RU2813808C1

RU2813808C1 - Quick release bolt for attaching helicopter blades

Info

Publication number: RU2813808C1
Application number: RU2023126083A
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Комарницкий
Original assignee: Акционерное общество "ГАРУДА АЭРО" (АО "ГАРУДА АЭРО")
Filing date: 2023-10-12
Publication date: 2024-02-19

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: quick-release bolt for attaching a helicopter blade comprises a rod, in the upper part of which there is a hole perpendicular to the longitudinal axis of the rod, into which an axle is inserted, the ends of which are inserted into the eyes of a handle made in the form of an L-shaped lever. The handle lugs are made in the form of round cams with an offset axis of the holes. A locking plate in the form of an L-shaped lever is attached to the handle at one end. On the rod under the round cams there is a freely placed support plate with which the cams are in contact; on the rod from the side of its free end there is a support washer, tightened by an adjusting nut. Between the support plate and the support washer, two groups of rings are placed on the rod, in the first of which the rings cover the rod and have a triangular outer surface. In the second group, the rings are split and elastic in the radial direction. The hole axis of each round cam is offset along a line passing through the centre of that hole and a point or line on the outer contact surface of the round cam.

EFFECT: simplified design providing the ability to quickly secure the blade and quickly unfasten it.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к вертолетостроению и касается конструкции быстросъемного болта, используемого для крепления корневой части лопастей несущей системы вертолета к втулке.The invention relates to the helicopter industry and concerns the design of a quick-release bolt used for attaching the root part of the blades of the helicopter support system to the bushing.

Известен быстросъемный болт для крепления лопастей к втулке несущего винта вертолета, состоящий из стержня, составной ручки, выполненной в виде скобы, и контровочной булавки. Стержень с одной стороны имеет головку с перпендикулярным оси стержня отверстием, а с другой стороны в месте захода ручки имеется проточка, а для завода контровочной булавки - отверстие. Ручка состоит из основания с отверстием под ось крепления в отверстии на стержне и двух пластин, одна из которых - жесткая с выемкой на конце и взаимодействующая с проточкой стержня, другая - упругая с отверстием для фиксации ручки на стержне в рабочем состоянии. Пластины жестко закреплены на основании ручки. Контровочная булавка также закреплена на ручке. Заход жесткой пластины при установке болта происходит с деформацией пластины и с осевым зазором с деталью (US 5249926, В64С 27/50, В64С 27/32).A quick-release bolt is known for attaching blades to the rotor hub of a helicopter, consisting of a rod, a composite handle made in the form of a bracket, and a safety pin. The rod on one side has a head with a hole perpendicular to the axis of the rod, and on the other side there is a groove where the handle enters, and a hole for winding the safety pin. The handle consists of a base with a hole for the fastening axis in the hole on the rod and two plates, one of which is rigid with a notch at the end and interacts with the groove of the rod, the other is elastic with a hole for fixing the handle on the rod in working condition. The plates are rigidly fixed to the base of the handle. The safety pin is also attached to the handle. The entry of the rigid plate when installing the bolt occurs with deformation of the plate and with an axial gap with the part (US 5249926, V64S 27/50, V64S 27/32).

В этом решении стержень выполнен гладким, а в нижней части выполнена кольцебвая проточка, в которую при повороте ручки входит открытый вырез концевой части ручки, охватывая стержень по проточке. В таком виде положение элементов фиксируется контровочной булавкой, которую пропускают через отверстие в кончике стержня под открытым вырезом концевой части ручки.In this solution, the rod is made smooth, and in the lower part there is an annular groove, into which, when the handle is turned, an open cutout of the end part of the handle enters, encircling the rod along the groove. In this form, the position of the elements is fixed with a safety pin, which is passed through a hole in the tip of the rod under the open cutout of the end part of the handle.

У этого решения нет беззазорной фиксации в осевом направлении в скрепляемой конструкции. Из-за необходимости деформирования при установке жесткая пластина выполнена ограниченной прочности, что уменьшает величину воспринимаемой осевой нагрузки и уменьшает надежность соединения. Для увеличения надежности соединения введен специальный элемент контровочная булавка, что увеличивает количество требуемых деталей и увеличивает время процесса установки/съема болта в связи с необходимостью установки/снятия контровочной булавки.This solution does not have a backlash-free fixation in the axial direction in the structure being fastened. Due to the need for deformation during installation, the rigid plate is made of limited strength, which reduces the magnitude of the perceived axial load and reduces the reliability of the connection. To increase the reliability of the connection, a special safety pin element has been introduced, which increases the number of required parts and increases the time of the bolt installation/removal process due to the need to install/remove the safety pin.

Так же известен быстросъемный болт, включающий в себя включает стержень, выполненный с одной стороны с головкой, в которой имеется перпендикулярное оси стержня отверстие, ручку в виде скобы, одним концом закрепленную осью в отверстии головки стержня и упругую фиксирующую пластину, на одном конце которой выполнено отверстие, взаимодействующее со стержнем, а другим концом жестко закрепленную на ручке. Отверстие в головке стержня выполнено эксцентрично относительно оси стержня. Конец ручки выполнен в виде клина с пазом. Стержень имеет ответные клинообразные пазы (RU 2442911, F16B 21/00, опубл. 20.02.2012 г.).A quick-release bolt is also known, which includes a rod made on one side with a head in which there is a hole perpendicular to the axis of the rod, a handle in the form of a bracket, one end fixed by an axis in the hole of the head of the rod and an elastic fixing plate, at one end of which there is a hole that interacts with the rod, and the other end is rigidly fixed to the handle. The hole in the head of the rod is made eccentric relative to the axis of the rod. The end of the handle is made in the form of a wedge with a groove. The rod has reciprocal wedge-shaped grooves (RU 2442911, F16B 21/00, published 02/20/2012).

