Technologia i Automatyzacja Montażu 1/2015 57 PORÓWNANIE NOŚNOŚCI POŁĄCZEŃ NITOWYCH WYKONANYCH RÓŻNYMI METODAMI Władysław ZIELECKI, Ryszard PERŁOWSKI, Piotr HAJDUK Streszczenie W pracy przedstawiono analizę porównawczą nośności, stosowanych w przemyśle lotniczym, połączeń nitowych wykonywa- nych z zastosowaniem nitów pełnych, nitów do zabudowy jednostronnej, nitów typu Lock-bolt oraz elementów złącznych typu Hi-lok. Badania wykazały, że połączenia wykonane nitami pełnymi posiadały nośność 20243 N, nitami do zabudowy jednostron- nej 28687 N, nitami typu Lock-bolt 28281 N, łącznikami typu Hi-lok 27264 N. Nowe sposoby wykonywania połączeń nitowych zapewniają uzyskanie nośności o 35 – 42% większej od połączeń tradycyjnych. Słowa kluczowe połączenia nitowe, nośność połączeń Wprowadzenie Połączenia nitowe należą do najstarszych metod łą- czenia elementów cienkościennych i są szeroko stoso- wane w konstrukcjach lotniczych. Poszczególne panele pokrycia łączy się ze sobą oraz z usztywnieniami za po- mocą nitów lub wkrętów. Połączenia te są krytycznymi miejscami struktury samolotu i w głównej mierze decy- dują o jej właściwościach wytrzymałościowych. O wy- trzymałości połączeń nitowych decyduje wiele czynni- ków konstrukcyjnych, technologicznych i materiałowych. Czynniki konstrukcyjne to: typ połączenia, wielkość szwu nitowego, grubości łączonych blach, średnica nitów, typ nitów oraz podziałka rozmieszczenia nitów [1]. Dlatego ciągle są przeprowadzane badania nad nowymi materia- łami i metodami połączeń nitowych. W nowych konstruk- cjach lotniczych stosuje się obecnie nity nowej generacji, do których zaliczamy nity do zabudowy jednostronnej [2], nity typu Lock-bolt [3] oraz elementy złączne typu Hi-lok [4]. Prowadzone są również badania nad stosowaniem w lotnictwie połączeń klejowo-nitowych [5, 6]. Celem pracy jest przeprowadzenie badań porów- nawczych nośności połączeń nitowych wykonanych tra- dycyjnymi nitami pełnymi z połączeniami wykonanymi z zastosowaniem nitów nowej generacji – nitów do zabu- dowy jednostronnej, nitów typu Lock-bolt oraz elementów złącznych typu Hi-lok. 1. Metodyka badań Próbki do badań wykonano z blachy ze stopu alumi- nium 7075-T6, która stosowana jest na cienkościenne pokrycia kadłuba w konstrukcjach lotniczych. Zakładko- we połączenia nitowe wykonano z dwóch pasków bla- chy o długości a = 170 mm, szerokości b = 50 mm, grubo- ści g = 1,98 mm, długość zakładki d = 100 mm, odległość nitów od czoła zakładki f = 25 mm, odległość nitów od krawędzi bocznych e = 12,5 mm, podziałka pomiędzy ni- tami c = 25 mm (rys. 1). Złącza nitowe wykonano z zasto- sowaniem następujących łączników: nit z łbem kulistym MS20470AD5, łącznik typu Hi-lok HL22-5 z nakrętką HL77-5, łącznik typu Lock-bolt NAS1525 z pierścieniem NAS1080D-05, nit jednostronnie zaciągany NAS1738B5. Charakterystykę zastosowanych elementów złącznych przedstawiono w tab. 1, zaś przekroje badanych złączy nitowych przedstawiono na rys. 2 Rys. 1. Kształt i wymiary badanych połączeń nitowych Fig. 1. The shape and dimensions of the respondents riveted joints Próbę ścinania badanych połączeń nitowych prze- prowadzono na maszynie wytrzymałościowej INSTRON 3382. Próbki rozciągano ze stałą prędkością V = 5 [mm/ min] w temperaturze otoczenia 22°C i wilgotności powie- trza 23%. 2. Wyniki badań Wyniki badań nośności badanych połączeń przed- stawiono w tab. 2. Nośność połączeń wykonanych z
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu1/2015
57
PORÓWNANIE NOŚNOŚCI POŁĄCZEŃ NITOWYCH WYKONANYCH RÓŻNYMI METODAMI
Władysław ZIELECKI, Ryszard PERŁOWSKI, Piotr HAJDUK
S t r e s z c z e n i eWpracyprzedstawionoanalizęporównawcząnośności,stosowanychwprzemyślelotniczym,połączeńnitowychwykonywa-nychzzastosowaniemnitówpełnych,nitówdozabudowyjednostronnej,nitówtypuLock-boltorazelementówzłącznychtypuHi-lok.Badaniawykazały,żepołączeniawykonanenitamipełnymiposiadałynośność20243N,nitamidozabudowyjednostron-nej28687N,nitamitypuLock-bolt28281N,łącznikamitypuHi-lok27264N.Nowesposobywykonywaniapołączeńnitowychzapewniająuzyskanienośnościo35–42%większejodpołączeńtradycyjnych.
