7.3.3. Проектирование стыкового узла навески очк с центропланом

В ходе данного расчета определим диаметр и шаг стыковых болтов, а также конструкцию и размеры стыковых профилей.

Для передачи усилий с панели крыла, работающей на нормальные и касательные напряжения от изгиба, сдвига и кручения, на центроплан применяется фланцевый (контурный) стык, осуществляемый с помощью стыкового фитинга, изготовленного из прессованного профиля (сплав В95). Обычно эти фитинги выполняются за одно целое с поясом бортовой нервюры. Для верхней панели в фитинги через вертикальные прорези вставляются стыковые болты; для затяжки болтового соединения предусмотрены вырезы (гнезда) под размер ключа. Выпадение болтов при тряске и ослаблении затяжки предотвращается шайбами, «утопленными» в тело проушины. Для сжатой панели соединение рассчитывается на передачу сжимающих сил упором фланцев стыкуемых частей. Болты верхнего фитинга должны обеспечить затяжку стыка для передачи трением части крутящего момента, а также прочность на отрыв при 50 %-ном нагружении для случаев обратной перегрузки (например, случай D). Сверху стык закрывается обтекателем, установленным на винтах. Стык нижних панелей должен обеспечить передачу 100 %-ной растягивающей нагрузки. Чтобы предотвратить опасность выпадания болта, в нижнем стыке при его установке не выполняют прорезей, а болт вставляют в отверстия, имеющиеся в проушинах фланца. Для введения болта одно из «окошек» стыкуемых фитингов выполняется под размер болта (обычно это окошко в центроплане). Варианты фитингов для верхней и нижней панели приведены на рис. 7.13. Также на рис. 7.13. приведены необходимые размеры гнезд.

Рис. 7.13

При предварительном проектировании стыка надо определить передаваемую нагрузку, диаметр и шаг болтов, конструкцию и размеры стыковочных фитингов, количество, расположение и диаметр болтов, соединяющих верхнюю и нижнюю панели со стыковочными фитингами.

Расчет параметров стыка будем осуществлять для нижнего фитинге, где через болты передается 100 %-ная растягивающая нагрузка.

В месте стыка имеем следующие нагрузки:

Q= 16332 кг,М= 20320 кг∙м,М_кр= 3223 кг∙м.

Геометрические параметры в месте стыка следующие:

Н₁= 270 мм,Н₂= 125 мм,В= 1070 мм (Здесь Н₁, Н₂и В аналогично как на рис. 7.7).

В месте стыка будем иметь следующие нормальные погонные усилия:

,

,

где ;Н₁иН₂– высоты по передней и задней стенки.

Получим

мм

кг

кг/мм

Сдвигающие погонные усилия q_сдвопределяются по формуле:

,

мм².

кг/мм.

Минимальный шаг болтов стыка (см. рис. 7.13) и может быть принят в зависимости от диаметра (таблица № 7.7).

Таблица № 7.7

d, мм	8;10	12;14	16;18;20	22;24;27;30
tmin, мм	4,5d	4,0d	3,5d	3,0d

Имея величину погонных усилий в стыке, задаваясь диаметром dи определяя разрушающее усилие болта на разрывР_р, находим максимально возможную величину шага болтов:

.

Последовательной итерацией при условии получения t_max > t_minнаходим рациональный диаметр и шаг болтовt.

Возьмем диаметр болтов d= 12 мм. Для негоР_р= 8770 кг. Имеем:

мм,

мм.

Как видим t_max > t_min. В итоге примем следующие параметры стыковочного фитинга (см. рис. 7.13):

d= 12 мм,t= 75 мм,δ= 12 мм,В= 63 мм.

Тогда нагрузка, действующая на болт будет:

кг.

Количество болтов для передачи силы Nбудет:

.

В нашем случае из-за размеров стыка (межстеночный размер В) устанавливается 14 болтов. Установка 15 болтов способствовало бы уменьшению шагаt, при этом уменьшался бы размер «окошка»В, что не давало бы подхода под ключ для затяжки болтов.

В итоге сила действующая на один болт будет:

.

Также болты срезаются от действия q_сдв. Срезающее усилие на один болт будет:

кг, что меньшеР_р= 7750 кг.

Определим эквивалентное напряжение для болта:

,

где кг/мм²;

кг/мм².

Тогда,

кг/мм².

Как видим σ_экв < σ_в= 110 кг/мм²(для стали 30ХГСА, из которой изготовлены болты).

Крепление фитинга к панели осуществляется с помощью болтов, работающих на срез как от q_σтак и отq_сдв. Суммарное срезающее усилие будет:

кг/мм.

Возьмем болты с диаметром d_б= 8 мм из сплава ВТ16 (так как стыковочный фитинг крепится к композиционной панели), для которыхР_ср= 3190 кг. В общем болты ставятся в несколько рядов в шахматном порядке. Шаг между болтамиt_б= 25 мм. Тогда сила, действующая на болт, будет:

кг.

Проверим панель на смятие под болтом, так как она из композиционного материала, у которого допускаемое значение напряжения меньше чем у металлов. Для материала КМКУкг/мм².

Имеем

, где толщина панели в месте стыка равна 12 мм (δ= 12 мм).

Тогда

кг/мм²<кг/мм².

На этом закончим рассматривание стыковочного фитинга для нижней панели.

Верхний стыковочный фитинг примем с такими же геометрическими параметрами как и нижний.

Рассмотрим передачу перерезывающей силы с ОЧК на центроплан, осуществляемую при помощи болтов, установленных в передней и задней стенках (рис. 7.14).

Также как и ранее будем считать, что распределение перерезывающей силы по стенкам осуществляется пропорционально их высотам. Имеем

Здесь Н_пиН_з– высоты передней и задней стенок соответственно. ИмеемН_п= 270 мм,Н_з= 125 мм.

Отсюда

кг

Рис. 7.14

кг

При этом догружение болтов, установленных для передачи перерезывающей силы, от действия крутящего момента рассматривать не будем. Так как некоторая часть крутящего момента передается трением между стыковочными фитингами, другая часть ложится на ранее рассматриваемые болты, установленные в стыковочных фитингах.

Рассмотрим стык по передней стенке.

Установка болтов в месте стыка определяется как передаваемой нагрузкой, так и геометрией (высотой) стенки. По передней стенке ставим 6 болтов диаметром d_б= 10 мм. Болты работают на срез,Р_рср= 5390 кг.

Сила, действующая на один болт, будет:

кг.

Проверим стенку на смятие под болтом:

, где δ = 4 мм, акг/мм². Получим

Рассмотрим стык по задней стенке.

Здесь ставится три болта диаметром d_б= 10 мм.

Сила, действующая на один болт, будет:

кг.

Проверим стенку на смятие под болтом:

, где δ = 3,5 мм, акг/мм². Получим

.

163