Способ повышения прочности болтового металлокомпозиционного соединения

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в авиастроении, транспорте, строительстве, энергетике для повышения прочности и ресурса конструкций из металлических, композиционных и металлокомпозиционных материалов. Способ заключается в использовании наномодифицированной клеевой композиции с рассчитанным сочетанием максимальной прочности и максимальной ударной вязкости и в сборке болтового металлокомпозиционного соединения в определенной последовательности. Техническим результатом является повышение прочности и усталостной долговечности болтового металлокомпозиционного соединения, сохранение стабильности его свойств с течением времени, а также понижение концентрации контактных и растягивающих напряжений на контуре отверстий. 5 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в авиастроении, транспорте, строительстве, энергетике для повышения прочности и ресурса конструкций из металлических, композиционных и металлокомпозиционных материалов. Снижение массы конструкции, как инструмент повышения экономической эффективности летательных аппаратов, является одной из приоритетных задач развития современной авиационной техники. В контексте решения данной проблемы при создании новых самолетов все более широкое применение находят полимерные композиционные материалы (ПКМ). За рубежом объем использования ПКМ в конструкции планера современных самолетов достигает 50% по весу, например Boeing 787 (США) - 50%, Airbus А380 (Европа) - 30%, Airbus А350 (Европа) - 50%.

При эксплуатации изделия из ПКМ испытывают знакопеременные циклические нагрузки. Металлокомпозиционное соединение создают при помощи болтов или заклепок, предварительно рассверливают соединяемые изделия, что приводит к многочисленным микротрещинам и другим повреждениям изделий из ПКМ, возникающим при изготовлении в них отверстий.

Наиболее близкий существующий способ изготовления и повышения долговечности болтовых соединений представлен в патенте РФ 2373437, МПК F16B 31/00, F16B 39/22 от 20.11.2009 г. Способ касается соединения конструктивных элементов железнодорожного пути, работающих в условиях вибрации, и заключается в нанесении на резьбовую часть болтового соединения материала в виде анаэробного герметика. Недостатком предложенного способа является то, что он направлен только на повышение ресурса соединений деталей, выполненных из металла, в условиях вибрации за счет препятствия раскручиванию резьбового соединения. Но дефекты, микротрещины и другие повреждения, возникающие при изготовлении и в процессе эксплуатации конструкций из ПКМ, не залечиваются за счет нанесения анаэробного герметика на резьбовые поверхности, а зазоры в отверстиях и стыках болтовых и заклепочных соединений увеличиваются, а следовательно, происходит преждевременное разрушение болтовых металлокомпозиционных соединений.

Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение прочности и усталостной долговечности болтового металлокомпозиционного соединения, сохранение стабильности его свойств с течением времени, а также понижение концентрации контактных и растягивающих напряжений на контуре отверстий.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что изготавливают наномодифицированную клеевую композицию с рассчитанным сочетанием максимальной прочности и максимальной ударной вязкости, производят сборку болтового соединения в следующей последовательности:

- наносят слой клеевой нанокомпозиции на нижнюю поверхность головки болта и на контактирующую с ней поверхность первой детали, наносят клеевую нанокомпозицию на поверхность отверстия в первой детали и поверхность болта,

- устанавливают болт в отверстие первой детали и прижимают головку болта к первой детали (или прижимают первую деталь к болту давлением, необходимым для их приклеивания головки болта к первой детали,

- вводят слой клеевой нанокомпозиции в зазор между отверстием первой детали и поверхностью болта, наносят слой нанокомпозиции на прилегающую к первой детали поверхность второй детали, выполненной из композиционного материала, устанавливают на болт вторую деталь,

- вводят слой клеевой нанокомпозиции в зазор между отверстием второй детали и поверхностью болта, наносят слой клеевой нанокомпозиции на прилегающую ко второй детали поверхность третьей детали, устанавливают на болт и на поверхность второй детали третью деталь,

- вводят слой нанокомпозиции в зазор между отверстием третьей детали и болтом, наносят слой нанокомпозиции на противоположную поверхность в кольцевой зоне третьей детали, производят давление на слой нанокомпозиции в зазоре между болтом и отверстием во всех деталях,

- наносят слой нанокомпозиции на поверхность шайбы, контактирующей с поверхностью третьей детали,

-наносят слой нанокомпозиции на резьбовую часть болта и гайки, наживляют гайку на болт и осуществляют затяжку болта с усилием, устанавливаемым экспериментально.

