Разработка метода оценки герметичности заклёпочных соединений для определения оптимальных конструктивно-технологических решений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Шишкин, Сергей Сергеевич

• Шишкин, Сергей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шишкин, Сергей Сергеевич

Введение.

Глава I. Состояние вопроса в области обеспечения герметичности заклёпочных соединений и методов оценки их проницаемости.

1.1. Общие сведения о герметичности.

1.2. Конструкция и технология выполнения заклёпочных соединений.

1.3. Анализ разработок в области обеспечения герметичности заклёпочных соединений вне использования герметизации.

1.4. Анализ теоретических методов определения проницаемости механического контакта.

1.5. Цель работы и задачи исследований.

Глава II. Разработка методики расчёта заклёпочных соединений на герметичность при наличии сплошности контакта.

2.1. Основные расчётные формулы для определения расхода уплотняемой среды через заклёпочные соединения.

2.2. Эквивалентная толщина пористого слоя.

2.3. Коэффициент проницаемости пористого слоя.

2.4. Определение проницаемости заклёпочных соединений при неравномерном контактном давлении.

2.5. Основные результаты главы II.

Глава III. Разработка методики расчёта контактной нагрузки в заклёпочных соединениях в исходном состоянии.

3.1. Основные допущения и постановка задачи о формировании заклёпочного соединения.

3.2. Расчёт контактной нагрузки при действии усилия клёпки.

3.3. Расчёт контактной нагрузки при снятии усилия клёпки.

3.4. Определение остаточных напряжений и действительной величины натяга.

3.5. Основные результаты главы III.

Глава IV. Распределение контактной нагрузки в заклёпочных соединениях под действием внешних сил.

4.1. Анализ нагружения заклёпочных соединений.

4.2. Нагружение заклёпочных соединений на сдвиг.

4.3. Нагружение клёпаной панели на растяжение или сжатие.

4.4. Основные результаты главы IV.

Глава V. Влияние конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на герметичность заклёпочных соединений.

5.1. Влияние радиального натяга на условия разгерметизации.

5.2. Влияние натяга и других технологических факторов на герметичность заклёпочных соединений при сохранении сплошности контакта.

5.3. Методика оценки герметичности заклёпочных соединений.

5.4. Практический расчёт расхода уплотняемой среды через единичное заклёпочное соединение.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода оценки герметичности заклёпочных соединений для определения оптимальных конструктивно-технологических решений»

Заклёпочные соединения являются основным видом соединений в современной авиации благодаря высокому ресурсу и живучести, низкой себестоимости, возможности автоматизации сборочных работ и другим факторам. Основными параметрами их качества являются статическая и усталостная прочность, а также герметичность. Обеспечение качества представляется комплексной задачей, решение которой возможно благодаря выбору оптимальных конструктивно-технологических параметров соединения, включая тип крепежа, силовую схему процесса клёпки и величину радиального натяга.

В настоящее время для выполнения потайных и непотайных соединений наибольшее применение находят стержневые заклёпки, широкое внедрение которых определяется наиболее равномерным распределением радиального натяга со по толщине пакета. Величина натяга в конструкциях из лёгких сплавов, как правило, не превышает 2.5%. Выбор значения со является результатом взаимной увязки и оптимизации заложенных параметров качества. Например, повышение величины натяга способствует увеличению усталостных свойств, однако является причиной значительных деформаций стыкуемых элементов при сборке.

Качество заклёпочных соединений с точки зрения герметичности не всегда адекватно уровню современной техники, что выражается в наличии определённого количества видимых утечек топлива, которые не допускаются требованиями стандартов. Причинами проницаемости является наличие микронеровностей на сопряжённых поверхностях листа и заклёпки, а также потеря сплошности их контакта, причём во втором случае величина расхода уплотняемой среды оказывается существенно выше.

Для устранения проницаемости заклёпочных соединений используется поверхностная герметизация, которая приводит к увеличению веса, а также трудоёмкости и себестоимости сборки узлов и панелей, выходящих на внешний контур. Герметизации подвергаются практически все внутренние объёмы современных самолётов, включая топливный, пассажирский и приборный отсеки. Сокращение объёма данной технологии желательно с точки зрения повышения качества изделий авиационной техники, однако такое решение возможно только при условии обеспечения герметичности другими технологическими мероприятиями.

В настоящее время герметичные свойства заклёпочных соединений в значительной степени исследуются экспериментально, причём на основе качественной оценки. Такой подход, как правило, не позволяет получить численное значение величины утечки уплотняемой среды и, следовательно, оценить её влияние на экологию, пожарную безопасность или предельную дальность полёта. Количественные требования к герметичности заклёпочных соединений не предъявлены. Поскольку наличие проницаемости присуще каждому механическому контакту, результат качественной оценки во многом определяется условиями проведения эксперимента. Качественная оценка устанавливает факт накопления утечки определённой величины, однако не даёт полной информации о причинах её возникновения. Такой подход в ряде случаев не позволяет выявить однозначную взаимосвязь между параметрами соединения и герметичными свойствами, а большое количество факторов различной природы, влияющих на проницаемость, практически исключает эмпирический поиск их оптимального сочетания.