Недостаток данного решения заключается в сложности конструкции, обусловленной необходимостью выполнения на стержне клиновых пазов, в связи с чем ручка выполнена составной из связанной с головкой частью, к которой прикреплена часть, имеющая сквозной вырез с боковыми стенками, ответными форме клиновых пазов. Кроме того, после закрывания ручки концевая часть стержня фиксируется в отверстии пружиной скобы, для чего пружинная скоба выполнена плавно отогнутой вниз, и при заводе стержня его концевая часть скользит по скобе, отжимает ее вниз, а при попадании концевой части в отверстие скоба выпрямляется. Если при закреплении лопасти с применением такого болта операция проводится быстро и без применения специального инструмента, то при демонтаже надо использовать специальный инструмент, чтобы оттянуть пружинную скобу вниз и выбить стержень из клинового замка.The disadvantage of this solution is the complexity of the design due to the need to make wedge grooves on the rod, and therefore the handle is made of a composite part connected to the head, to which is attached a part having a through cutout with side walls corresponding to the shape of the wedge grooves. In addition, after closing the handle, the end part of the rod is fixed in the hole by the spring of the bracket, for which the spring bracket is made smoothly bent down, and when the rod is wound, its end part slides along the bracket, presses it down, and when the end part enters the hole, the bracket is straightened. If, when securing the blade using such a bolt, the operation is carried out quickly and without the use of a special tool, then when dismantling it is necessary to use a special tool to pull the spring bracket down and knock the rod out of the wedge lock.

В приведенных аналогах используется гладкий стержень цилиндрической формы, что прямо указывает на выполнение корневой части лопасти вилочной формы с соосными отверстиями на концевых участках. Динамическая нагрузка, действующая на корневую часть лопасти, в этом случае, распределяется по элементабм вилки. Если учесть, что даже при точном изготовлении стержня болта необходимы зазоры в отверстиях, чтобы этот болт в них вставить без заклинивания, то при вращении лопасти в зонах отверстий происходят изгибы частей вилок, что отрицательно сказывается на эксплуатационной долговечности лопасти.The above analogues use a smooth cylindrical rod, which directly indicates that the root part of the blade is fork-shaped with coaxial holes at the end sections. The dynamic load acting on the root part of the blade, in this case, is distributed over the fork elements. If we take into account that even with precise manufacturing of the bolt shaft, clearances in the holes are necessary in order for the bolt to be inserted into them without jamming, then when the blade rotates, bending of the fork parts occurs in the areas of the holes, which negatively affects the operational durability of the blade.

Так как лопасти создают подъемную силу, за счет которой конструкция взлетает в воздух, то лопасти подвергаются воздействию инерции и аэродинамических сил, перемещаясь горизонтально и вертикально. Лопасти устроены и работают вовсе не так, как крылья у самолета, главное различие в том, на вертолетные лопасти воздействуют не постоянные, а переменные нагрузки.Since the blades create the lift that propels the structure into the air, the blades are subject to inertia and aerodynamic forces, moving horizontally and vertically. The blades are designed and work differently than the wings of an airplane; the main difference is that helicopter blades are subject to variable, rather than constant, loads.

В настоящее время для решения этой проблемы изменен подход к конструированию лопасти и, в частности, ее корня. Сейчас используется более практичное решение - композиционные материалы. Чтобы получить композиционньш материал, сочетаются два вещества с разными характеристиками. Обычно это жесткий армирующий наполнитель и матрица. В роли первого могут использоваться стекловолокно или углеродное волокно, в роли второго часто идет смола синтетического происхождения. Смола термоактивная, поэтому при нагревании она становится не только жесткой, но стойкой к химическим воздействиям. Такие лопасти выполняются монолитными, а корневая часть такой лопасти так же представляет собой монолитное тело, в котором выполнено одно или два сквозных отверстия, в которые вставляются быстросъемные болты. При этом композиционный материал по мере своей длины обладает изгибными свойствами, не приводящими к разрушению структуры материала. Это позволило использовать изгибную деформацию лопасти на участке от корня до кончика в качестве компенсатора изгибных нагрузок по аналогии с демпфером колебаний. Но это привело к необходимости беззазорной установки стержня болта в этих отверстиях, для получения консольной схему крепления лопасти. Сказанное относится исключительно к узлу закрепления корня лопасти быстросъемными болтами на базовом основании, которое может, как вариант, быть через амортизирующие элементы прикреплено к элементами втулки.Currently, to solve this problem, the approach to the design of the blade and, in particular, its root has been changed. Now a more practical solution is being used - composite materials. To obtain a composite material, two substances with different characteristics are combined. Typically this is a rigid reinforcing filler and matrix. The first role can be made of glass fiber or carbon fiber; the second role is often resin of synthetic origin. The resin is thermoactive, so when heated it becomes not only rigid, but resistant to chemical influences. Such blades are made monolithic, and the root part of such a blade is also a monolithic body, in which there are one or two through holes into which quick-release bolts are inserted. In this case, the composite material, along its length, has bending properties that do not lead to destruction of the structure of the material. This made it possible to use the bending deformation of the blade in the area from root to tip as a compensator for bending loads, by analogy with a vibration damper. But this led to the need for a backlash-free installation of the bolt rod in these holes in order to obtain a cantilever mounting scheme for the blade. The above applies exclusively to the unit for fastening the blade root with quick-release bolts on the base base, which can, alternatively, be attached to the bushing elements through shock-absorbing elements.

