SU1723373A1 - Неразъемное соединение деталей и способ его получени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению , а именно к неразъемным соединени м металлических деталей с композиционными . Цель изобретени  - повышение надежности соединени  при эксплуатации его в услови х переменных температур и расширение номенклатуры соедин емых деталей. В неразъемном соединении, содержащем

Description

пакет деталей и крепежные элементы из композиционного материала, в отверсти  под эти крепежные элементы, выполненные в детали из однородного материала устанавливают набор шайб 8 из углеродного волокна, Перпендикул рно оси отверстий на детали из однородного материала размещают каркас другой детали, укрепл   его прошивом углеродной нитью 5. Пропускают волокна каркаса крепежного элемента через шайбы 8 и каркас 4 второй детали насквозь , размеща  свободные концы волокон каркаса крепежного элемента со стороны каркаса второй детали на наружной поверхности последней, а также со стороны первой детали 2 на наружной поверхности последней. При этом все свободные волокна каркаса крепежного элемента 3 размещают на наружных поверхност х соответствующих деталей веерообразно, прот гива  их от одного отверсти  до другого, соседнего с ним, а насыщени  всех упом нутых каркасов матрицей осуществл ют одновременно . Использование изобретени  позвол ет исключить отрыв крепежного элемента от детали, а следовательно, повысить прочность соединени . 2 с. и 1 з.п, ф-лы, 4 ил.

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к соединени м металлической детали с композиционной.

Известно соединение дл  креплени  деталей, выполненных из разных материалов , например металлической станины машины и бетонного фундамента. Оно выполнено из пучка проволок, одним концом который закреплен в массиве фундамента , а другим - в резьбовой втулке, взаимодействующей с гайкой, при этом пучок проволок свободно пропущен через отверсти  в закрепл емой детали.

Известен.способ получени  соединени , включающий заделку конца пучка проволоки в бетон при формировании фундамента с дальнейшим пропусканием второго конца пучка через отверсти  металлической станины и нат жение пучка с помощью гайки.

Недостатками указанных соединени  и способа  вл ютс  возможность относительного перемещени  скрепленных деталей в направлении, перпендикул рном пучку, и неравномерность нагружени  волокон пучка , что уменьшает несущую способность скрепленной конструкции.

Известно также неразъемное соедине- ние металлической детали с полимерной композиционной деталью с помощью крепежного элемента стержневого типа, размещенного в отверстии металлической детали. Крепежные элементы выполнены из композиционного материала, состо щем из пропитанных полимером и полимеризован- ных волокон. При этом концы волокон не заполнены полимером и представл ют собой свободные волокна. Эти свободные не- полимеризованные концы пучка волокон размещены на поверхности сопр жени  металлической детали с полимерной композиционной деталью и скреплены с ней с помощью кле  и полимерного состава.

Известен способ соединени  металлической детали с полимерной композиционной деталью, включающий установку крепежного элемента в виде пучка волокон, заполненных полимером, в отверстие металлической детали, наложение полимерной композиционной детали на

металлическую и полимеризацию крепежного элемента и полимерной композиционной детали. При этом пучок волокон крепежного элемента заполн ют полимером только в средней части и после установки крепежного элемента в отверстие металлической детали раскладывают волокна крепежного элемента по внутренней, сопр гаемой поверхности металлической детали и нанос т на эту поверхность клей, а

полимеризацию крепежного элемента и полимерной композиционной детали производ т одновременно со склеиванием деталей .

Известные неразъемное соединение

металлической детали с полимерной композиционной деталью и способ его осуществлени   вл ютс  наиболее близкими к предлагаемым.

Однако известные неразъемное соединение и способ его получени  не обеспечивают работоспособности соединени , особенно при повышенной температуре эксплуатации.