В условиях высокой стоимости количественных методов испытаний на герметичность повышение качества заклёпочных соединений по данному критерию во многом определяется созданием соответствующих расчётных методов, которые позволят наиболее полно описать явления, протекающие в конструкциях, и увязать обеспечение герметичности с другими параметрами качества. В рамках данных методов необходимо установить количественные характеристики проницаемости, определить условия начала разгерметизации и рекомендовать оптимальные конструктивно-технологические решения.

Таким образом, разработка метода оценки герметичности заклёпочных соединений является актуальной задачей, направленной на повышение качества авиационных конструкций.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Шишкин, Сергей Сергеевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработан метод оценки герметичности заклёпочных соединений для определения оптимальных конструктивно-технологических решений и предложена соответствующая методика, которая может применяться непосредственно при проектировании клёпаных конструкций.

Установлено, что сокращение роли поверхностной герметизации возможно при сохранении сплошности контакта листа и заклёпки, что достигается выбором оптимальной величины натяга и некоторых геометрических параметров соединения. При этом улучшение чистоты поверхности отверстия под заклёпку позволяет повысить герметичные свойства соединения также только в условиях сплошности контакта.

2. Получено численное значение расхода керосина через единичное заклёпочное соединение при сохранении сплошности контакта, что позволяет определить влияние утечки топлива на эксплутационную безопасность изделий авиационной техники, а также установить количественные требования к герметичности клёпаных конструкций.

3. Получены расчётные значения контактной нагрузки в заклёпочных соединениях в исходном состоянии и под действием внешних сил. Описан эффект пластической разгрузки стержня заклёпки и определены теоретические значения остаточных напряжений в панелях.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шишкин, Сергей Сергеевич, 2009 год

1. Александров В.М., Ромалис Б.Л. Контактные задачи в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1986. - 176 с.

2. Бабкин В.Т., Зайченко A.A., Александров В.В. Герметичность неподвижных соединений гидравлических систем. — М.: Машиностроение, 1977.- 173 с.

3. Бояршинов C.B. Основы строительной механики машин. М.: Машиностроение, 1973. — 456 с.

4. Васильев C.JL Исследование взаимного влияния технологии выполнения и геометрических параметров клёпаных швов на их усталостную прочность в конструкциях самолётов. Дисс на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: МАИ, 1981. - 169 с.

5. Волошин Ф.А., Попов Ю.И. Конструирование заклёпочных и болтовых соединений: Учебное пособие для курсового проектирования и лабораторно-практических работ по курсу "Проектирование конструкций" М.: МАИ, 1983. - 53 с.

6. Выполнение соединений стержневыми заклёпками в панелях на автоматическом оборудовании. M.JI. РТМ. 1.4. 1889-88. / Абин НсН., Громов В.Ф., Васильев С.Л. и др. М: НИАТ, 1988. - 79 с.

7. Выполнение соединений стержневыми заклёпками в панелях на клёпальных автоматах с ЧПУ. РТМ 1.4. 643-79. / Григорьев В.П., Громов В.Ф. и др. М.: НИАТ. - 107 с.

8. Ганиев Р.Ф., Украинский Л.Е. Динамика частиц при воздействии вибраций. Киев: "Наукова Думка", 1975. - 168 с.

9. Горячева И.Г., Добычин М.Н. Контактные задачи в трибологии. — М.: Машиностроение, 1988. -256 с.

10. Григорьев В.П. Сборка клёпаных агрегатов самолётов и вертолётов. -М.: Машиностроение, 1975. 343 с.

11. Громашев А.Г. Технологическое проектирование высокоресурсных заклёпочных и болтовых соединений. Актуальные проблемы самолётостроения. Киев: Изд. "КИТ", 2007. - 304 с.

12. Громов В.Ф. Исследование процесса выполнения высокоресурсных соединений клёпкой повышенным давлением. Дисс. на соиск. уч. степ, канд. техн. наук. М.: МАИ, 1977. - 222 с.

13. Дёмкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970.-227 с.

14. Дёмкин Н.Б. Расход газа через стык контактирующих поверхностей // Изв. вузов. -М.: Машиностроение, 1976, №6, с 40-41.

15. Дёмкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. — М.: Машиностроение, 1981. 234 с.

16. Долинский В.М., Лыткина Н.К. Определение контактного давления в прессовых соединениях при пластической деформации охватывающей детали // Детали машин Киев, 1971, вып. 12, с 47-50.

17. Джанелидзе Г.Ю. Концентрация напряжений на краю кругового отверстия в равномерно напряжённом поле при пластической деформации // Труды Ленинградского политехнического института, 1947, №3, с 111-117.

18. Ерёменкова И.В. Технологическое обеспечение герметичности неподвижных разъёмных соединений. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Брянск: БГТУ, 2005. - 150 с.