В связи с этим появились быстросъемные болты к клиновыми элементами на стержне, которые при закрывании ручки распираются и входят в контакт со стенкой отверстия в корне лопасти и с самим стержнем. При пропускании болта клиновые элементы не меняют первоначальную форму, а при затяжке распираются в поперечном (радиальном) направлении.In this regard, quick-release bolts appeared for the wedge elements on the rod, which, when the handle is closed, expand and come into contact with the wall of the hole in the root of the blade and with the rod itself. When passing the bolt, the wedge elements do not change their original shape, but when tightened, they expand in the transverse (radial) direction.

Так. известен быстросъемный болт для крепления лопастей к втулке несущего винта вертолета, включающий в себя включает стержень, выполненный с одной стороны с головкой, в которой имеется перпендикулярное продольной оси стержня отверстие, ручку в виде скобы, на одном конце которой сформирован круглой формы кулачок со смещенным центральным отверстием, через которое проходит ось, размещенная в отверстии головки стержня, упругую фиксирующую пластину с отверстием на одном конце и другим концом прикрепленную к ручке, при этом свободный конец стержня выполнен со ступенчатым цилиндрическим выступом, краевая ступень которой утапливается в отверстии упругой пластины, а другая ступень большего диаметра в виде шестигранной гайки упирается в поверхность упругой пластины, причем на стержне под кулачком размещена опорная пластина, с которой контактирует кулачок, а между этой опорной пластиной и свободным концом на стержне размещены две группы колец, первая группа в виде одного или нескольких колец, охватывающая стержень (возможно плотно), выполнена с треугольной формы наружной поверхностью, а другая группа упругих колец, расположенная с зазором относительно друг друга по длине стержня и расположенная снаружи кольца/колец первой группы, выполнена с треугольной формы внутренней поверхностью, кольца обеих групп расположены так, что наклонные стенки наружных колец распложены во впадине, образованной наклонными стенками внутренних колец, образуя клиновые поверхности, при повороте ручки кулачок проворачивается и оказывает (за счет эксцентриситета) давление на опорное кольцо, которое давит на разрезные кольца, наружные из которых за счет упругости расширяются при перемещении по наклонным поверхностям внутренних колец и входят в контакт со стенкой отверстия в корне лопасти. Для фиксации закрытого положения ручки на кулачке выполнена прямая лыска. При поворачивании ручки кулачок садится поверхностью прямой лыски на опорную пластину и не может самопроизвольно вернуться в исходное положение. Свободный конец стержня фиксируется в отверстии упругой пластины, которая препятствует смещению ручки. А посредством шестигранной гайки можно сформировать предварительную затяжку разрезных колец (CN 105020226, F16B 13/06, опубл. 04.11.2015 г.).So. a quick-release bolt is known for attaching blades to the main rotor hub of a helicopter, which includes a rod made on one side with a head in which there is a hole perpendicular to the longitudinal axis of the rod, a handle in the form of a bracket, at one end of which a round cam is formed with an offset central a hole through which passes an axis placed in the hole of the head of the rod, an elastic fixing plate with a hole at one end and the other end attached to the handle, while the free end of the rod is made with a stepped cylindrical protrusion, the edge step of which is recessed in the hole of the elastic plate, and the other a step of larger diameter in the form of a hex nut rests against the surface of the elastic plate, and on the rod under the cam there is a support plate with which the cam is in contact, and between this support plate and the free end there are two groups of rings on the rod, the first group in the form of one or more rings , enclosing the rod (possibly tightly), is made with a triangular shaped outer surface, and another group of elastic rings, located with a gap relative to each other along the length of the rod and located outside the ring/rings of the first group, is made with a triangular shaped inner surface, the rings of both groups are located so that the inclined walls of the outer rings are located in the depression formed by the inclined walls of the inner rings, forming wedge surfaces; when the handle is turned, the cam rotates and exerts (due to eccentricity) pressure on the support ring, which presses on the split rings, the outer ones due to elasticity expand when moving along the inclined surfaces of the inner rings and come into contact with the wall of the hole in the root of the blade. To fix the closed position of the handle on the cam, a straight flat is made. When turning the handle, the cam sits with the surface of a straight flat on the support plate and cannot spontaneously return to its original position. The free end of the rod is fixed in the hole of the elastic plate, which prevents the handle from moving. And using a hex nut, you can form a pre-tightening of the split rings (CN 105020226, F16B 13/06, publ. 11/04/2015).

Это решение принято в качестве прототипа.This solution was adopted as a prototype.

