I ТЕХНОЛОГИЯ СОЕДИНЕНИЙ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИТОВ
меняют штифто-болтовые или штифто-шпилечные способы соединения, и требований к ним, последние выполняют как с наружными, так и с внутренними фланцевыми утолщениями. Формование краевых утолщений под штифто-болтовые или штифто-шпилечные соединения в зависимости от назначения конструкции, уровня и характера эксплуатационых нагрузок осуществляют различными способами. Среди этих способов следует отметить специальную намотку кольцевых утолщений, дополнительную приформовку, введение специальных упрочняющих элементов. Введение в зону утолщения высокопрочного изотропного материала (металлической фольги, борных пленок и т.д.) позволяет повысить значения упругих и прочностных характеристик композиционного материала. Так, использование в зоне соединений стеклопластиковых труб дополнительного армирования из бороалюминиевых лент позволяет повысить прочность конструкции на 20...30 % при снижении массы стыка на 10... 15 %.
В ряде случаев высокий уровень нагрузок не позволяет ограничиться однорядными расположениями отверстий под штифты. Тогда применяют многорядные соединения — соединения с шахматным расположением отверстий и т.п. При использовании в многорядных соединениях штифтов с формой поперечного сечения в виде овалов, эллипсов и шпилек различной длины значительно снижается уровень концентраций напряжений и равномерно загружаются все ряды соединения.
|
|
|
Самозаклинивающиеся соединения
Одним из способов местного повышения предельных значений сдвиговых характеристик КМ является использование действующей эксплуатационной нагрузки.
Суть процесса состоит в следующем: в профиль соединения вводят элементы, имеющие, как правило, двусторонние заклинивающие поверхности различной формы. При эксплуатации нагрузка преобразуется так, что в месте соединения возникают значительные радиальные силы, вызывающие местное радиальное сжатие слоев по всей толщине детали из КМ. В свою очередь наличие сжимающих сил приводит к увеличению сил сцепления между элементарными слоями КМ, а следовательно, и к резкому повышению предельных значений межслоевой
302
303
4.3. Механические соединения
жесткости и прочности. Важно отметить, что значения радиальных сжимающих сил, а также местные значения предельных сдвиговых характеристик КМ пропорциональны значению действующей эксплуатационной нагрузке.
Способ соединения с использованием заклинивающихся поверхностей обеспечивает увеличение прочности по мере увеличения нагрузки, воспринимаемой соединяемыми деталями. В частности, для оболочек давления чем больше внутреннее давление, действующее на соединяемые оболочки, тем большую нагрузку может выдержать место соединения. Отсюда и происходит название соединения — самозаклинивающееся.
|
|
|
Использование эксплуатационной нагрузки для упрочнения мест соединения обеспечивает условия, при которых радиальные сжимающие силы возникают только в момент приложения этой нагрузки. Следовательно, в отличие от обычных резьбовых соединений в соединениях с заклинивающимися поверхностями релаксации напряжений в нагруженном состоянии отсутствуют, что дает наименьшие потери исходной прочности с течением времени.
В целях более равномерного распределения действующих осевых нагрузок по толщине детали из КМ заклинивающиеся профили располагают не на цилиндрических, а на взаимно конических сочленяющихся поверхностях (рис. 4.5). В результате этого в передачу осевых нагрузок включается максимальное число элементарных слоев КМ, необходимых для обеспечения равнопрочности.
Сравнительно равномерное распределение нагрузки по длине соединения можно получить специальным профилированием заклинивающихся поверхностей. Закон этого профилирования должен соответствовать эпюре распределения сдвиговых напряжений в соединении.
|
|
|
На рис. 4.5, а, б показаны варианты специального профилированного кольцевого самозаклинивающегося соединения, обеспечивающего равномерное распределение действующей нагрузки как по толщине детали, так и по длине соединения. Следует заметить, что неравномерное распределение нагрузки по длине соединения — явление отрицательное, так как при этом не могут быть полностью использованы все имеющиеся возможности для повышения прочности. При неравномерном
4. ТЕХНОЛОГИЯ СОЕДИНЕНИЙ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИТОВ
распределении нагрузки по виткам профиля надежность соединения ограничивается предельными значениями прочности на смятие и сдвиг одного наиболее нагруженного витка.