Недостаток усиливаетс  при переменном термоциклическом нагружении соединени . Это обусловлено наличием клеевого состава на поверхност х соединени  деталей и конструктивными особенност ми заделки концов волокон крепежных

элементов, заключающимис  в размещении их на поверхности соединени  деталей. Из- за этого при эксплуатации соединени  возможно отслоение полимерной детали от металлической . В этом случае, т.е. после раскрыти  стыка, при н-аличйи усилий, действующих на отрыв деталей друг от друга , имеет место отрыв (отдирание) волокон пучка от поверхности полимерной матрицы. Кроме этого, известные технические решени  ограничивают номенклатуру соедин емых деталей. Так, например, они не обеспечивают работоспособность соедине- ни  при одностороннем соединении композиционной детали с инородной, так как установленный в этом случае в отверстие металлической детали крепежный элемент самодемонтируетс  при повышенной тем- пературе.

Цель изобретени  - обеспечение работоспособности соединени  при эксплуатации его в услови х переменных температур путем исключени  демонтажа деталей, а также расширение номенклатуры соедин емых деталей.

На фиг. 1 показано неразъемное соеди- нение трубы из композиционного материала с трубой из металла; на фиг. 2 - неразъемное соединение плит; на фиг. 3 узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг. 1;.

Неразъемное соединение деталей содержит деталь 1 из армированного компр- зита (на фиг. 1 это охватывающа  наружна  труба, на фиг. 2 -плита), деталь 2 из инородного материала, например из металла, и крепежный элемент 3, выполненный в виде штифта. Композиционный материал, из ко- торого изготовлена деталь 1, содержит армирующий каркас 4, выполненный из слоев ткани, например, углеродной марки Урал Т-22 (ТУ 6-06-31-318-81), прошитых с целью исключени  межелоевых расслоений угле- родной нитью 5, например, Урал Н (ТУ 6-06- 31-512-85). В детали 2 выполнены отверсти  6 переменного сечени , например, с фасками 7 с обоих концов. Отверсти  размещены в шахматном пор дке, как показано на фиг, 4. В отверсти х 6 размещены армирующие каркасы крепежных элементов 3, выполненные из набора круглых шайб 8, изготовленных из утолщенной, например четырехслойной, ткани Урал ТМ-4/22 (ТУ 6- 06-31-391-81) или из графитового войлока. Диаметр шайб 8 равен среднему значению диаметра отверсти  6 в месте расположени  каждой шайбы. Шайбы скреплены между собой углеродными нит ми 9, выполненными в виде пучка. Конец пучка углеродных нитей размещен в детали 1 из композиционного материала. Углеродные нити 9 введены в деталь 1 перпендикул рно сло м волокон ее армирующего каркаса и

проход т через все слои ткани армирующего каркаса 4. Слои тканей армирующих каркасов 4 и 8 вместе с нит ми 5 и 9 св заны однородным матричным материалом 10.

Способ получени  соединени  деталей 1. и 2 включает следующие технологические операции. В детали 2 из однородного материала выполн ют сквозные отверсти  6 с фасками 7. Дл  детали 1 из композиционного материала формируют армирующий каркас . Осуществл ют это методом выкладки углеродной ткани, если деталь 1 плоска , или методом намотки, если она кругла , с последующей прошивкой полученного пакета углеродной нитью 5. Формирование армирующего каркаса крепежного элемента 3 производ т установкой в отверсти  6 перпендикул рно их ос м последовательно одна на другую шайб 8, которые вырезают из углеродной ткани. Затем, сочленив деталь 2 с армирующим каркасом детали 1, прошивают пучком углеродных нитей 9 совместно шайбы 8 и слои углеродной ткани каркаса детали 2. Прошивку осуществл ют насквозь с укладкой пропущенных нитей на наружных поверхност х соедин емых деталей от одного отверсти  до другого, соседнего с ним. Подготовленную таким образом заготовку насыщают углеродной матрицей, например, путем пропитки расплавленным пеком и последующей карбонизации.