S ł o w a k l u c z o w epołączenianitowe,nośnośćpołączeń
Wprowadzenie
Połączenianitowenależądonajstarszychmetod łą-czeniaelementówcienkościennych i są szerokostoso-wanewkonstrukcjach lotniczych.Poszczególnepanelepokryciałączysięzesobąorazzusztywnieniamizapo-mocą nitów lubwkrętów. Połączenia te są krytycznymimiejscami struktury samolotu iwgłównejmierzedecy-dują o jej właściwościach wytrzymałościowych. O wy-trzymałości połączeń nitowych decyduje wiele czynni-kówkonstrukcyjnych,technologicznychimateriałowych.Czynnikikonstrukcyjneto:typpołączenia,wielkośćszwunitowego,grubości łączonychblach,średnicanitów,typnitóworazpodziałka rozmieszczenianitów [1].Dlategociąglesąprzeprowadzanebadanianadnowymimateria-łamiimetodamipołączeńnitowych.Wnowychkonstruk-cjachlotniczychstosujesięobecnienitynowejgeneracji,doktórychzaliczamynitydozabudowyjednostronnej[2],nitytypuLock-bolt[3]orazelementyzłącznetypuHi-lok[4].Prowadzonesąrównieżbadanianadstosowaniemwlotnictwiepołączeńklejowo-nitowych[5,6].
Celem pracy jest przeprowadzenie badań porów-nawczychnośnościpołączeńnitowychwykonanychtra-dycyjnymi nitami pełnymi z połączeniami wykonanymi zzastosowaniemnitównowejgeneracji–nitówdozabu-dowyjednostronnej,nitówtypuLock-boltorazelementówzłącznychtypuHi-lok.
1. Metodyka badań
Próbkidobadańwykonanozblachyzestopualumi-nium 7075-T6, która stosowana jest na cienkościennepokryciakadłubawkonstrukcjach lotniczych.Zakładko-we połączenia nitowewykonano z dwóch pasków bla-chyodługościa=170mm,szerokościb=50mm,grubo-
ścig=1,98mm,długośćzakładkid=100mm,odległośćnitówodczołazakładki f=25mm,odległośćnitówodkrawędzibocznyche=12,5mm,podziałkapomiędzyni-tami c=25mm(rys.1).Złączanitowewykonanozzasto-sowaniemnastępującychłączników:nitz łbemkulistymMS20470AD5, łącznik typu Hi-lok HL22-5 z nakrętkąHL77-5,łączniktypuLock-boltNAS1525zpierścieniemNAS1080D-05,nitjednostronniezaciąganyNAS1738B5.Charakterystykę zastosowanych elementów złącznychprzedstawionowtab.1,zaśprzekrojebadanychzłączynitowychprzedstawiononarys.2
Rys.1.KształtiwymiarybadanychpołączeńnitowychFig. 1.The shapeanddimensions of the respondents rivetedjoints
Próbę ścinania badanych połączeń nitowych prze-prowadzononamaszyniewytrzymałościowejINSTRON3382.PróbkirozciąganozestałąprędkościąV=5[mm/min]wtemperaturzeotoczenia22°Ciwilgotnościpowie-trza23%.
2. Wyniki badań
Wyniki badań nośności badanych połączeń przed-stawiono w tab. 2. Nośność połączeń wykonanych z
TiAM_1_2015.indd 57 2015-02-27 08:46:35
1/2015TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu
58
wykorzystaniemnitówpełnychzłbemkulistymwynosiła 20244N,natomiastnośnośćpołączeń,wktórychzasto-sowanonitynowejgeneracjiwynosiładla łącznikówHi--lok27267N,Lock-bolt28281Noraznitówjednostron-niezaciąganych28687N.Zastosowanienowoczesnychłącznikówdowytwarzaniapołączeńnitowychspowodo-
wało wzrost ich nośności o 34-41%. Uzyskane wyniki
wskazują równieżnadużąpowtarzalnośćnośnościba-
danych połączeń nitowych, odchylenie standardowe z
przeprowadzonych próbwynosiło 133-556N, co odpo-
wiadazmiennościnapoziomie2%.
