Файл: Колганов И.М., Дубровский П.В., Архипов А.Н., 2003 - Технологичность авиационных конструкций, пути повышения. Том 1.pdf

111

замедленное развитие усталостных трещин; возможность соединения обшивок с заполнителями (сотовым, пенопласто-

вым и др.) и с дублерами; высокая удельная прочность и высокое сопротивление усталости;

уменьшение в том же узле количества деталей, что позволяет снизить трудоемкость сборочных процессов;

снижение массы конструкции и др.

Возможность широкого применения клеев, в том числе в авиационной и ра- кетно-космической технике, обеспечивается успехами в химии– созданием смол и других высокоэффективных исходных продуктов. Особенности клеевых соединений объясняются органической природой компонентов клея и спецификой швов.

Склеивание является контролируемым и управляемым технологиче-

ским процессом. Несущая способность клеевых соединений в значительной степени зависит от прочности клеевого слоя и соединяемых элементов, конструктивных особенностей соединения. Наибольшее распространение получило соединение внахлестку, достаточно надежное и экономичное (рис.3.15). Оно дает возможность получить увеличение площади склеиваемой поверхности и нагрузок при сдвиге в клеевом соединении.

Рис.3.15. Модели клеевых соединений и характер их работы под нагрузкой :

а– виды соединений; б – схема работы соединения при растяжении;

в– схема соединения в момент разрушения. 1 – нахлестка со скошенной кромкой; 2 – нахлестка врезная односкосная усиленная; 3 – соединение двустороннее врезное; 4 – соединение на «ус»; 5 – соединение с двумя накладками; 6 – двусторонняя врезная нахлестка с накладками; 7, 8 – соединяемые детали; 9 – слой клея

112

Клеевые соединения по конструктивно-технологическим особенностям

принято делить на две группы : соединения закрытого типа (рис.3.16,а) и открытого типа, то есть многослойные (рис.3.16,б), представленные сечением настила пассажирского пола самолета Ту-204.

Рис.3.16. Схемы клеевых соединений : а – закрытого типа; б – открытого типа. 1 – лист обшивки; 2 – дублер обшивки; 3 – профиль стыковой; 4 – клее-

вая пленка; 5 – ось шпангоута; 6 – ось стрингера; 7 – окантовка дверного проема; 8 – обшивка панели верхняя; 9 - обшивка панели нижняя; 10 – заполнитель из стеклосот; 11 – заполнитель торцов панели; 12 – болт; 13 – упор; 14 – балка поперечная; 15 – балка продольная; 16 – гайка анкерная

Соединения закрытого типа применяются для изготовления обшивочных элементов фюзеляжа в районе входных дверей, люков и различных проемов.

Клеевые соединения открытого типа находят применение в конструкции всех агрегатов планера большинства современных самолетов. Характерной является конструкция настила пола герметической части фюзеляжа Ту-204 между шпангоутами №7-77 (см. рис.3.16,б). Панели пола состоят из верхней 8 и нижней 9 обшивок из листового материала органита, между которыми вклеен заполнитель 10 из

113

стеклосот. Панели опираются на поперечные 14 и продольные 15 балки. Между панелями и балками проложены упоры 13 из резины, закрепленные клеем к поперечным балкам.

Особенности работы клеевого соединения необходимо учитывать при проектировании клееных конструкций. Только расчетным путем можно определить характеристики отвержденного клеевого слоя. Работа соединений при растяжении и изгибе (см. рис.3.15, б, в) определяется характером распределения напряжений по клеевому шву. Наиболее высокая концентрация напряжений имеет место на кон-

цах нахлеста (эпюра напряжения сдвига τсд ). При действии изгибающего момента МИ в клеевом шве возникает разрушающая сила РШ и нормальное напряжение

отрыва σотр .

Существуют различные способы увеличения прочности клеевых швов. Прочность на растяжение и сдвиг клеевого соединения возрастает по мере увеличения прочности и жесткости склеиваемых материалов. Увеличение толщины клеевого слоя δк может привести к снижению прочностных характеристик. По-

этому δк необходимо выдерживать в пределах 0,1 … 0,2 мм.

При увеличении прочности клея и его способности к практической деформации уменьшаются пики напряжений по краям шва, что обеспечивает устойчивую работу клеевого соединения. Увеличение толщины сборочных элементов снижает деформацию при растяжении и способствует равномерному распределению напряжений сдвига в клеевом соединении. И по мере увеличения длины клеевого шва его прочность на растяжение и сдвиг увеличивается.