Недостаток данного решения заключается в том, что свободный конец стержня при закрытом положении ручки пропущен через отверстие в упругой фиксирующей пластине. Это необходимо для того, чтобы надежно зафиксировать ручку от возможных смещений, обусловленных динамическими нагрузками, действующими на лопасть и вибрацией, которая может спровоцировать волновой процесс резонирующего характера. В верхней части болта ручка фиксируется за счет того, что кулачок контактирует с опорным кольцом по поверхности лыски. Теоретически это заманчивое решение. Но на практике приходится иметь дело с кулачком. При посадке на лыску кулачок приобретает не точечное или линейное опирание, а опирание на большую поверхность, равную площади поверхности лыски. При попадании на поверхность лыски кулачок блокируется. Для разблокировки кулачка необходимо отогнуть пружинящую пластину на угол, при котором концевая часть стержня выйдет из отверстия в пластине, при этом деформируется только пружинящая пластина, так как ручка, соединенной с этой пластиной, заблокирована от перемещений. Затем надо повернуть ручку и вывести кулачок на круговой участок его контактной поверхности. Но для этого необходимо дополнительно оказать давление на разрезные кольца, увеличив их расширение. Но эти кольца уже расширены и находятся в контакте со стенкой отверстия в корне лопасти, что препятствует их дальнейшему радиальному расширению. А приложение дополнительного усилия приводит к повышения эффекта клинового запирания колец. Поэтому, чтобы повернуть ручку и вывести кулачок из плоского контакта с опорным кольцом надо использовать специальный инструмент. Но даже при повороте ручки возможно, что из-за заклинивания разрезных колец они не вернутся в исходное положение, что затруднит вытаскивание болта из отверстия, а это потребует другого специального инструмента для выбивания болта со стороны его открытой концевой части.The disadvantage of this solution is that the free end of the rod, when the handle is closed, is passed through a hole in the elastic fixing plate. This is necessary in order to securely fix the handle from possible displacements caused by dynamic loads acting on the blade and vibration, which can provoke a wave process of a resonating nature. At the top of the bolt, the handle is fixed due to the fact that the cam contacts the support ring along the surface of the flat. In theory, this is a tempting solution. But in practice you have to deal with the cam. When landing on a flat, the cam acquires not point or linear support, but support on a large surface equal to the surface area of the flat. When the flat surface hits the surface, the cam is blocked. To unlock the cam, it is necessary to bend the spring plate to an angle at which the end part of the rod comes out of the hole in the plate; in this case, only the spring plate is deformed, since the handle connected to this plate is blocked from movement. Then you need to turn the handle and bring the cam to the circular section of its contact surface. But to do this, it is necessary to additionally apply pressure to the split rings, increasing their expansion. But these rings are already expanded and are in contact with the wall of the hole in the blade root, which prevents their further radial expansion. And the application of additional force leads to an increase in the wedge locking effect of the rings. Therefore, to turn the handle and remove the cam from flat contact with the support ring, you must use a special tool. But even when turning the handle, it is possible that due to jamming of the split rings, they will not return to their original position, which will make it difficult to pull the bolt out of the hole, and this will require another special tool to knock out the bolt from its open end part.

Рассматриваемый болт относится к категории быстросъемного болта, в смысл названия которого заложены не только простота установки и крепления, но и облегченное раскрытие крепления для быстрого извлечения болта при ремонте лопасти. В известном решении демонтаж болта затруднен.The bolt in question belongs to the category of quick-release bolt, the meaning of which implies not only ease of installation and fastening, but also easier opening of the fastener for quick removal of the bolt when repairing the blade. In the known solution, dismantling the bolt is difficult.

Изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции для обеспечения возможности быстрого закрепления лопасти и быстрого ее раскрепления.The invention is aimed at achieving a technical result consisting in simplifying the design to enable quick fastening of the blade and its quick release.

Указанный технический результат достигается тем, что в быстросъемном болте для крепления лопасти вертолета, содержащем стержень, в верхней части которого выполнено перпендикулярное продольной оси стержня отверстие, в которое вставлена ось, концы которой вставлены в проушины ручки, выполненной в виде Г-образного рычага, проушины ручки выполнены в виде круглых кулачков со смещенной осью отверстий, фиксирующую пластину в виде Г-образного рычага, одним концом прикрепленную к ручке и с выемкой на другом конце для приема свободного конца стержня, на стержне под круглыми кулачками свободно размещена опорная пластина, с которой контактируют кулачки, на стержне со стороны его свободного конца размещена опорная шайба, поджатая регулировочной гайкой, а между опорной пластиной и опорной шайбой на стержне размещены две группы колец, в первой из которых кольца охватывают стержень и выполнены с треугольной формы наружной поверхностью, а во второй группа кольца выполнены разрезными и упругими в радиальном направлении, кольца второй группы расположены с зазором относительно друг друга по длине стержня, выполнены с треугольной формы внутренней поверхностью и размещены вокруг колец первой группы с расположением вершин схождения наклонных стенок разрезных колец во впадинах, образованной наклонными стенками колец первой группы для формирования клинового взаимодействия колец между собой, ось отверстия каждого круглого кулачка смещена вдоль линии, проходящей через центр этого отверстия и точку или линию на наружной контактной поверхности круглого кулачка, расстояние от которой до центра упомянутого отверстия больше расстояния от центра отверстия до других точек или линий на этой наружной контактной поверхности круглого кулачка, регулировочная гайка выполнена с по крайней мере двумя расположенными на противоположных сторонах лысками, поверхности которых параллельны друг другу, выемка на фиксирующей пластине выполнена в виде открытого выреза с параллельными друг другу противоположно расположенными стенками и глубиной, большей поперечного размера регулировочной гайки, измеренного в направлении вдоль лысок, опорная пластина выполнена круглой формы в плане и с буртиком по периметру для расположения круглых кулачков ручки на опорной пластине внутри буртика, а при размещении регулировочной гайки внутри открытого выреза фиксирующей пластины у дна этого выреза указанная точка или линия на наружной контактной поверхности круглого кулачка, расстояние от которой до центра упомянутого отверстия больше расстояния от центра отверстия до других точек или линий на этой наружной контактной поверхности круглого кулачка, расположена на расстоянии от продольной оси стержня со смещением в сторону от плеча ручки, к которому прикреплена фиксирующая пластина.The specified technical result is achieved by the fact that in a quick-release bolt for fastening a helicopter blade, containing a rod, in the upper part of which there is a hole perpendicular to the longitudinal axis of the rod, into which an axis is inserted, the ends of which are inserted into the eyes of a handle made in the form of an L-shaped lever, the eyes the handles are made in the form of round cams with an offset axis of the holes, a fixing plate in the form of an L-shaped lever, one end attached to the handle and with a recess at the other end to receive the free end of the rod; a support plate is freely placed on the rod under the round cams, with which they are in contact cams, on the rod from the side of its free end there is a support washer, pressed with an adjusting nut, and between the support plate and the support washer on the rod there are two groups of rings, in the first of which the rings cover the rod and are made with a triangular outer surface, and in the second group the rings are split and elastic in the radial direction, the rings of the second group are located with a gap relative to each other along the length of the rod, are made with a triangular inner surface and are placed around the rings of the first group with the convergence vertices of the inclined walls of the split rings in the depressions formed by the inclined walls of the rings of the first group to form a wedge interaction of the rings with each other, the axis of the hole of each round cam is shifted along a line passing through the center of this hole and a point or line on the outer contact surface of the round cam, the distance from which to the center of the said hole is greater than the distance from the center of the hole to other points or lines on this outer contact surface of the round cam, the adjusting nut is made with at least two flats located on opposite sides, the surfaces of which are parallel to each other, the recess on the locking plate is made in the form of an open cutout with opposite walls parallel to each other and a depth greater than the transverse the size of the adjusting nut, measured in the direction along the flats, the support plate is made of a circular shape in plan and with a collar around the perimeter for placing the round cams of the handle on the support plate inside the collar, and when placing the adjusting nut inside the open cutout of the locking plate at the bottom of this cutout, the specified point or a line on the outer contact surface of the round cam, the distance from which to the center of said hole is greater than the distance from the center of the hole to other points or lines on this outer contact surface of the round cam, is located at a distance from the longitudinal axis of the rod offset away from the handle arm to which a fixing plate is attached.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are essential and are interrelated to form a stable set of essential features sufficient to obtain the required technical result.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by specific examples of implementation, which, however, are not the only possible ones, but clearly demonstrate the possibility of achieving the required technical result.