Tabela1.CharakterystykazastosowanychelementówzłącznychTable1.Characteristicsofusedfasteners
Wariant Typ elementu Rysunek Opis elementu
1.łącznik
MS20470AD5
Łącznik z łbem kulistym, wykonany ze sto-pu aluminium 2117-T4, anodowany wg MIL--A-8625–kolorzłoty.
2.łączniktypu Hi-lokHL22-5
znakrętkąHL77-5
Łącznikzłbemtrapezowymwykonanyzesto-pu aluminium7075-T6wgAMS-QQ-A-250/9.Brak oznaczenia literowego po cyfrze „22”oznacza,żejestanodowanywgMIL-A-8625–naturalnykolor.Pierścień Hi-loka wykonany ze stopu alumi-nium 2024-T6 wg AMS-QQ-A-250/6. Brakoznaczenialiterowegopocyfrze„77”oznacza,żejestanodowanywgMIL-A-8625–kolorbrą-zowy.
3.
łączniktypuLock-boltNAS1525zpierścieniemNAS1080D-5
Łącznikzłbemtrapezowymwykonanyzesto-pu aluminium7075-T6wgAMS-QQ-A-250/9,anodowanywgMIL-A-8625–kolorzłoty.Pierścień wykonany z materiału 6061-T7 wgQQ-A-430;anodowanywgMIL-A-8625–kolornaturalny.
4.łącznikjednostron-niezaciąganyNAS1738B5
Łącznikzłbemwystającymkulistym,materiał – tulejka nitu ze stopu aluminium5056wg
QQ-A-430,anodowanawgMIL-A-8625, – trzpieńzestaliwgAMS6322,kadmowany
wgQQ-P-416, – pierścieńzestalimonelawgQQ-N-281.
Rys.2.Przekrojebadanychzłączynitowych:a)nitpełny,b)Hi-lok,c)Lock-bolt,d)nitdozabudowyjednostronnejFig.2.Thesectionsstudiedrivetedjoints:a)therivetfull,b)Hi-lok,c)Lock-bolt,d)Built-sidedrivet
TiAM_1_2015.indd 58 2015-02-27 08:46:35
TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu1/2015
59
Tabela2.NośnośćbadanychpołączeńnitowychTable2.Loadstudiedrivetedjoints
Lp. Typ połączenia
Średnia no-śność połą-
czenia[N]
Odchylenie standardowe
[N]
Zmiana nośności
[%]
1. łącznikzłbemkulistymMS20470AD5-6 20244 367 0
2. łączniktypuHi-lokHL22-5-3znakrętkąHL77-5 27264 556 34,7
3.łączniktypuLock-boltNAS1525-03zpierście-niemNAS1080D-5
28 281 408 39,7
4. łącznikjednostronniezaciąganyNAS1738B-5-3 28 687 133 41,7
Tabela3.PorównaniemasyłącznikówzastosowanychwbadanychzłączachnitowychTable3.Comparisonoftheweightoffastenersusedinthetestrivetedjoints
Lp. Typ połączenia Masa[g]
Zmiana ciężaru na jednym połączeniu
[g] [%]
1. łącznikzłbemkulistymMS20470AD5-6 0,52 0 0
2. łączniktypuHi-lokHL22-5-3znakrętkąHL77-5 0,93 0,41 78
3.łączniktypuLock-boltNAS1525-03zpierścieniemNAS1080D-5
0,72 0,20 38
4. łącznikjednostronniezaciąganyNAS1738B-5-3 0,86 0,34 65
Tabela4.PorównaniecenyłącznikówzastosowanychwbadanychzłączachnitowychTable4.Comparisonofpricesoffastenersusedinthetestrivetedjoints
Poz. Typ połączeniaCena jednego
łącznika[$]
Zmiana ceny na jednym połączeniu
[%]
1. łącznikzłbemkulistymMS20470AD5-6 0,13 0
2. łączniktypuHi-lokHL22-5-3znakrętkąHL77-5 1,20 923
3.łączniktypuLock-boltNAS1525-03zpierścieniemNAS1080D-5
0,56 430
4. łącznikjednostronniezaciąganyNAS1738B-5-3 0,32 246
Tabela5.PorównaniepracochłonnościwykonywaniabadanychpołączeńnitowychTable5.Comparisonoftheperformanceofworkloadstudiedrivetedjoints
Poz. Typ połączenia
Pracochłonność montażu jednego
połączenia[min]
Zmiana pracochłonno-ści na jednym połącze-
niu[%]
1. łącznikzłbemkulistymMS20470AD5-6 5,00 0
2. łączniktypuHi-lokHL22-5-3znakrętkąHL77-5 4,00 -20