На фигуре 1 представлены дефекты на кромках деталей из ПКМ, возникающие при механической обработке - фрезеровании и сверлении.

На фигуре 2 представлена зависимость коэффициентов концентрации контактных (Кr) и растягивающих (Κσ) напряжений на контуре отверстия от величины относительного зазора Δ между отверстием и болтом в болтовом соединении.

На фигуре 3 представлен фрагмент крыла, в котором деталь из композиционного материала (углепластика), соединяют болтами с металлическим силовым набором.

На фигуре 4 представлен фрагмент испытуемого образца из ПКМ, соединенного болтами с металлической вилкой при испытании (вид со стороны головок болтов) на разрыв.

На фигуре 5 представлен фрагмент испытуемого образца из ПКМ, соединенного болтами с металлической вилкой при испытании (вид со стороны гаек) на разрыв.

При рассверливании и фрезеровании деталей из ПКМ возникают дефекты, заключающиеся в микросколах, микротрещинах, разлохмачивании кромок отверстий (см. фигура 1), кроме того, микротрещины и другие повреждения, возникают и в процессе сборки и эксплуатации конструкций. В многорядных болтовых соединениях зазоры между болтами и отверстиями приводят к неоднородной и неодновременной нагрузке болтов, следствием которой может стать нерасчетное, преждевременное разрушение. Известно из справочников конструктора, что наличие зазора между болтом и отверстием также приводит к концентрации контактных и растягивающих напряжений на контуре отверстия (фиг. 2). На фигуре 2 представлена зависимость коэффициентов концентрации контактных (Кr) и растягивающих (Κσ) напряжений на контуре отверстия от величины относительного зазора Δ между отверстием и болтом в болтовом соединении, представленная зависимость коэффициентов концентрации контактных (Кr) и растягивающих (Κσ) напряжений от величины относительного зазора Δ показывает, что лучшей величиной относительного зазора Δ является 0-й зазор (при котором контактные (Кr) и растягивающие (Κσ) напряжения минимальны), соответствующий посадке с натягом. Но посадка с натягом при монтаже болтовых металлокомпозиционных соединений не применяется, применяются только посадки с зазором.

Способ повышения прочности болтового металлокомпозиционного соединения заключается в использовании наномодифицированных клеев. Рассчитанное сочетание максимальной прочности и максимальной ударной вязкости наномодифицированной клеевой композиции для демпфирования ударных нагрузок получают за счет введения в клеевую композицию высокопрочных наночастиц и каучука повышенной вязкости с массовым составом, изменяющимся в диапазонах соответственно для наночастиц от 1 до 2%, для каучука от 7 до 10% (патент RU 2500706, МПК Β82Υ 30/00, Β82Υ 40/00, опубл. 10.22.2013).

На фигуре 3 показан порядок сборки детали обшивки из композиционного материала (углепластика), соединяемой болтами с металлическим силовым набором.

Для заполнения зазоров между болтом (болтами) и отверстием (отверстиями) клеевой нанокомпозицией, демпфирующей ударные нагрузки, производят сборку болтового соединения в следующей последовательности:

- наносят слой клеевой нанокомпозиции на нижнюю поверхность головки 1 болта (болтов) и на контактирующую (контактирующие) с ней (с ними) поверхность первой детали 2, наносят слой нанокомпозиции на поверхность отверстия (отверстий) в первой детали 2 (не показаны) и поверхность 3 болта (болтов) (см. фигуры 3, 4, 5);

- устанавливают болт (болты) в отверстие (отверстия) первой детали 2 и прижимают головку 1 болта (болтов) к первой детали 2 (или прижимают первую деталь 2 к головке 1 болта (болтам)) давлением, необходимым для приклеивания головки 1 (головок) болта (болтов) к первой детали 2;