На фиг. 1 - общий вид быстро съемного болта;In fig. 1 - general view of a quickly removable bolt;

фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, разрез по продольной оси стержня.fig. 2 - the same as in Fig. 1, section along the longitudinal axis of the rod.

Согласно настоящему изобретению, рассматривается конструкция замкового соединения, называемого в области вертолетостроения «быстросъемным болтом», которое применяется для быстрого по времени исполнения закрепления корневой части лопасти вертолета в базовой детали и такого же быстрого по времени раскрепления этой лопасти без применения специального инструмента. Это позволяет в условиях стационарного ремонтного предприятия или в полевых условиях быстро производить замену аварийной лопасти.According to the present invention, the design of a locking connection, called a “quick-release bolt” in the field of helicopter engineering, is considered, which is used for quickly securing the root part of a helicopter blade in the base part and equally quickly unfastening this blade without the use of special tools. This allows you to quickly replace an emergency blade in a stationary repair facility or in the field.

Быстросъемный болт для крепления лопасти вертолета (фиг. 1 и 2 содержит стержень 1 в форме цилиндра, в верхней части которого сформирована головка (может быть продолжением тела стержня или его верхней частью), в которой выполнено перпендикулярно продольной оси стержня отверстие. В это отверстие вставлена ось 2. Болт так же содержит ручку, выполненную в виде Г-образного рычага 3, на одном плече которого организованы две проушины 4, в которые вставлены концы оси 2. В данном случае возможно, что ось 2 установлена в головке стержня с возможностью свободного вращения, а проушины одеты на концы этой оси с натягом, или ось 2 установлена в головке стержня с возможностью свободного вращения, а проушины одеты на концы этой оси с возможностью свободного поворота вокруг этой оси, или ось 2 установлена в головке стержня с натягом, а проушины одеты на концы этой оси с возможностью свободного вращения. Конкретный вариант посадки проушин на ось не является существенным, существенным является то, что проушины при повороте рычага 3 могут поворачиваться на некоторый угол вправо и влево.A quick-release bolt for attaching a helicopter blade (Figs. 1 and 2 contains a rod 1 in the shape of a cylinder, in the upper part of which a head is formed (can be a continuation of the body of the rod or its upper part), in which a hole is made perpendicular to the longitudinal axis of the rod. A hole is inserted into this hole axis 2. The bolt also contains a handle made in the form of an L-shaped lever 3, on one arm of which there are two eyes 4, into which the ends of axis 2 are inserted. In this case, it is possible that axis 2 is installed in the head of the rod with the possibility of free rotation , and the eyes are mounted on the ends of this axis with an interference fit, or axis 2 is installed in the head of the rod with the possibility of free rotation, and the eyes are mounted on the ends of this axis with the possibility of free rotation around this axis, or axis 2 is installed in the head of the rod with an interference fit, and the eyes put on the ends of this axis with the possibility of free rotation.The specific option for fitting the lugs on the axis is not essential, the essential thing is that the lugs can be rotated at a certain angle to the right and left when turning the lever 3.