19. Житомирский Г.И. Конструкция самолётов: Учебник для студентов авиационных специальностей вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1995. -416 с.

20. Ильин H.H., Николаев В.А., Суслов А.Г. Расчёт герметичности разъёмных неподвижных соединений пневмогидросистем // Вестник машиностроения, 1985, №3, с. 26-28.

21. Иосилевич Г.Б. Детали машин. М.: Машиностроение, 1988. - 368 с.

22. Иосилевич Г.Б. Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин. М.: Машиностроения, 1981. - 224 с.

23. Кармугин Б.В., Стратиневский Г.Г., Мендельсон Д.А. Клапанные уплотнения пневмогидроагрегатов. -М.: Машиностроение, 1983. -151 с.

24. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твёрдых тел на трение и износ. -М.: Наука, 1974.-112 с.

25. Кондаков JI.A. Рабочие жидкости и уплотнения гидравлических систем. — М.: Машиностроение, 1982. 215 с.

26. Кондратов В.З. Исследование влияния конструктивно-технологических факторов на герметичность высокоресурсных клёпаных соединений в конструкциях самолётов. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: МАИ, 1981. - 216 с.

27. Конструирование деталей самолёта: Учебное пособие к курсовому проектированию/ Под ред. А.И. Шаталова. М.: МАИ, 1993. - 96 с.

28. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: 3-е изд. перераб. и доп. -М.: Наука, 1970.-904 с.

29. Майер Э. Торцевые уплотнения / Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1978.-287 с.

30. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. — М.: Машиностроение, 1968. — 400 с.

31. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Наука, 1966. - 707 с.

32. Надаи А. Пластичность и разрушение твёрдых тел М.: Изд. Иностр. Лит. / пер. с англ, 1954. - 647 с.

33. Папкович П.Ф. Теория упругости. — М.: Оборонгиз, 1933. 349 с.

34. Пинчук JI.C. Герметология. Минск: Навука i тэхтка, 1992. - 216 с.

35. Продан В.Д. Техника герметизации разъёмных неподвижных соединений. М.: Машиностроение, 1977. - 423 с.

36. Результаты предварительных испытаний образцов заклёпочных соединений на прочность и герметичность: Н.-т. отчёт/ Ярковец А.И. — М.:НИАТ, МАИ, 1981.-90 с.

37. Рид Р., Праусниц Дж, Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справ, 3-е изд. перераб. и доп. JL: Химия, 1982. - 591 с.

38. Рыжов Э.В. Контактная жёсткость деталей машин. М.: Машиностроение, 1966. - 193 с.

39. Соколовский В.В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1969. — 608 с.

40. Суслов А.Г. Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 2002. 684 с.

41. Технологическая диагностика гидравлических приводов / Под ред. Т.М. Башта М.: Машиностроение, т. 1, 2003 - 302 с.

42. Технология выполнения высокоресурсных соединений в конструкциях самолётов: Учебное пособие / Под ред. А.И. Ярковца. — М.: МАИ, 1985.- 158 с.

43. Тимошенко С.П. Теория упругости. М.-Л.: ГИТТЛ, 1934. - 450 с.

44. Тихонов П.В., Кононенко В.А. и др. Механические свойства металлов и сплавов: Справочник. Киев: Наукова думка, 1985. - 565 с.

45. Трение, изнашивание и смазка: Справочник в 2-х кн. /Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. - Кн. I -400 с.

46. Уплотнение и уплотнительная техника: Справ. Же изд. перераб. и доп. / Под ред. А.И. Голубева и JI.A. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986.-463 с.

47. Фомин А.Н. Технология выполнения соединений с внутришовной герметизацией в высоконагруженных швах на автоматическом оборудовании. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М.: МАИ, 1990.-169 с.

48. Шайдеггер А.Э. Физика течения жидкостей через пористые среды. -М.: Гостоптехиздат, 1960. — 250 с.

49. Шишкин C.B., Шишкин С.С. К расчёту авиационных заклёпочных соединений на герметичность // Проблемы машиностроения и надёжности машин, 2008 г., №3, С. 51-59.

50. Ярковец А.И. Сироткин О.С., Фирсов В.А., Киселёв Н.М. Технология выполнения высокоресурсных заклёпочных и болтовых соединений в конструкциях самолётов. М.: Машиностроение, 1987. - 192 с.

51. ГОСТ 10227-86. Топлива для реактивных двигателей. Технические условия.

52. ГОСТ 33-2000. Нефтепродукты. Метод определения кинематической и расчёт динамической вязкости.

53. ОСТ 1 34046-80. Заклёпки с уменьшенной потайной головкой < 90°с компенсатором для автоматической клёпки. Конструкция и размеры.

54. ОСТ 1 34047-80. Заклёпки с уменьшенной потайной головкой < 90° с компенсатором. Конструкция и размеры.

55. ОСТ 1 34012-76. Заклёпки стержневые. Конструкция и размеры.

56. ОСТ 1 00128-74. Герметичность изделий. Нормы.