3.łączniktypuLock-boltNAS1525-03zpierścieniemNAS1080D-5
4,00 -20
4. łącznikjednostronniezaciąganyNAS1738B-5-3 3,00 -40
TiAM_1_2015.indd 59 2015-02-27 08:46:35
1/2015TechnologiaiAutomatyzacjaMontażu
60
Badania porównawcze nośności połączeń nitowychuzupełnionoanaliząporównawcząmasyicenyzastoso-wanychłącznikóworazpracochłonnościwykonaniajed-negozłączanitowego(tab.3–5).Przeprowadzonaana-lizawskazuje, że nowoczesne łączniki posiadająmasęo38–78%większąodtradycyjnychnitówpełnychorazmająo250–930%wyższącenę.Pracochłonnośćwyko-naniapołączeńHi-lokorazLock-boltjestmniejszao20%odpracochłonnościwykonaniapołączeńnitamipełnymi,natomiastpracochłonnośćwykonaniapołączeńznitamijednostronniezaciąganymijestmniejszao40%.
Podsumowanie
Zastosowanie nowych sposobów łączenia metalo-wychstrukturkonstrukcjilotniczychelementamizłączny-mi typuHi-lok,nitamispecjalnymiLock-boltoraznitamijednostronnie zrywanymi pozwala zwiększyć nośnośćpołączeń o 35 – 42%, skrócić czas wykonywania złą-czao20–40%,możerównieżpowodowaćzwiększeniekosztówwytwarzania o 250 – 900%orazmasy złącza o38–78%.
Praca realizowana w ramach projektu kluczowego Nr POIG.01.01.02-00-015/08-00 „Nowoczesne technolo-gie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”.
LITERATURA
1. SkoćA., Spałek J.:Podstawy konstrukcji maszyn. Obliczenia konstrukcyjne tolerancje i pasowania po-łączenia.WNT,Warszawa2006.
2. PN-ENISO14588:2002Nity jednostronne–Termi-nologiaidefinicje.
3. ISO13469:2014Mechanicaljoining–Form-fitblindrivetsand(lock)boltjoints–Specificationsandquali-ficationoftestingprocedures.
4. Hi-lok Fastening systems. Installation instructions.(dostęp 12.10.2014 r.) http://club66pro.com/docu-ments/Hilok_Hitigue_Installation.pdf.
5. Perłowski R.: Technologia i właściwości połączeń klejowo-nitowych.TechnologiaiAutomatyzacjaMon-tażu,nr2,2007,s.124–127.
6. RudawskaA.,BłaziakM.:Analiza porównawcza siły niszczącej połączenia klejowe, klejowo-nitowe oraz nitowe stopu tytanu. Technologia i AutomatyzacjaMontażu,nr4,2011,s.40–44.
_______________________Dr hab. inż. Władysław Zielecki, prof. PRz – KatedraTechnologii Maszyn i Inżynierii Produkcji, PolitechnikaRzeszowska,35-959Rzeszów,al.PowstańcówWarsza-wy12,e-mail:[email protected]ż.RyszardPerłowski–KatedraTechnologiiMaszyni InżynieriiProdukcji,PolitechnikaRzeszowska, 35-959Rzeszów, al. Powstańców Warszawy 12, e-mail: [email protected]ż.PiotrHajdukjestabsolwentemPolitechnikiRze-szowskiej.
LOAD CAPACITY COMPARISON OF RIVETED JOINTS MADE BY DIFFERENT METHODS
A b s t r a c tTThepaperpresentsacomparativeanalysisof the following issues: loadcapacityused in theaerospace industry, rivetedjointsmadewithapplicationofsolidrivets,blindrivets,theLock-bolttyperivetsandHi-loktypefasteners.Studiesshowthattheloadcapacityofjointsmadewithapplicationofsolidrivetsis20243N,andforblindrivetsis:28687N,Lock-bolttyperivets: 28281N,andHi-loktypefasteners:27264N.Asaresult,newproceduresdesignedfortherivetedjointsleadtotheincreasedstrengthof35–42%thanforthetraditionaljoints.
K e y w o r d srivetedjoints,loadcapacity
TiAM_1_2015.indd 60 2015-02-27 08:46:35
Related Documents