Проушины 4 ручки выполнены в виде круглых кулачков со смещенной осью отверстий. По сути, это представляет собой кулачковый механизм с ручным поворотом кулачка на эксцентрике.Eyelets 4 of the handle are made in the form of round cams with an offset axis of the holes. Essentially, it is a cam mechanism with a manually turned cam on an eccentric.

Ось отверстия каждого круглого кулачка смещена вдоль линии, проходящей через центр этого отверстия и точку или линию на наружной контактной поверхности круглого кулачка, расстояние от которой до центра упомянутого отверстия больше расстояния от центра отверстия до других точек или линий на этой наружной контактной поверхности круглого кулачка. При выполнении контактной наружной рабочей поверхности круглого кулачка в виде плоской поверхности с некоторой шириной, контакт кулачка с поверхностью опирания проходит по линии, а при выполнении контактной наружной рабочей поверхности круглого кулачка дугообразно выпуклой, контакт кулачка с поверхностью опирания проходит по точке. Конкретная форма поверхности контакта кулачка не является существенной.The axis of the hole of each round cam is offset along a line passing through the center of this hole and a point or line on the outer contact surface of the round cam, the distance from which to the center of the said hole is greater than the distance from the center of the hole to other points or lines on this outer contact surface of the round cam. When the contact outer working surface of a round cam is made in the form of a flat surface with a certain width, the contact of the cam with the bearing surface passes along a line, and when the contact outer working surface of a round cam is made arcuately convex, the contact of the cam with the bearing surface passes along a point. The specific shape of the cam contact surface is not significant.

Контактная наружная рабочая поверхность круглого кулачка по отношению к центру отверстия в проушине представляет собой кривую поверхность, на которой есть точка или линия, максимально удаленная от центра отверстия под ось 2, относительно которой остальные точки на этой поверхности лежат на меньшем расстоянии от центра этого отверстия.The contact outer working surface of the round cam in relation to the center of the hole in the eye is a curved surface on which there is a point or line that is maximally distant from the center of the hole for axis 2, relative to which the remaining points on this surface lie at a smaller distance from the center of this hole.

На стержне под круглыми кулачками свободно размещена опорная пластина 5, с которой контактируют кулачки, а на стержне со стороны его свободного конца размещена опорная шайба 6, поджатая регулировочной гайкой 7. Опорная пластина выполнена круглой формы в плане и с буртиком 8 по периметру для расположения круглых кулачков ручки на опорной пластине внутри буртика. Регулировочная гайка выполнена с по крайней мере двумя расположенными на противоположных сторонах лысками 9, поверхности которых параллельны друг другу.On the rod under the round cams there is a support plate 5 freely placed, with which the cams are in contact, and on the rod from the side of its free end there is a support washer 6, pressed with an adjusting nut 7. The support plate is made of a round shape in plan and with a shoulder 8 along the perimeter for the location of the round handle cams on the support plate inside the collar. The adjusting nut is made with at least two flats 9 located on opposite sides, the surfaces of which are parallel to each other.

Между опорной пластиной 5 и опорной шайбой 6 на стержне 1 размещены две группы колец. В первой группе кольца 10 охватывают стержень 1 и выполнены с треугольной формы наружной поверхностью. Во второй группе кольца 11 выполнены разрезными и упругими в радиальном направлении, эти кольца расположены с зазором относительно друг друга по длине стержня и снаружи колец 10 первой группы. Кольца второй группы выполнены с треугольной формы внутренней поверхностью и размещены вокруг колец первой группы с расположением вершин схождения наклонных стенок разрезных колец во впадинах, образованной наклонными стенками колец первой группы для формирования клинового взаимодействия колец между собой. Поворотом регулировочной гайки 7 обеспечивают предварительный натяг колец по наклонным поверхностям, сохраняя при этом зазор между наружно расположенными кольцами второй группы.Between the support plate 5 and the support washer 6 on the rod 1 there are two groups of rings. In the first group, rings 10 cover the rod 1 and are made with a triangular outer surface. In the second group, the rings 11 are made split and elastic in the radial direction; these rings are located with a gap relative to each other along the length of the rod and outside the rings 10 of the first group. The rings of the second group are made with a triangular-shaped inner surface and are placed around the rings of the first group with the convergence vertices of the inclined walls of the split rings in the depressions formed by the inclined walls of the rings of the first group to form a wedge interaction between the rings. By turning the adjusting nut 7, the preload of the rings is provided on inclined surfaces, while maintaining the gap between the outer rings of the second group.

При повороте ручки проушины 4 поворачиваются на оси 2, происходит перемещение контактной рабочей поверхности круглых кулачков по поверхности опорной пластины, что приводит к перемещению опорной пластины вдоль продольной оси стержня. Созданное давление передается на разрезные кольца 11 второй группы, которые начинают скользить по наклонным поверхностям колец 10 первой группы. Это приводит к выборке зазоров между разрезными кольцами и к их поперечному расширению. Поперечное расширение колец второй группы приводит к тому, что они начинают контактировать со стенкой отверстия в корневой части лопасти, что приводит к клиновой фиксации болта в отверстии лопасти. Максимальное давление на опорную пластину обеспечивается в точке или на линии, максимально удаленной от центра отверстия кулачков. В этом положении эта точка совпадает с линией продольной оси стержня. Так как кольца второй группы разрезные и именно они расширяются, то для исключения перекоса при выборке зазоров используется ограничитель в виде буртика на периферии пластины, который выравнивает давление кулачков на поверхность пластины в зоне между буртиками.When the handle is turned, the eyes 4 rotate on axis 2, the contact working surface of the round cams moves along the surface of the support plate, which leads to movement of the support plate along the longitudinal axis of the rod. The created pressure is transferred to the split rings 11 of the second group, which begin to slide along the inclined surfaces of the rings 10 of the first group. This leads to the selection of gaps between the split rings and to their transverse expansion. The transverse expansion of the rings of the second group leads to the fact that they begin to contact the wall of the hole in the root part of the blade, which leads to wedge fixation of the bolt in the hole of the blade. Maximum pressure on the backing plate is provided at the point or line furthest from the center of the cam bore. In this position, this point coincides with the line of the longitudinal axis of the rod. Since the rings of the second group are split and they are the ones that expand, to avoid distortion when selecting gaps, a limiter in the form of a bead is used on the periphery of the plate, which equalizes the pressure of the cams on the surface of the plate in the area between the beads.

