Соединение деталей

 

Использование1 для неразъемного соединения неметаллических деталей. Сущность изобретения: соединение деталей, содержащее стержень, тонкостенную оболочку из композиционного мадермзла и поперечные скрепляющие их элемента в виде шипов, связанных со стержнем и размещенных в теле оболочки, снабжено скобами из композиционного материала, в которых размещен стержень, и двумя ребрами жесткости , расположенными вдо ль стержня на стыках перекладин и полок скоб, причем полки скоб выполнены за одно целое с ши Яами. Использование изобретения позволяет получить неразъемное соединение с высокой несущей способностью 13 ил

„„Я2„„1756668 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Э (s»s F 16 В 5/00, В 63 В 5/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ы. -ЮВ8В1 йРЛаИЯ- ТЕВМЧЕСИ Й

БИБЛИОТЕКА

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 2 (21) 4853775/27 ность изобретения: соединение деталей, со(22) 24,07,90 . держащее стержень, тонкостенную оболоч(46) 23.08.92. Бюл. М 31 ку из композиционного материала и (71) Конструкторское бюро машинострое-, поперечныескрепляющиеихэлементы в виния де шипов, связанных со стержнем и разме(72) Н,Ф,Абдуллина, В.Н.Шалыгин, щенных в теле оболочки, снабжено скобами

B.È,Êðàñíîâ,0.Л,Петровский и P.С,Зиновь- из композиционного материала, в которых ев размещен стержень,и двумя ребрами жест(56) Авторское свидетельство СССР кости, расположенными вдоль стержня на стыках перекладин и полок скоб, причем

N 742244, кл. В 63 В 5/24, 1978. полки скоб выполнены за одно целое с ши(54) СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ,пами, Использование изобретения позволя(57) Использование: для неразъемного |:oe-" ет получить нераэъемное.соединение с динения неметаллических деталей, Сущ- высокой несущей способностью. 13 ил, Изобретениеотносится кмашинострое- сти шпангоута и орйентйровайных в радинию и может быть использовано для получе- альном направлении. ния нераэъемного соединения . К недостаткам известного соединения неметаллических деталей, например прямо- " следует отнести ограниченную прочность линейного силового стержня с тонкостен- :- конструкции, обусловленную низкой прочной оболочкой. ностью закрепления обрезков металличеАнализ техническиххарактеристик тон- ских волокон в кольцевом шпангоуте при костенныхоболочекизкомпозиционныхма-, малом шаге осевых пазов; недостаточным териалов (KM), нагруженных осевыми количеством свободных концов металличесжимающиминагрузками, показал,чтонви- ских волокон, внедренных-в оболочку, при большей несущей способностью при наи- .:- большом шаге осевых пазов ; низкой адгеменьшей массе обладают оболочки, эией металлических волокон, внедренных в подкрепленные силовым набором, в том ., стенкуоболочки, с полимерным материалом числе прямолинейными силовыми стержня-. .; оболочки; нарушением целостности и сними, закрепленными на внутренней поверх- жением кольцевой прочности подкрепляюности оболочки в продольном направлении. щего шпангоута при образовании в нем

Известна конструкция соединения де-: осевых пазов; при малой глубине осевых талей — подкрепляющего шпангоута с обо- . пазов недостаточная высота свободных конлочкой из KM (стеклопластика). Прочность : цов металлических волокон не обеспечивасоединения скрепляемых деталей обеспе-: ет поперечного армирования по всей чивается не только адгезионной связью. а . толщине оболочки. также поперечньгми скрепляющимИ элеМЕн- . Увеличейие прочности соединения подтами (шипами), выполненными в виде c80- крепляющего набора с оболочкой способстбодных концов металлических волокон, вует .повышению несущей способности образованных путем крацевания поверхно- конструкции, Этому же содействует сниже- .

1756668 ние дефектности в оболочке. В то же время опыт отработки нагруженных оболочек из

KM обнаружил значительные сложности в обеспечении монолитности оболочек, обусловленные производственными несовершенствами процесса изготовления: отклонениями от оптимальных температурно-временных и силовых параметров режима отверждения, разбросом содержания смолы в препреге и т.д, Образующиеся в оболочке в процессе отверждения макродефекты в виде межслоевых расслоений в значительной степени (в 1,5-2,0 раза) снижают несущую способность подключенной оболочки, Цель изобретения — разработка конструкции соединения, которая позволила бы повысить прочность и несущую способность соединения.

Поставленнал цель достигается тем, что соединение снабжено скобами из композиционного материала, в которых размещен стержень, и двумя ребрами жесткости, рас- положенными вдоль стержня на стыках перекладин и полок скоб, при этом полки скоб выполнены за одно целое с шипами;

На фиг, 1 представлена тонкостенная подкрепленная оболочка из КМ, общий вид: на фиг. 2 — соединение прямолинейного силового стержня с оболочкой; на фиг. 3 и 4— прямолинейный 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 изготовления, Прямолинейный силовой стержень 1 является элементом продольного подкрепляющего набора тонкостенной оболочки 2 из углепластика„нагруженной в процессе эксплуатации осевыми сжимающими силами.

Соединение образуетсл путем скрепления одной стороной 3 (контактной) стержня 1 с оболочкой 2 в процессе изготовления подкрепленного корпуса, Соединение снабжено скобами 4, выполненными из йредварительно пропитанного углеродного жгута. Свободные концы полок скоб 4, вы прлненные за одно целое с шипами, выступают над контактной поверхностью 3 - стержня на величину Л, не превышающую толщины стенки д отвержденной оболочки, Соединение также снабжено двумл ребрами 5 жесткости, расположенными вдоль стержня на стыке перекладин и полок скоб.

