Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Повышение ресурса летательных аппаратов как специального, так и коммерческого назначения представляет задачу первостепенной важности для современного машиностроительного производства. Одним из направлений обеспечения проектного срока службы конструкций является расширение объемов применения высокоресурсных болтовых соединений (соединения с гарантированным радиальным натягом) в условиях узловой и агрегатной сборки. Если в условиях узловой сборки состав пакета (материалы собираемых деталей) некритичен, то в условиях агрегатной сборки (маложесткие конструкции) соединения с радиальным натягом разрешено применять исключительно для пакетов, содержащих детали из алюминиевых сплавов. На пакеты, содержащие другие материалы, технологические регламенты отсутствуют. Известно, что в большой степени ресурсные характеристики соединений зависят от величины радиального натяга, назначенного конструктором при проектировании болтовых соединений. Увеличение его значений оказывает положительное влияние на ресурс конструкции из-за создания сжимающих напряжений на сопрягаемых поверхностях и исключения возможности взаимного перемещения деталей, входящих в пакет. Применяемые в настоящее время механические способы установки высокоресурсных болтов приводят к уменьшению расчетных значений натягов из-за частичного срезания вершин микронеровностей и к расслоению пакета вследствие значительных осевых нагрузок при монтаже, что создает благоприятные условия для возникновения фреттинг-коррозии (контактной коррозии или коррозии трения). Для разнородных пакетов (материалы соединяемых деталей имеют различные физико-механические свойства) применение больших усилий запрессовки невозможно из-за ручного характера выполняемых работ и низкой жесткости собираемых конструкций, а также ограниченного доступа к местам установки болтов с гарантированным радиальным натягом. Рассмотренные выше факторы приводят к снижению расчетного ресурса конструкции и ограниченному применению высокоресурсных болтовых соединений. Изложенное выше определяет своевременность постановки и проведения исследований, направленных на разработку высокоэффективных технологических процессов изготовления болтовых соединений с радиальным натягом в пакетах из разнородных материалов.
Цель работы. Целью исследования в данной работе является разработка научно обоснованных методов сборки разнородных пакетов в маложестких конструкциях в условиях агрегатного производства болтовыми соединениями по посадкам с натягом.
Задачи работы:
-
С использованием существующих методов разработать математический аппарат для расчета деформированного и напряженного состояния в болтовых соединениях с радиальным натягом в результате криогенной сборки разнородных пакетов с исключением пластических деформаций.
-
Осуществить математическое и физическое моделирование сопряжений с радиальным натягом для криогенного метода сборки разнородных пакетов.
-
Определить способ снижения концентрации напряжений в местах контакта элементов пакета (исключение краевых эффектов внутри пакета).
-
Разработать конструкции болтового соединения с радиальным натягом, обеспечивающие повышение надежности и расширение области его применения.
-
Разработать директивные технологические материалы выполнения высокоресурсных болтовых соединений с применением криогенных технологий.
Объектом исследования является технологический процесс сборки высокоресурсных болтовых соединений маложестких конструкций в условиях агрегатной сборки.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы основные положения технологии машиностроения, теории упругости и численный метод конечных элементов. Экспериментальные исследования проведены по стандартной и оригинальной методикам в лабораторных условиях.
Достоверность полученных результатов обеспечивается совпадением результатов теоретических расчетов и экспериментальными данными; использованием метрологически поверенных измерительных приборов; обсуждением результатов исследований на международных и всероссийских конференциях.
Научная новизна работы:
-
Научно обосновано создание высокоресурсных болтовых соединений в пакетах из разнородных материалов в условиях агрегатного производства с применением глубокого охлаждения болта.
-
Установлено, что применение промежуточных тонкостенных втулок при установке болтов способствует исключению краевых эффектов внутри собираемого пакета.
-
Выявлено, что эффективность применения криогенного метода при легкопрессовых посадках определяется увеличением фактических значений радиального натяга вследствие исключения повреждения поверхностного слоя на сопрягаемых поверхностях.
-
Выявлено, что повышение точности обработки стенок отверстия до Н6 позволяет повысить надежность соединения вследствие увеличения удельного давления на сопрягаемых поверхностях.
Практическая ценность работы:
-
Разработан и предложен криогенный метод сборки болтовых соединений с гарантированным радиальным натягом для пакетов из разнородных материалов, включающий в себя установку предварительно охлажденного в жидком азоте (-196 С) болта в отверстие пакета. Метод защищен патентом РФ.
-
Разработаны и предложены конструктивные изменения болтового соединения для пакетов из разнородных материалов, что дает возможность использовать для упрочнения стенок отверстия более производительный метод. Конструкция болтового соединения защищена патентом РФ.
-
Использование криогенного метода сборки для высокоресурсных соединений позволяет расширить область их применения и снизить требования к размерам рабочего пространства, необходимого для выполнения сборочных работ.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Результаты исследований деформированного и напряженного состояния в болтовых соединениях с радиальным натягом.
-
Обоснование применения сопряжений по 6 квалитету точности для отверстий.
-
Обоснование применения криогенного метода сборки высокоресурсных болтовых соединений для разнородных пакетов в условиях агрегатной сборки.
-
Рекомендации по изменению конструкции высокоресурсных болтовых соединений, обеспечивающие условия снижения краевых эффектов внутри соединения и замену процесса раскатывания дорнованием при упрочнении отверстия.
-
Рекомендации по изменению технологии выполнения высокоресурсных болтовых соединений, обеспечивающие расширение области их применения.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на: VIII международной научно-технической конференции (г. Пенза, 2003 г.), научно-практической конференции «Современные информационные технологии в науке и образовании» (г. Иркутск, 2004 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Современный университет. Образование, наука, культура» (г. Иркутск, 2005 г.), региональной научно-технической конференции (г. Иркутск, 2007 г.), VII международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург,2009г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований получены патенты на полезную модель и способ выполнения болтового соединения с радиальным натягом для неразъемных пакетов и опубликовано 11 печатных работы, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка и двух приложений. Работа изложена на 127 стр., содержит 65 рис., 17 табл., библиографический список из 108 наименований.