С ручкой соединена фиксирующая пластину 12 в виде Г-образного рычага, одним концом прикрепленная к ручке и с выемкой на другом конце для приема свободного конца стержня. Выемка на упругой фиксирующей пластине выполнена в виде открытого выреза 13 с параллельными друг другу противоположно расположенными стенками и глубиной, большей поперечного размера регулировочной гайки 7, измеренного в направлении вдоль лысок. При повороте рычага регулировочная гайка входит в вырез и скользит лысками по его стенкам. При этом в зоне выреза стенки пластины выполнены выпуклой формы (поз. 14) на участке, на котором регулировочная гайка должна находиться при таким положении круглых кулачков, при котором происходит запирание болта. Пластина 12 может быть выполнена не упругой, может быть выполнена упругой. Так как регулировочная гайка заходит в вырез 13 без деформации пластины 12. То функция ее упругости является не обязательной. При выполнении пластины неупругой (не пружинящей) эта пластина наращивает плечо ручки, при котором вывод кулачков из позиции фиксации проводится при меньшем прилагаемом усилии.Connected to the handle is a locking plate 12 in the form of an L-shaped lever, one end attached to the handle and with a recess at the other end for receiving the free end of the rod. The recess on the elastic fixing plate is made in the form of an open cutout 13 with opposite walls parallel to each other and a depth greater than the transverse dimension of the adjusting nut 7, measured in the direction along the flats. When the lever is turned, the adjusting nut enters the cutout and slides with its flats along its walls. In this case, in the cutout area, the walls of the plate are made of a convex shape (item 14) in the area where the adjusting nut should be located in a position of the round cams in which the bolt is locked. The plate 12 can be made non-elastic, or it can be made elastic. Since the adjusting nut fits into the cutout 13 without deforming the plate 12, its elasticity function is optional. When the plate is made inelastic (not springy), this plate increases the arm of the handle, in which the cams are removed from the fixation position with less applied force.

При размещении регулировочной гайки внутри открытого выреза фиксирующей пластины 12 у дна этого выреза 13 указанная точка или линия на наружной контактной поверхности круглого кулачка, расстояние от которой до центра упомянутого отверстия больше расстояния от центра отверстия до других точек или линий на этой наружной контактной поверхности круглого кулачка, расположена на расстоянии от продольной оси стержня со смещением в сторону от плеча ручки, к которому прикреплена фиксирующая пластина 12. То есть при закрывании болта в момент крепления лопасти максимально удаленная от центра отверстия кулачка точка/линия на контактной поверхности кулачка выведена из контакта с поверхностью опорной пластины, а контакт проходит по точке/линии, расположенной рядом с максимально удаленной точкой/линией. При повороте рычага прохождение максимально удаленной точки/линии проходит с поджатием колец второй группы. Это поджатие проходит в условиях упругой деформации колец второй группы. При переходе через эту максимально удаленную точку/линию происходит обратное воздействие упругой составляющей материала разрезных колес, выраженное в форме поджатия опорной пластины к поверхности кулачка от давления со стороны разрезных колец. Для того, чтобы разблокировать болт необходимо создать обратные условия, то есть отжатием ручки перейти максимально удаленную точку/линию, создав то же давление, что было организовано при переходе этой точки/линии при закрывании болта. Выполнить это достаточно легко, так как процесс закрывания болта и процесс открывания болта одинаковы. Оба процесса основаны на искусственном создании усилия на разрезные кольца, вектор которого направлен вдоль стержня.By placing an adjusting nut within an open cutout of the locking plate 12 at the bottom of said cutout 13, a specified point or line on the outer contact surface of the round cam, the distance from which to the center of said hole is greater than the distance from the center of the hole to other points or lines on this outer contact surface of the round cam , is located at a distance from the longitudinal axis of the rod with an offset away from the shoulder of the handle, to which the locking plate 12 is attached. That is, when the bolt is closed at the moment of fastening the blade, the point/line on the contact surface of the cam that is furthest away from the center of the cam hole is removed from contact with the surface base plate, and the contact is along a point/line located adjacent to the farthest point/line. When turning the lever, the passage of the most distant point/line occurs with the tightening of the rings of the second group. This compression takes place under conditions of elastic deformation of the rings of the second group. When passing through this maximum point/line, the reverse action of the elastic component of the material of the split wheels occurs, expressed in the form of pressing the support plate to the surface of the cam from the pressure from the split rings. In order to unlock the bolt, it is necessary to create the opposite conditions, that is, by pressing the handle, move to the most distant point/line, creating the same pressure that was created when crossing this point/line when closing the bolt. This is quite easy to do, since the process of closing the bolt and the process of opening the bolt are the same. Both processes are based on the artificial creation of force on the split rings, the vector of which is directed along the rod.

