SU1756668A1 - Соединение деталей - Google Patents

Abstract

Использование1 дл  неразъемного соединени  неметаллических деталей. Сущность изобретени : соединение деталей, содержащее стержень, тонкостенную оболочку из композиционного мадермзла и поперечные скрепл ющие их элемента в виде шипов, св занных со стержнем и размещенных в теле оболочки, снабжено скобами из композиционного материала, в которых размещен стержень, и двум  ребрами жесткости , расположенными вдо ль стержн  на стыках перекладин и полок скоб, причем полки скоб выполнены за одно целое с ши Яами. Использование изобретени  позвол ет получить неразъемное соединение с высокой несущей способностью 13 ил

Description

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано дл  получе- ни  неразъемного соединени  неметаллических деталей, например пр молинейного силового стержн  с тонкостенной оболочкой.

Анализ технических характеристик тонкостенных оболочек из композиционных материалов (КМ), нагруженных осевыми сжимающими нагрузками, показал, что наибольшей несущей способностью при наименьшей массе обладают оболочки, подкрепленные силовым набором, в том числе пр молинейными силовыми стержн ми , закрепленными на внутренней поверхности оболочки в продольном направлении.

Известна конструкци  соединени  деталей - подкрепл ющего шпангоута с оболочкой из КМ (стеклопластика). Прочность соединени  скрепл емых деталей обеспечиваетс  не только адгезионной св зью, а также поперечными скрепл ющими элементами (шипами), выполненными в виде свободных концов металлических волокЬн, образованных путем крацевани  поверхности шпангоута и орие нтйрТэванньТх в радиальном направлении.

К недостаткам известного соединени  следует отнести ограниченную прочность конструкции, обусловленную низкой прочностью закреплени  обрезков металлических волокон в кольцевом шпангоуте при малом шаге осевых пазов; недостаточным количеством свободных концов металлических волокон, внедренных в оболочку, при большом шаге осевых пазов; низкой адгезией металлических волокон, внедренных в стенку оболочки, с полимерным материалом оболочки; нарушением целостности и снижением кольцевой прочности подкрепл ющего шпангоута при образовании в нем осевых пазов; при малой глубине осевых пазов недостаточна  высота свободных концов металлических волокон не обеспечивает поперечного армировани  по всей толщине оболочки.

Увеличение прочности соединени  подкрепл ющего набора с оболочкой способствует .повышению несущей способности конструкции. Этому же содействует сниже (Л

С

х| с  о о о со

ние дефектности в оболочке. В то же врем  опыт отработки нагруженных оболочек из КМ обнаружил значительные сложности в обеспечении монолитности оболочек, обусловленные производственными несовершенствами процесса изготовлени : отклонени ми от оптимальных темперзтур- но-временных и силовых параметров режима отверждени , разбросом содержани  смолы в препреге и т.д. Образующиес  в оболочке в процессе отверждени  макродефекты в виде межслоевых расслоений в значительной степени (в 1,5-2,0 раза) снижают несущую способность подключенной оболочки,

Цель изобретени  - разработка конструкции соединени , котора  позволила бы повысить прочность и несущую способность соединени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что соединение снабжено скобами из композиционного материала, в которых размещен стержень, и двум  ребрами жесткости, расположенными вдоль стержн  на стыках перекладин и полок скоб, при этом полки скоб выполнены за одно целое с шипами

На фиг. 1 представлена тонкостенна  подкрепленна  оболочка из КМ, общий вид; на фиг. 2 - соединение пр молинейного силового стержн  с оболочкой; на фиг. 3 и 4 - пр молинейный силовой стержень; на фиг. 5 - вид А на фиг. 4; на фиг. 6 - вид Б на фиг. 4; на фиг. 7-13 - схемы основных этапов изготовлени .

Пр молинейный силовой стержень 1  вл етс  элементом продольного подкрепл ющего набора тонкостенной оболочки 2 из углепластика, нагруженной в процессе эксплуатации осевыми сжимающими силами. Соединение образуетс  путем скреплени  одной стороной 3 (контактной) стержн  1 с оболочкой 2 в процессе изготовлени  подкрепленного корпуса. Соединение снабжено скобами 4, выполненными из предварительно пропитанного углеродного жгута. Свободные концы полок скоб 4, вы- 1 полненные за одно целое с шипами, выступают над контактной поверхностью 3 стержн  на величину А, не превышающую толщины стенки д отвержденной оболочки. Соединение также снабжено двум  ребра- ми 5 жесткости, расположенными вдоль стержн  на стыке перекладин и полок скоб. При изготовлении соединени  образование заготовки 2 осуществл етс  с прокалыванием слоев препрега заготовки выступающими полками скоб 4 до набора Толщины заготовки. При формовании и отверждении заготовки образуетс  стенка оболочки 2

толщиной д, слои которой армированы в поперечном направлении выступающими концами полок скоб 4. При этом осуществл етс  не только адгезионное соединение

стержн  1 с оболочкой 2, но и механическое, значительно повышающее прочность св зи. Последовательность этапов изготовлени  неразъемного соединени  пр молинейного силового стержн  с тонкостенной

