подвижная деталь (114) содержит внутренний борт (122), выполненный с возможностью тянуть за собой указанный участок (59) соединительного узла (52) во время перемещения указанной подвижной детали (114).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что указанный внутренний борт (122) выполнен в виде направленного внутрь борта подвижной детали (114).

7. Блокировочное устройство по п.6, отличающееся тем, что в конце перемещения подвижной детали (114) относительно неподвижной детали (112) участок (59) соединительного узла (52) оказывается заблокированным в полости (116) между блокировочным элементом неподвижной детали (112) и блокировочным элементом подвижной детали (114).

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что внутренний упор (113) неподвижной детали (112) выполняет функцию стопора.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что внутренний борт (122) выполняет функцию стопора подвижной детали (114).

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено с возможностью блокировки участка (59) соединительного узла (52) с продольной осью (50), и тем, что перемещение подвижной детали (114) относительно неподвижной детали происходит в направлении указанной продольной оси (50).

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что выполнено с возможностью блокировки головки (53) винта (54) после разрушения указанного винта (54).

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что выполнено с возможностью блокировки конца резьбового стержня (55) винта (54) с гайкой (56) после разрушения указанного винта (54).

13. Разъединительная система (200), преимущественно с натяжным болтом, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, одно блокировочное устройство (110) по любому из пп.1-12.

РИСУНКИ