При эксплуатации на лопасть действуют динамические нагрузки и вибрация, направление которых поперечно продольной оси стержня. Эти нагрузки не имеют направленности вдоль стержня. Стержень в нижней части фиксируется упругой пластиной, упругие свойства которой проявляются по ее длине, но в поперечном направлении такая пластина обладает высокой устойчивостью к деформациям. Поэтому стержень за счет регулировочной гайки зафиксирован от поперечных смещений (смещения вдоль оси 2) и, одновременно, гайка в вырезе 13 удерживает проушины от перекосов на опорной пластине. При такой схеме в узле отсутствуют контактные поверхности, на которых усилия могут раскладываться на составляющие по координатным осям, которые, как правило, являются причиной ослабления соединений. В связи с этим динамические нагрузки от лопасти и вибрационные процессы могут воздействовать на болт в целом, но не на его составные части.During operation, the blade is subject to dynamic loads and vibration, the direction of which is transverse to the longitudinal axis of the rod. These loads are not directed along the rod. The rod in the lower part is fixed by an elastic plate, the elastic properties of which manifest themselves along its length, but in the transverse direction such a plate is highly resistant to deformation. Therefore, the rod, due to the adjusting nut, is fixed from transverse displacements (displacement along axis 2) and, at the same time, the nut in the cutout 13 keeps the eyes from distorting on the support plate. With such a scheme, there are no contact surfaces in the node on which forces can be decomposed into components along the coordinate axes, which, as a rule, cause weakening of connections. In this regard, dynamic loads from the blade and vibration processes can affect the bolt as a whole, but not its component parts.

Настоящее изобретение промышленно применимо и позволяет придать болту, как узлу крепления, быстроту фиксации и быстроту расфиксации, выполнив оба процесс одинаковыми по действиям и по физике протекания. Кроме того, отпала необходимость утапливания свободного конца стержня в отверстии на пластине 12, как это имеет место в прототипе. Болт имеет простую конструкцию и при испытаниях показал высокую эксплуатационную надежность.The present invention is industrially applicable and makes it possible to give a bolt, as a fastening unit, fast fixation and speed of release, performing both processes identical in action and in the physics of the flow. In addition, there is no need to recess the free end of the rod into the hole on the plate 12, as is the case in the prototype. The bolt has a simple design and has shown high operational reliability during testing.

В заявленном решении упругая пластина 12 Г-образной формы не используется для удержания стержня в точке на поверхности опорной пластины, смещенной от максимально удаленной точки. Эта пластина направлена на выравнивание давлений на опорную пластину и, соответственно, давлений на разрезные кольца. Эта пластина является удлинителем ручки для уменьшения усилия, прилагаемого к ручке и увеличения момента на вывод круглых кулачкой через максимально удаленную точку. А в прототипе эта пластина является фиксатором ручки (за счет утапливания свободного конца стержня в отверстии) для исключения самопроизвольного проворота кулачков на оси вращения.In the claimed solution, the L-shaped elastic plate 12 is not used to hold the rod at a point on the surface of the support plate offset from the maximum point. This plate is aimed at equalizing the pressure on the support plate and, accordingly, the pressure on the split rings. This plate is a handle extension to reduce the force applied to the handle and increase the torque to pull the round cam through the maximum point. And in the prototype, this plate is a handle lock (by recessing the free end of the rod in the hole) to prevent spontaneous rotation of the cams on the axis of rotation.

Claims

A quick-release bolt for attaching a helicopter blade, containing a rod, in the upper part of which there is a hole perpendicular to the longitudinal axis of the rod, into which an axis is inserted, the ends of which are inserted into the eyes of a handle made in the form of an L-shaped lever, the eyes of the handle are made in the form of round cams with an offset the axis of the holes, a fixing plate in the form of an L-shaped lever, attached at one end to the handle and with a recess at the other end to receive the free end of the rod, on the rod under the round cams a support plate is freely placed, with which the cams are in contact, on the rod from the side of its free at the end there is a support washer, pressed with an adjusting nut, and between the support plate and the support washer on the rod there are two groups of rings, in the first of which the rings cover the rod and are made with a triangular outer surface, and in the second group the rings are split and elastic in the radial direction , the rings of the second group are located with a gap relative to each other along the length of the rod, made with a triangular shaped inner surface and placed around the rings of the first group with the vertices of the convergence of the inclined walls of the split rings in the depressions formed by the inclined walls of the rings of the first group to form a wedge interaction between the rings , characterized in that the axis of the hole of each round cam is shifted along a line passing through the center of this hole and a point or line on the outer contact surface of the round cam, the distance from which to the center of the said hole is greater than the distance from the center of the hole to other points or lines on this outer contact surface of the round cam, the adjusting nut is made with at least two flats located on opposite sides, the surfaces of which are parallel to each other, the recess on the fixing plate is made in the form of an open cutout with opposite walls parallel to each other and a depth greater than the transverse dimension of the adjusting nut, measured in the direction along the flats, the support plate is made of a circular shape in plan and with a collar around the perimeter for the location of the round cams of the handle on the support plate inside the collar, and when placing the adjusting nut inside the open cutout of the locking plate at the bottom of this cutout, the specified point or line on the outer contact the surface of the round cam, the distance from which to the center of the said hole is greater than the distance from the center of the hole to other points or lines on this outer contact surface of the round cam, is located at a distance from the longitudinal axis of the rod with an offset away from the handle arm to which the locking plate is attached.