- дополнительно вводят слой клеевой нанокомпозиции в зазор между отверстием (отверстиями) первой детали 2 и боковой поверхностью 3 болта (болтов) для заполнения зазора, наносят слой нанокомпозиции на прилегающую к первой детали 2 поверхность второй детали 4, выполненной из композиционного материала, устанавливают на болт (болты) вторую деталь 4;

- вводят слой клеевой нанокомпозиции в зазор между отверстием (отверстиями) второй детали 4 и поверхностью 3 болта (болтов), наносят слой нанокомпозиции на прилегающую ко второй детали 4 поверхность третьей детали 5, устанавливают на болт (болты) и на поверхность второй детали 4 третью деталь 5 (см. фигуры 3, 4, 5);

- вводят слой нанокомпозиции в зазор между отверстием (отверстиями) третьей детали 5 и поверхностью 3 болта (болтов), наносят слой нанокомпозиции на противоположную поверхность в кольцевой зоне третьей детали 5, производят давление на слой нанокомпозиции в зазоре (зазорах) между поверхностью болта 1 и отверстием (отверстиями) во всех деталях 3, 4, 5,

- наносят слой нанокомпозиции на поверхность шайбы 6 (см фиг. 5), контактирующей с поверхностью третьей детали 5,

- наносят слой нанокомпозиции на резьбовую поверхность 3 болтов и гаек 7, наживляют гайку 7 (гайки) на болт (болты) и производят затяжку болтов с усилием, устанавливаемым экспериментально.

Наиболее эффективным, с точки зрения значительного повышения прочности и ресурса конструкций при малых материальных и денежных затратах, является использование наномодифицированных эпоксидных клеевых композиций в указанных выше применениях. Испытанные конструкции показали, что болтовые металло-композиционные соединения обладают достаточной прочностью и усталостной долговечностью, а также сохраняют стабильность своих свойств с течением времени на срок достаточный для использования подобных конструкций в промышленности.

Способ повышения прочности болтового металлокомпозиционного соединения с применением герметизирующих составов, отличающийся тем, что используют наномодифицированную клеевую композицию с рассчитанным сочетанием максимальной прочности и максимальной ударной вязкости и производят сборку болтового соединения в следующей последовательности:

- наносят слой клеевой нанокомпозиции на нижнюю поверхность головки болта и на контактирующую с ней поверхность первой детали, наносят клей на поверхность отверстия и поверхность болтов,

- устанавливают болт в отверстие и прижимают головку болта к первой детали давлением, необходимым для приклеивания головки болта к первой детали,

- вводят слой клеевой нанокомпозиции в зазор между отверстием первой детали и поверхностью болта, наносят слой нанокомпозиции на прилегающую к первой детали поверхность второй детали, выполненной из композиционного материала, устанавливают на болт вторую деталь,

- вводят слой клеевой нанокомпозиции в зазор между отверстием второй детали и поверхностью болта, наносят слой нанокомпозиции на прилегающую ко второй детали поверхность третьей детали, устанавливают на болт (болты) и на поверхность второй детали третью деталь,

- вводят слой нанокомпозиции в зазор между отверстием третьей детали и болтом, наносят слой нанокомпозиции на противоположную поверхность в кольцевой зоне третьей детали, производят давление на слой нанокомпозиции в зазоре между болтом и отверстием во всех деталях,

- наносят слой нанокомпозиции на поверхность шайбы, контактирующей с поверхностью третьей детали,

- наносят слой нанокомпозиции на резьбовую часть болта и гайки, наживляют гайку на болт и производят затяжку болтов с усилием, устанавливаемым экспериментально.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к самоконтрящемуся навинчивающемуся крепежному приспособлению, включающему в себя гайку, навинченную на резьбовой конец, продолжающийся по оси (X) навинчивания.

