CN109733589A - 应用于机翼模块的新型连接接头 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于机翼模块的新型连接接头，包括通过定位销和双燕尾连接键配合连接的一对结构相同的接头结构，每个接头结构由一背板分为左右两端，一端与传力结构连接，另一端包括上下两个连接板以及设置在连接板之间的若干定位销孔，两个接头结构之间的定位销孔通过定位销连接，定位销孔长度短于上下连接板长度，深度满足定位销固支约束；所述连接板上开有若干连接槽，两个接头结构对接时连接槽形成工字型结构，燕尾连接键插入工字型连接槽中使两个接头结构对接，上下连接键之间通过螺纹连杆或螺栓结构进行连接。本发明用于实现基于飞机结构模块化设计的机翼模块间的连接，传力直接，结构稳定，安装和拆卸方便快捷。

Description

应用于机翼模块的新型连接接头

技术领域

本发明涉及机翼模块连接件领域，具体是一种应用于机翼模块的新型连接接头。

背景技术

机翼与机身的连接设计是飞机结构设计中最重要的设计环节之一。一方面是由于这些连接本身的重要性；另一方面在机翼机身连接区，连接构件可能还与其他构件连接，造成受载和传力情况复杂，分析比较困难，而且连接部位的构件和耳片、螺栓等连接元件通常对疲劳敏感。因此，设计时必须进行充分、准确的设计计算，对关键件要做耐久性、损伤容限分析、可靠性分析，最后完成相关的试验。机翼与机身连接设计内容较多，包括接头位置的布置(结构布局时已确定)、接头的构造形式、结构强度与刚度分析、工艺成形方法以及接头的配合间隙与容差等。

目前常见的连接接头一般结构复杂，不便于结构组装和拆卸。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种应用于机翼模块的新型连接接头，用于实现基于飞机结构模块化设计的机翼模块间的连接，传力直接，结构稳定，安装和拆卸方便快捷。

本发明包括通过定位销和双燕尾连接键配合连接的一对结构相同的接头结构，每个接头结构由一背板分为左右两端，一端与传力结构连接，另一端包括上下两个连接板以及设置在连接板之间的若干定位销孔，两个接头结构之间的定位销孔通过定位销连接，定位销孔长度短于上下连接板长度，深度满足定位销固支约束；所述连接板上开有若干连接槽，两个接头结构对接时连接槽形成工字型结构，燕尾连接键插入工字型连接槽中使两个接头结构对接，上下连接键之间通过螺纹连杆或螺栓结构进行连接。

上下连接键之间的连接方式可根据接头表面平整度的不同要求进行选择，若对平整度要求较高，可使用左右螺纹连杆进行连接，连接键上对应盲孔螺纹，操作时只需旋转连杆就可紧固上下连接键，对接头上下表面无任何形象，且方便有效；若对接头上下表面不作要求，则可直接通过螺栓连接，连接时使用螺栓紧固即可。两种连接方式均需对连接键中部螺纹孔或开孔附近进行适当加强。

为了保证连接键与接头连接时在轴力F的作用下不发生相对位移，对连接键与接头接触面倾角α进行一定要求，设接触平面摩擦因数为f，轴力F沿斜面方向的分力小于接触面的摩擦力，即满足tanα＜f。

所述的燕尾连接键侧壁与垂直方向之间具有3°倾斜角，以保证连接键与接头牢固连接，限制两接头的相对位移。

由于定位销的作用不仅仅是安装时的接头定位，还需传递垂向和侧向剪力，故需着重考虑定位销孔的刚度以及根部背板的强度问题。定位孔为四个，四个定位销孔对称分布在背板的四角，靠近上下连接板和背板边缘，使各孔距离较远，更利于剪力的传递。

为了保证组装和拆卸的快捷性以及一定的传剪能力，所述的两个接头结构之间的定位销孔和定位销过渡配合。

该新型连接接头是通过使用双燕尾连接键和定位销将安装在不同模块的两接头连接在一起，其具体连接方式如下：

假设一对接头已分别与需连接结构紧固连接。组装时，首先通过定位销对两接头进行导向定位，方法为将四个定位销一端插入接头背板上的四个定位销孔槽，然后将另一接头上的定位销孔接入四个定位销的尖端即完成两接头的定位，定位后在接口上下连接板开槽处同时放置双燕尾连接键，两个连接键根据不同表面要求选择使用左右螺纹连杆或使用螺栓连接，连接紧固即对接安装完毕。由于连接键侧面3°倾斜，当连接紧固时即可限制两接头的相对位移，并传递轴力与弯矩，扭矩则由四个定位销传递。拆卸时只需松开左右螺纹连杆或螺栓即可，方便快捷。

本发明有益效果在于：

1、采用该新型连接接头，可以实现结构不同模块间的快速组装与拆卸，便于对结构进行检查和维修，节省时间。

2、该新型连接接头安装在主传力结构上，使结构设计紧凑，结构的可靠性较高。

3、该连接接头结构简单，零件较少，可以有效减轻结构重量。

附图说明

图1为新型连接接头示意图。

图2为双燕尾连接键示意图。

图3为连接键连接方式示意图。

图4为连接效果示意图。

图5为工字梁受力简图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的一种具体结构如图1所示，以被连接结构的传力构件为工字梁为例，具体设计方法如下，包括接头设计和接头安装。