оболочкой. На технологическую оправку 6 производитс  выкладка - намотка высокомодульного углеродного препрега, образующего заготовку 7 стержн  1 (фиг.1), После фиксации и нат жени  заготовок 7 посредством стекложгутов 8, намотанных в канавки 9, производ т обрезку технологических концов заготовки и вворачивают полуоси 10 в торцы оправки (фиг.8). Затем производ т намотку поперечных слоев жгутового препрега 11, образующего заготовку скоб 4. При этом на рабочих поверхност х оправки укладку жгута 11 ведут под углом а (фиг. 9 и 10), а на боковых поверхност х оправки вертикально (дл  чего на боковых поверхност х

оправки выполнены полуцилиндрические канавки глубиной 0,60-0,80 мм с шагом h, определ ющим шаг расположени  скоб 4). После установки на оправку ограничивающей рамки 12 осуществл ют укладку препрега-заготовки 13 боковых ребер 5 (фиг. 11). После формовани  и отверждени  (фиг. 12) образованной заготовки осуществл ют разрезку жгутового препрега 11 по осевой линии OiOi (фиг,13) и образование таким

образом двух пр молинейных силовых стержней (фиг.6). Набор изготовленных стержней укладываетс  в продольные канавки, образованные в гипсовом подслое металло- гипсовой оправки, таким образом, что контактна  сторона 3 каждого стержн  располагаетс  заподлицо с формообразующей поверхностью оправки, а свободные концы полок скоб 4 выступают над контактной поверхностью стержн . После этого образуетс  заготовка оболочки 2 путем последовательного нанесени  слоев углеродного наполнител , пропитанного полимерным св зующим.

Экспериментально-технологические

проработки, проведенные на стадии технических предложений, позвол ют сформулировать последовательность этапов отработки технологических параметров изготовлени , при этом произведена количественна  оценка р да основных параметров. Шаг h расположени  скоб 4 находитс  в пределах 15-25 мм, при этом меньшее значение шага не увеличивает эффективность армировани , в то же врем 

приводит к излишней травмируемости заго- тонки оболочек; большее значение приводит к снижению эффективности поперечного армировани . Диаметр жгута, образующего скобу 4, должен находитьс  в пределах 0,60-0,80 мм, при этом уменьшение значени  ниже 0,6 мм снижает прочность выступающих полок скоб, а увеличение свыше 0,8 мм приводит к значительной раз- ориентации углеродного наполнител  заго- товки оболочки. Давление формовани  оболочки 2 должно быть на 25-35% выше обычного, что необходимо дл  эффективной опрессоеки наполнител  в зоне соединени  стержн  с оболочкой, т,е. в зоне трансвер- сального армировани .

Проведенные на образцах экспериментальные исследовани  прочностных и упругих характеристик материала соединени  стержн  1 с оболочкой 2, армированного арматурой с приведенными параметрами, показывают увеличение сдвиговых характеристик на 55-65%; прочности на отрыв в поперечном направлении на 25-30%.

Армирование оболочки с такими пара- метрами соединени  позвол ет исключить дефекты в виде межслоевых расслоений при измерении их методами неразрушающего контрол  (ультразвуковой дефектоскоп УД- 22УМ с разрешающей способностью на пло- щади 20x20 мм2, по глубине раскрыти  не менее 0,08 мм).

Таким образом, использование предложенной конструкции соединени  пр молинейного силового етержн  с тонкостенной оболочкой из КМ позвол ет исключить дефекты подкрепленной оболочки в виде межслоевых расслоений, за счет поперечного армировани  стенки оболочки выступающими концами полок скоб, выполненных за

одно целое с шипамигувеличить прочность соединени  пр молинейного силового стержн  с оболочкой, за счетиспользовани  кроме адгезионной св зи механического скреплени  стержн  с оболочкой, а также за счет использовани  в Качестве материала поперечных скреплййЫцТ х элементов композиционного материла; повысить прочностные характеристики материала оболочки, за счет механического скреплени  смежных слоев слоистого коШ0зйцй{Шнбго мэтериа- ла; повысить несущукРспособность подкрепленной оболочки, за счет снижени  дефектности и увеличени  прочности соединени , а также за счет повышени  продольной жесткости силовых стержней обеспечиваемого дополнительными боковыми ребрами жесткости каждого стержн  В насто щее врем  разработана программа конструкторско-технологической отработки подкрепленных оболочек из КМ с целью повышени  их массовой эффективности и несущей способности. Использование предложенной конструкции соединени  деталей  вл етс  одним из этапов программы.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Соединение деталей, содержащее стержень , тонкостенную оболочку из композиционного материала и поперечные скрепл ющие их элементы в виде шипов, св занных со стержнем и размещенных в теле оболочки, отличающеес  тем, что, с целью повышени  несущей способности соединени  оно снабжено скобами из композиционного материала, в которых размещен стержень, и двум  ребрами жесткости, расположенными вдоль стержн  на стыках перекладин и полок скоб, при этом полки скоб выполнены за одно целое с шипами.

   Фиг.

   1756668

   Фиг.З

   ТГГЩН1111II111II

   тУ..

   ФигЛ

   ВиёА

   //ZZZ7Z

   Фие.5 ВидБ

   Фиг. 6

   SI

   &

   Фиг.7

   sri

   I

   Фие.З

   Фиг Ю

   С 1

   Фиг. 12

   О,