-Выполнение штифтов из композиционного материала позвол ет осуществить монолитное соединение их с композитной деталью, обеспечива  при этом надежную механическую св зь.

Насыщение армирующих каркасов крепежных штифтов и детали из композита однородной монолитной матрицей позвол ет исключить возможность возникновени  термонапр жений в месте соединени  штифтов с деталью. Эти напр жени  могут возникать при разных матрицах, так как при этом велика веро тность в отличи х их к.т.р.

Соединени  армирующих каркасов штифтов и композитной детали посредством механической св зи позвол ет исключить отрыв штифта от детали. Прочна  механическа  св зь между армирующими каркасами крепежных штифтов и композитной детали достигаетс  за счет их сквозной прошивки углеродной нитью. Армировка прошивными нит ми повышает прочность места стыка штифта и композитной детали на срез. Применение сквозной прошивки каркасов штифтов и каркаса детали из композита усиливает штифты и саму деталь из композита. Нити хорошо воспринимают продольную нагрузку штифта.

Выполнение отверстий с фасками на наружной поверхности позвол ет исключить проскальзывание штифта при его продоль ном на гружен и и за счет образовани  головки . Повышению прочности головки способствует выполнение прошивки стежками , использу  дл  ввода-вывода нити соседние отверсти  каркасов штифтов, так как нити на изгибе, т.е. в фаске, размещаютс  веерообразно, армиру  таким образом композиционный материал головки штифтов, Кругова  последовательность при выполнении стежков способствует равномерному расположению армировки в головках штифтов .

Выполнение отверстий с фасками на внутренней поверхности металлической детали , соприкасающейс  с поверхностью детали из композита, позвол ет увеличить площадь поперечного штифта, работающую на срез.

Предлагаемое исполнение соединени  и способ его осуществлени  позвол ют обеспечить работоспособность соединени  при переменных температурах эксплуатации , исключа  его самодемонтаж, и расширить номенклатуру соедин емых деталей.

Формул-а изобретени  1. Неразъемное соединение деталей, содержащее пакет деталей и крепежный элемент, установленный в сквозном отверстии первой детали, выполненной из материала с однородной структурой, например из металла, при этом втора  деталь и крепежный элемент выполнены из композиционного материала, композиционный материал второй детали состоит из армирующего каркаса в виде слоев волокон и матрицы , материал крепежного элемента состоит из матрицы и армирующего каркаса в виде пучка волокон, конец которого размещен во второй детали, о т л и ч а ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  надежности соединени  при эксплуатации его в услови х переменных температур, армирующий каркас крепежного элемента снабжен пакетом шайб из углеродного волокна, расположенных перпендикул рно волокнам пучка и выполненных диаметром, равным диаметру сквозного отверсти  первой детали, а армирующий каркас второй детали выполнен с прошивочной нитью, размещенный во второй детали конец пучка волокон крепежного элемента расположен перпендикул рно сло м волокон ее армирующего каркаса и скреплен с ним, при этом матрицы крепежно-. го элемента и второй детали выполнены из одного материала.

2.Соединение деталей по п. отличающеес  тем, что сквозное отверстие первой детали выполнено на выходах с фасками .

3.Способ получени  неразъемного соединени  деталей, включающий выполнение сквозных отверстий в первой детали из материала с однородной структурой, изготовленйе армирующего каркаса, крепежных элементов из волокон, изготовление каркаса второй детали, насыщение матрицей средней части каркаса крепежных элементов , насыщение матрицей каркаса второй

детали, установку крепежных элементов е сквозные отверсти  с размещением свободных волокон одного конца каркаса на поверхности первой детали и установку второй детали на другую ее поверхность, о т л и ч аю щ и и с   тем, что, с целью повышени  надежности соединени  при эксплуатации его в услови х.переменных температур, изготовление армирующего каркаса крепежных элементов, изготовление каркаса