Рис.4.5. Самозаклинивающиеся соединения: а — кососимметричное; б — симметричное; I — эпюра сдвигающих напряжений; 1 — слой КМ; 2, 3 - металлические обоймы; 4, 5 -переходные втулки; 6 — пружинные кольца
Если профиль заклинивающихся поверхностей по длине сочленения остается неизменным (см. рис. 4.5, а), то закономерность повышения предельных значений сдвиговых характеристик по длине сочленения будет аналогична характеру распределения сдвиговой нагрузки. Вследствие этого незначительно уменьшается отрицательное влияние неравномерности распределения сдвиговой нагрузки по длине сочленения. Здесь отдельные витки профиля, как и в обычных резьбовых соединениях, оказываются загруженными разными по значению сдвиговыми напряжениями. Различие в запасах прочности по сдвигу для каждого витка профиля будет значительно меньше, чем в обычных резьбовых соединениях.
|
|
|
Конструктивное оформление самозаклинивающихся соединений выполняется различным в зависимости от назначения соединяемых деталей и характера нагрузок. Геометрия профиля соединения и рациональное соотношение его заклинивающихся и опорных элементов для каждого типа соединения (болтового, фланцевого или цилиндрического) соответственно будут различными.
304
20-243
305
4.3. Механические соединения
Рассмотрим схему самозаклинивающихся соединений на примере разъемного соединения труб из КМ с металлическими днищами (см. рис. 4.5, а). Труба нагружена внутренним давлением р. Самозаклинивающиеся профили образованы расположенными на конических поверхностях Т - Т специальными заклинивающимися поверхностями П — П, которые могут быть выполнены как по винтовым (см. рис. 4.5, а), так и по коль-цевым (см. рис. 4.5, б) линиям. Углы наклона заклинивающихся поверхностей к оси симметрии соединения могут изменяться. В самозаклинивающемся профиле (см. рис. 4.5, а) углы наклона а остаются неизменными по всей длине соединения, а в профиле на рис. 4.5, б эти углы по длине соединения изменяются в соответствии с заданным законом. Внутренний и внешний самозаклинивающиеся профили могут быть расположены между собой симметрично и кососимметрично.
Принцип соединения состоит в соединении элементов по
двум взаимно коническим поверхностям Т — Т с двумя метал
лическими обоймами 2 и 3. Внутренние обоймы 2 выполнены
как одно целое с металлическими днищами. Днища 2 и внеш
ние металлические обоймы 3 соединены между собой крепеж
ными болтами. Такое решение позволяет связать днища и
металлические обоймы в единую силовую конструкцию, в ко
торой эксплуатационная нагрузка (внутреннее давление) рав
номерно распределяется между внутренними и внешними ме
таллическими обоймами.
При сборке соединения винтовой профиль (см. рис. 4.5, а)
позволяет наворачивать внешнюю и внутреннюю металличес
кие обоймы на трубу до упора или с определенным радиальным
натягом. При выполнении места соединения в виде кольцевого
самозаклинивающегося профиля внутренняя и внешняя метал
лические обоймы изготавливают составными, что позволяет
"надевать" их на кольцевой самозаклинивающийся профиль.
В приводимом варианте (см. рис. 4.5, б) внешняя обойма -
разрезная, а внутренняя обойма выполнена целой и соединена
с трубой неразъемно в процессе изготовления. Такая конструк
ция узла соединения позволяет предварительное радиальное
натяжение при необходимости выполнять с помощью стяжных
болтов внешней разрезной обоймы.
4. ТЕХНОЛОГИЯ СОЕДИНЕНИЙ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИТОВ
Сборка узла и создание предварительного радиального натяга при симметричном кольцевом самозаклинивающемся соединении (см. рис. 4.5, б) обеспечивается использованием секционных (разрезных) переходных втулок 4 и 5, которые удерживаются в собранном состоянии пружинными кольцами 6.
Отверстия под фланцевые соединения могут быть выполнены в отвержденной оболочке механическим путем или в процессе изготовления оболочки формованием. Как показали результаты исследований, самозаклинивающиеся профили в ряде случаев обеспечивают высокую прочность соединения при незначительной длине профилированной части (около двух-трех витков).
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 1181; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!