При изготовлении соединения образование заготовки 2 осуществллется с прокалыванием слоев препрега заготовки выступающи° ми полками скоб 4 до набора толщины заготовки, При формовании и отверждении заготовки образуется стенка оболочки 2

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

5 стержня 1 с оболочкой 2, но и механическое, значительно повышающее прочность связи.

Последовательность этапов изготовления нераэьемйого соединения прямолинейного силового стержня с тонкостенной

10 оболочкой. На технологическую оправку 6 производится выкладка — намотка высокомодульного углеродного препрега, образующего заготовку 7 стержня 1 (фиг.1), После фиксации и натяжения заготовок 7 посредст15 вом стекложгутов 8, намотанных в канавки

9, производят обрезку технологических концов заготовки и вворачивают полуоси 10 в торцы оправки (фиг.8). Затем производят намотку поперечных слоев жгутового пре20 прега 11, образующего заготовку скоб 4.

При этом на рабочих поверхностях оправки укладку жгута 11 ведут под углом а (фиг. 9 и

10), а на боковых поверхностях оправки вертикально (для чего на боковых поверхностях .

25 оправки выполнены полуцилиндрические канавки глубиной 0,60-0,80 мм с шагом h, определяющим шаг расположения скоб 4)..

После установки на оправку ограничиваю.щей рамки 12 осуществляют укладку пре-

30 прега-заготовки 13 боковых ребер 5 (фиг.11);

После формования и отверждения (фиг,12) образованной заготовки осуществляют разрезку жгутового препрега 11 по осевой линии 010 (фиг,13) и образование таким

35 образом двух прямолинейных силовых стержней (фиг.6). Набор изготовленных стержней укладывается в продольные канавки, образованные в гипсовом подслое металлогипсовой оправки; таким образом, что кон40 тактная сторона 3 каждого стержня располагается заподлицо с формообразующей поверхностью оправки. а свободные концы полок скоб.4 выступают над контактной поверхностью стержня. После этого об45 разуется заготовка оболочки 2 путем последовательного нанесения слоев угле. . родного наполнителя, пропитанного полимерным связующим, Экспериментально-технологические

50 проработки, проведенные на стадии технических йредложений, позволяют сформулировать последовательность этапов отработки технологических параметров изготовления, при этом произведена количе55 ственная оценка ряда основных параметров. Шаг h расположения скоб 4 находится в.пределах 15 25 мм, при этом меньшее значение шага не увеличивает эффективность.армирования, в то же время 1756668 приводит к излишней травмируемости заго- . одно целое с шипами;"увеличить прочность товки оболочек; большее значение приво- соединения прямолинейногосилового стердит к снижению эффективности жня соболочкой, засчетиспользования кропоперечного армирования, Диаметр жгута, ме адгезионной связи механического образующего скобу 4, должен находиться в 5 скрепления стержня с оболочкой, а также за пределах 0,60-0Я0 мм, при этом уменьше- счет использования в-качестве материала ние значения ниже 0,6 мм снижает прочно- пойеречных скрепляющйх элементов комсть выступающих полок скоб, а увеличение позиционного материла; повысить прочносвыше 0,8 мм приводит к значительной раз- стные характеристики материала оболочки, ориентации углеродного наполнителя заго- 10 за счет механического скрепления смежных товки оболо.lKN. Давление формования слоев слоистого композйцибййо1гоматериаоболочки 2 должно быть на 25-357 выще ла; повысить несущую способность подобычного,чтонеобходимодляэффективной крепленной оболочки, за счет снижения опрессовки наполнителя в зоне соединения дефектности и увеличения прочностйсоедистержня с оболочкой, т;е. в зоне трансвер- 15 нения; а также за счет повышения продольсального армирования. ной жесткости силовых стержней, Проведенные на образцах эксперимен- обеспечиваемого дополнительными бокотальные исследования прочностных и упру- выми ребрами жесткости каждого стержня. гих характеристик материала соединения В настоящее время разработана простержня 1 с оболочкой 2, армированного 20 грамма конструкторско-технологическойотарматурой с приведенными параметрами, работки подкрепленных оболочек из KM c показывают увеличение сдвиговых характе- целью повышения их массовой эффективнористик на 55-65 ; прочности на отрыв в стии несущейспособности. Использование поперечном направлении на 25-30 g,. предложенной конструкции соединения деАрмирование оболочки с такими пара- 25 талей является одним из этапов программы. метрами соединения позволяет исключить дефекты в виде межслоевых расслоений при Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я измерении их методами неразрушающего Соединениедеталей,содержащеестерконтроля (ультразвуковой дефектоскоп УД- жень, тонкостенную оболочку из компози22УМ с разрешающей способностью на пло- 30 цион ного материала и поперечные

2 щади 20х20.мм, по глубине раскрытия не скрепляющие их элементы в виде шийов, менее 0,08мм). связанных со стержнем и размещенных в

Таким образом, использование предло- теле оболочки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, женной конструкции соединения прямоли-. с целью повышения несущей способности нейного силового стержня с тонкостенной 35 соединения оно снабжено скобами из комоболочкой из КМ позволяет исключить де- - позиционного материала; в которых размефекты подкрепленной оболочки в виде меж- щен стержень, и двумя ребрами жесткости; слоевых расслбений, за счет поперечного расположенными вдоль стержня на стыках армированиястенкиоболочкивыступающи- перекладин и полок скоб, при этом полки ми койцами полок скоб, выполненных за 40 скоб выполнены за одно целое с шипами.

1756668

1756668

U фиг, 7f