второй детали, установку крепежных элементов в сквозные отверсти  и установку второй детали на первую осуществл ют одновременно перед насыщением армирующих каркасов матрицей, формиру  каркас

второй детали на одной из поверхностей первой детали и укрепл   его на последней прошивом углеродной нитью, укладыва  в сквозные отверсти  шайбы из углеродного волокна последовательно одну на другую и

перпендикул рно оси отверстий, пропуска  волокна каркаса крепежного элемента через упом нутые шайбы и каркас второй детали насквозь, размеща  свободные концы волокон каркаса крепежного элемента со

стороны каркаса второй детали на наружной поверхности последней, при этом все свободные волокна каркаса крепежного элемента размещают на наружных поверхност х соответствующих деталей веерробразно , прот гива  их от одного отверсти  до другого, соседнего с ним, а насыщение всех упом нутых каркасов матрицей осуществл ют одновременно.

Claims (3)

1. Формула изобретения

   1. Неразъемное соединение деталей, содержащее пакет деталей и крепежный элемент, установленный в сквозном отверстии первой детали, выполненной из материала с однородной структурой, например из металла, при этом вторая деталь и крепежный элемент выполнены из композиционного материала, композиционный материал второй детали состоит из армирующего каркаса в виде слоев волокон и матрицы, материал крепежного элемента состоит из матрицы и армирующего каркаса в виде пучка волокон, конец которого размещен во второй детали, о т л и ч а ю щ е е с я тем,'что, с целью повышения надежности соединения при эксплуатации его в условиях переменных температур, армирующий 'каркас крепёжного элемента снабжен пакетом шайб из углеродного волокна, расположенных перпендикулярно волокнам пучка и выполненных диаметром, равным диаметру сквозного отверстия первой детали, а армирующий каркас второй детали выполнен с прошивочной нитью, размещенный во вто- рой детали конец пучка волокон крепежного элемента расположен перпендикулярно слоям волокон ее армирующего каркаса и скреплен с ним, при этом матрицы крепежно-, 5 го элемента и второй детали выполнены из одного материала.
2. 2. Соединение деталей по п. 1, о т л ичающееся тем, что сквозное отверстие первой детали выполнено на выходах с фа-

   10 сками.
3. 3. Способ получения неразъемного соединения деталей, включающий выполнение сквозных отверстий в первой детали из материала с однородной структурой, изготов-

   15 ленйе армирующего каркаса, крепежных элементов из волокон, изготовление каркаса второй детали, насыщение матрицей средней части каркаса крепежных элементов, насыщение матрицей каркаса второй 2.0 детали, установку крепежных элементов в сквозные отверстия с размещением свободных волокон одного конца каркаса на поверхности первой детали и установку второй детали на другую ее поверхность, о т л и ч а25 ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности соединения при эксплуатации его в условиях.переменных температур, изготовление армирующего каркаса крепежных элементов, изготовление каркаса 30 второй детали, установку крепежных элементов в сквозные отверстия и установку второй детали на первую осуществляют одновременно перед насыщением армирующих каркасов матрицей, формируя каркас 35 второй детали на одной из поверхностей первой детали и укрепляя его на последней прошивом углеродной нитью, укладывая в сквозные отверстия шайбы из углеродного волокна последовательно одну на другую и 40 перпендикулярно оси отверстий, пропуская волокна каркаса крепежного элемента через упомянутые шайбы и каркас второй детали насквозь, размещая свободные концы волокон каркаса крепежного элемента со 45 стороны каркаса второй детали на наружной поверхности последней, при этом все свободные волокна каркаса крепежного' элемента размещают на наружных поверхностях соответствующих деталей веерроб50 разно, протягивая их от одного отверстия до другого, соседнего с ним, а насыщение всех упомянутых каркасов матрицей осуществляют одновременно.

   Фиг.4

   Редактор А. Огар Составитель Ю. Кадун Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик

   Заказ 1055 Тираж Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

   113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

   Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101