Все изложенное выше в определенной степени влияет на технологичность клееных конструкций.

3.6.2.Технологичность многослойных клееных конструкций с сотовым заполнителем

Многослойные конструкции с сотовым заполнителем можно классифицировать, как показано на рис.3.17 [22].

В определенной степени все они имеют во многом сходную технологию изготовления, а потому требования технологичности можно рассмотреть на примере наиболее распространенной группы конструкций из алюминиевых сплавов.

Сотовые клееные конструкции из алюминиевых сплавов отличаются по сравнению с клепанными большей удельной статической прочностью (на 20 … 40%) и устойчивостью (в 2 … 4 раза) при продольном сжатии; снижают в 3 … 4 раза количество деталей в сборочном узле; имеют более гладкую поверхность; более низкую трудоемкость проектирования и др.

Студентам авиационных вузов приходится иметь дело с многослойными клееными конструкциями как при дипломном, так и курсовом проектировании по дисциплинам «Конструкция самолетов», «Технология изготовления деталей самолета», «Технология сборки самолета» и др., используя опыт работы в этом направлении базовых предприятий.

114

Многослойные конструкции с сотовым заполнителем

Рис.3.17. Классификация многослойных конструкций с сотовым заполнителем

Наиболее технологичны и широко апробированы в условиях эксплуата-

ции сотовые заполнители с шестигранной формой ячеек. Такие заполнители используют в конструкциях с прямолинейными и криволинейными поверхностями. Криволинейную поверхность получают фрезерованием либо выкладкой деформированных блоков по формованной обшивке. Применять следует типоразмеры сотовых заполнителей в соответствии с действующими отраслевыми стандартами.

При выборе размера ячеек, материала и толщины фольги, высоты сотового заполнителя необходимо учитывать требуемую удельную прочность, теплостойкость, конструктивную компоновку и технологические возможности предприятия.

Сотовые заполнители желательно проектировать без стыков, что позволяет уменьшить массу, снизить трудоемкость изготовления и улучшить качество поверхности агрегатов. Их выполняют с дренажными отверстиями и без них. Дренажные отверстия способствуют проникновению влаги во внутренние полости сотовых агрегатов, поэтому их предусматривают тогда, когда обшивки приклеивают жидкими клеями и клеевыми пленками, выделяющими большое количество летучих веществ при отверждении.

При установлении числа и места расположения дренажных отверстий учитывают необходимость сообщения между ячейками и возможность закрытия в процессе склеивания отдельных отверстий клеем. Обычно в различных плоскостях ячейки располагают не менее трех-четырех отверстий. Отверстия пробивают на несклеиваемых гранях заполнителя.

ВконструкцияхЛАзаполнителипреимущественнорасполагаюттак, что-

бы наибольшие действующие нагрузки совпадали с направлением лент фольги. Рекомендуемое расположение заполнителей в отдельных типовых узлах при-

ведено на рис. 3.18. Размеры сотовых заполнителей обеспечиваются специализированным оборудованием (автоматами), имеющимися на авиационных предприятиях.

115

Рис.3.18. Рекомендуемое расположение сотовых заполнителей в конструкции узлов агрегатов ЛА : а , б – в панелях; в – в хвостовых частях узлов; г – в агрегатах цилиндрической или конической формы. 1 – направление растяжения; 2 – направление максимальных нагрузок

Для увеличения размеров, усиления отдельных участков конструкции, изменения направления лент фольги в смежных зонах, чтобы не фрезеровать уступы в сотовом заполнителе, блоки сотовых заполнителей соединяют между собой. Соединительные швы располагают в любом направлении относительно лент фольги. Соединения регламентированы действующими отраслевыми стандартами.

Студенты во время производственных практик имеют все возможности проработать отраслевые стандарты, исследовать как они выполняются на предприятии и определить пути повышения технологичности собираемых конструкций.

Для обеспечения прочности, герметичности и крепления к основной конструкции необходимо выбрать способ заделки кромок собранных узлов, увязывая его с конструктивной схемой узлов, обеспечив высокую технологичность и минимальную массу. Весьма ответственным является выбор способа соединения в местах передачи сосредоточенных нагрузок.