接头设计：

(1)首先根据被连接件确定接头尺寸，每个接头结构由一背板1分为左右两端，一端与传力结构连接，另一端包括上下两个连接板5，在连接板上分别设两个槽，用于与双燕尾连接键连接，根据受力不同可对开槽位置进行修改，实现力的合理分配，对开槽后边缘的剩余部分稍作加强，保证结构刚度和承载能力。

(2)在背板四角接近连接板处设四个定位销孔4，因定位销不仅用来实现接头对接时的定位还要传递剪力，故在选择定位销时要考虑其传剪能力，且需考虑定位销孔的刚度以及背板的强度。

(3)图2给出双燕尾工字型连接键的结构三视图，在侧面设置3°倾角，上下连接键之间的连接方式可根据接头上下表面平整度要求选择左右螺栓或螺纹连接。两种连接方式均需对连接键中部螺纹孔或开孔附近进行适当加强。

接头安装：

(1)将梁上下缘条嵌入接头上下两个梁缘条连接板2中，梁腹板与梁腹板连接板3对接，使接头分别安装在被连接传力梁上。

(2)将四个定位销一端插入一接头背板上的四个定位销孔4，然后将另一接头上的定位销孔接入四个定位销的尖端，完成两接口的导向定位。

(3)两接头实现导向定位以后，在上下连接板5上同时放入双燕尾连接键，上下两连接键使用左右螺纹连杆或螺栓连接，连接紧固即可。

上下连接键之间的连接方式可根据接头表面平整度的不同要求进行选择，如图3所示，若对平整度要求较高，可使用左右螺纹连杆进行连接，连接键上对应盲孔螺纹，操作时只需旋转连杆就可紧固上下连接键，对接头上下表面无任何形象，且方便有效；若对接头上下表面不作要求，则可直接通过螺栓连接，连接时使用螺栓紧固即可。两种连接方式均需对连接键中部螺纹孔或开孔附近进行适当加强。

根据需要传递的力的特性，判断连接接头的材料及参数，设计时应考虑传力的类型，大小，接头、连接键及定位销的强度和刚度，同时要考虑摩擦力的影响。

假设将此连接接头用于连接一传力工字梁，连接效果如图4所示，其受力如图5所示，主要传递x轴和z轴方向的弯矩M₁和M₂，沿y轴方向的扭矩M_e。首先分析工字型连接键受力情况，设接头上下连接板之间的距离为l₁,同一连接板上两连接键的距离为l₂，对M₁和M₂进行分解，则四个连接键受力分别为： 故连接键承受最大拉力为最大压力为对于连接键，选择合适的材料和截面积即可保证结构强度。

接头上下连接板开槽后剩余部分的刚度与承载能力需重点分析，考虑最大拉力情况，令在连接键与接头接触斜面上，T分解为垂直斜面的N和沿斜面方向的F，N由斜面抵抗，F由摩擦力抵抗，故接触面选择合适的粗糙度及倾角即可限制接头与连接键的相对位移。对连接板开槽后的剩余部分应该适当加厚以减小所受应力，保证结构安全。

接头主要依靠背板上的四个定位销来传递扭矩，设定位销按矩形对称分布，对角距离为c，由力的平衡得：则每根销钉承受剪力此可见，调整定位销的位置可改变其承剪能力，相互距离越远效果越好。设背板上的定位销孔槽有效长度为a，则每个孔承受的最大弯矩孔槽根部为危险截面，故增大孔槽根部截面积以保证孔槽与背板连接处的材料强度，加强部分的长度及截面积可根据实际受力情况进行调整，以实现力的合理分配的。

由此可见，设计出的新型连接接头在合理的材料和尺寸设置下可以有效完成力的传递，从而实现连接效果。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于机翼模块的新型连接接头，其特征在于：包括通过定位销和双燕尾连接键配合连接的一对结构相同的接头结构，每个接头结构由一背板分为左右两端，一端与传力结构连接，另一端包括上下两个连接板以及设置在连接板之间的若干定位销孔，两个接头结构之间的定位销孔通过定位销连接，定位销孔长度短于上下连接板长度，深度满足定位销固支约束；所述连接板上开有若干连接槽，两个接头结构对接时连接槽形成工字型结构，燕尾连接键插入工字型连接槽中使两个接头结构对接，上下连接键之间通过螺纹连杆或螺栓结构进行连接。

2.根据权利要求1所述的应用于机翼模块的新型连接接头，其特征在于：所述的燕尾连接键与接头结构的接触面具有倾角α，设接触平面摩擦因数为f，轴力F沿斜面方向的分力小于接触面的摩擦力，即满足tanα＜f。

3.根据权利要求1所述的应用于机翼模块的新型连接接头，其特征在于：所述的燕尾连接键侧壁与垂直方向之间具有3°倾斜角。

4.根据权利要求1所述的应用于机翼模块的新型连接接头，其特征在于：所述的定位孔为四个，四个定位销孔对称分布在背板的四角，靠近上下连接板和背板边缘。

5.根据权利要求1所述的应用于机翼模块的新型连接接头，其特征在于：所述的两个接头结构之间的定位销孔和定位销过渡配合。