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения, в частности к авиационной и ракетной технике, может быть использовано как способ стопорения резьбовых крепежных соединений крышек люков с эксплуатационными люками на корпусе или аэродинамических поверхностях сверхзвукового или гиперзвукового летательного аппарата, и направлено на обеспечение эксплуатационной надежности резьбовых крепежных соединений в условиях высокотемпературного нагрева.

Настоящее изобретение относится к самостопорящейся гайке (1), содержащей верхний резьбовой фланец (3), в котором предусмотрены щели (7) V-образной или U-образной формы, образующие во фланце множество круговых дуговых сегментов, сжимаемых наружной винтовой пружиной (5).

Винт // 2381391
Изобретение относится к крепежным элементам, а именно к винтам. .
Изобретение относится к общему машиностроению, а именно к соединению деталей и конструктивных элементов железнодорожного пути, работающих в условиях вибрации. .

Изобретение относится к области крепления сопряженных деталей, в частности крепления осей или насадных деталей на валах для осевой и радиальной фиксации, а также передачи крутящих моментов.

Изобретение относится к машиностроению и приборостроению, в частности к способам стопорения резьбовых крепежных соединений, применяемых при сборке соединений, сборочных единиц машин и приборов и в радиоэлектронной аппаратуре.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при сборке деталей, которые скрепляют многоболтовыми соединениями. .

Изобретение относится к верхнему строению железнодорожного пути и может быть использовано при строительстве и ремонте рельсовых путей различного назначения, а также в иных отраслях машиностроения, где требуется прочное и надежное скрепление деталей. Болтовое соединение включает рельс 1, присоединяемые детали: левую накладку 2 и правую накладку 3, болт 4 путевой и дифференциальный резьбовой соединитель 7 с тормозом 10. На болте 4 выполнены резьба 5 с шагом S и шпоночный выступ 6, сопрягаемый с аналогичным пазом левой накладки 2. Дифференциальный резьбовой соединитель 7 имеет внутреннюю мелкую резьбу с шагом S, соответствующим шагу резьбы 5 болта 4, а снаружи нарезана крупная резьба 8 шагом S1>S. С внешней стороны на дифференциальном резьбовом соединителе 7 выполнена шестигранная головка 9 под стандартный ключ. В отверстии тормоза 10 выполнена резьба, соответствующая резьбе 8 дифференциального резьбового соединителя 7. Тормоз со стороны правой накладки 3 имеет наружный конус 11, контактирующий с коническим отверстием правой накладки 3 равной конусности, а с противоположной стороны на нем выполнен фасонный участок 12 под специальный ключ. Тормоз 10 навинчен на всю длину участка крупной резьбы дифференциального резьбового соединителя 7 до плотного контакта 13 торцовых плоскостей. В результате повышается надежность болтового соединения. 3 ил.

Изобретение относится к крепежным устройствам типа "болт-гайка", а именно к герметичному крепежному устройству, и направлено на повышение герметичности соединения. Крепежное устройство содержит шайбу и охватывающий крепежный элемент, на который надевается шайба, которая содержит кольцевое основание и юбку практически цилиндрической формы, жестко соединенную с внешней периферией кольцевого основания. Кольцевое основание по меньшей мере частично покрыто слоем вязкого состава, способного образовывать герметичное уплотнение за счет полимеризации. Охватывающий крепежный элемент при сборке соединяется с шайбой за счет прилипания к слою вязкого состава, находящегося перед соединением с сопрягаемым охватывающим крепежным элементом в невулканизированном состоянии, допускающем вращение между охватывающем крепежным элементом и шайбой. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может применяться в авиастроении, транспорте, строительстве, энергетике для повышения прочности и ресурса конструкций из металлических, композиционных и металлокомпозиционных материалов. Способ заключается в использовании наномодифицированной клеевой композиции с рассчитанным сочетанием максимальной прочности и максимальной ударной вязкости и в сборке болтового металлокомпозиционного соединения в определенной последовательности. Техническим результатом является повышение прочности и усталостной долговечности болтового металлокомпозиционного соединения, сохранение стабильности его свойств с течением времени, а также понижение концентрации контактных и растягивающих напряжений на контуре отверстий. 5 ил.

Наверх