Оценка несущей способности конического соединения с гарантированным натягом для деталей из углерод-углеродных композиционных материалов

Исследована возможность передачи крутящего момента для соединения деталей типа вал — втулка, изготовленных из композиционных материалов. Проведены экспериментальные исследования по оценке несущей способности конического соединения с гарантированным натягом из пространственно-армированных углерод-углеродных композиционных материалов со схемой армирования 4ДЛ. Получена экспериментальная зависимость крутящего момента от осевой силы, действующей на коническую поверхность соединения. По экспериментальным данным определена зависимость коэффициента трения для конического соединения с гарантированным натягом из углерод-углеродных композиционных материалов от нормальной силы, действующей на поверхности соединения. Установлено, что коэффициент трения в коническом соединении из УУКМ меньше, чем в аналогичном коническом соединении из металла.

EDN: LEADKZ, https://elibrary/leadkz

Литература

[1] Степашкин А.А. Работоспособность углерод-углеродных композиционных материалов фрикционного назначения при циклическом нагружении. Дисс. … канд. тех. наук. Москва, МИСиС, 2013. 201 с.

[2] Потапов А.М. Перспективы использования углерод-углеродных композиционных материалов на основе вискозных углеродных волокон для потребностей ракетно-космической техники. ВАНТ, 2015, № 5, с. 152–156.

[3] Лукина Н.Ф., Петрова А.П., Мухаметов Р.Р. и др. Новые разработки в области клеящих материалов авиационного назначения. Авиационные материалы и технологии, 2017, № S, с. 452–459, doi: https://doi.org/10.18577/2071-9140-2017-0-S-452-459

[4] Аристов В.Ф., Здвижков А.Т., Кошелева О.К. Уникальные конструкционные высокопрочные термостойкие клеи. Решетневские чтения. Мат. XXI Межд. науч.-практ. конф. Т. 1. 2017. Красноярск, СибГУ, 2017, с. 68–69.

[5] Алямовский А.И., Давыдов Д.Я., Земцова Е.В. и др. Результаты экспериментальных исследований высокотемпературных клеевых композиций на бисмалеимидной основе применительно к конструкциям ракетно-космической техники. Космическая техника и технологии, 2020, № 3, с. 24–34.

[6] Захаров М.Н., Любченко М.А. Исследование предельных нагрузок для резьбовых соединений из углерод-углеродных композиционных материалов. Конструкции из композиционных материалов, 2017, № 4, с. 82–87.

[7] Захаров М.Н., Любченко М.А., Магнитский И.В. Критерий разрушения резьбовых соединений деталей из композитных материалов. Вестник машиностроения, 2018, № 12, с. 3–6.

[8] Любченко М.А., Магнитский И.В. Оценка прочности резьбового соединения из углерод-углеродного композиционного материала при проектировании деталей из композита. Вопросы оборонной техники. Сер. 15, 2018, № 3, с. 14–20.

[9] Guan Z., Mu J., Su F. et al. Pull-through mechanical behavior of composite fastener threads. Appl. Compos. Mater., 2015, vol. 22, no. 3, pp. 251–267, doi: https://doi.org/10.1007/s10443-014-9404-5

[10] Zhang Y., Zhou Z., Tan Z. Compression shear properties of bonded–bolted hybrid single-lap joints of C/C composites at high temperature. Appl. Sci., 2020, vol. 10, no. 3, art. 1054, doi: https://doi.org/10.3390/app10031054

[11] Kushwaha J., Kumar V.P., Sinnur K.H. Development and evaluation of carbon-carbon threaded fasteners for high temperature applications. Def. Sci. J., 2012, vol. 62, no. 5, pp. 348–355, doi: http://dx.doi.org/10.14429/dsj.62.2395

[12] Zhang Y., Zhou Z., Pan S. et al. Comparison on failure behavior of three-dimensional woven carbon/carbon composites joints subjected to out-of-plane loading at room and high temperature. Compos. Commun., 2021, vol. 23, art. 100567, doi: https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.100567

[13] Zhang Y., Zhou Z., Pan S. et al. Comparison of failure modes and damage mechanisms of CFRP and C/C composite joints under out-of-plane loading. Mech. Adv. Mater. Struct., 2022, vol. 29, no. 4, pp. 623–632, doi: https://doi.org/10.1080/15376494.2020.1783404

[14] Liu F., Guan Z., Bian T. Damage model for predicting shear strength of carbon/carbon composite fastener based on post-failure behavior. Compos. Struct., 2019, vol. 221, art. 110864, doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.04.036

[15] Рожкова Е.А., Четвериков С.В. Методика проведения экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния профильных соединений с натягом. Вестник РУДН. Сер. Инженерные исследования, 2018, т. 19, № 1, с. 46–58, doi: https://doi.org/10.22363/2312-8143-2018-19-1-46-58

[16] Курносов Н.Е., Евтюшкин А.И. Возможности использования и расширения сферы применения профильных бесшпоночных соединений. Вестник Пензенского государственного университета, 2013, № 3, с. 75–78.

[17] Линейцев В.Ю., Ильиных В.А. Имитационное моделирование деталей конического соединения на основе РК-3 профильных кривых. Современные технологии. Системный анализ. Моделирование, 2015, № 2, с. 51–55.

[18] Ярилов В.Е. Экспериментальные исследования конических РК-3 профильных соединений. Современные технологии. Системный анализ. Моделирование, 2017, № 2, с. 39–42.

[19] Лопа И.В., Нгуен Ч.З. Соединение с натягом конических деталей. Известия ТулГУ. Технические науки, 2019, № 10, с. 452–457.

[20] Бородин А.В., Рязанцева И.Л. Влияние модификации поверхностей сопряжения на несущую способность соединения с натягом. Известия Транссиба, 2010, № 1, с. 15–20.

[21] Годунов Н.Б. Обеспечение работоспособности и ресурсосбережения при восстановлении и упрочнении сложнопрофильных шлицевых деталей накаткой (на примере шлицевых деталей автотракторных карданных передач). Автореф. дисс. … док. тех. наук. Саратов, СГАУ, 2010. 35 с.

[22] Леонтьев М.К., Николаев И.В. Влияние жесткости шлицевого соединения на динамику роторов газотурбинных двигателей. Вестник МАИ, 2023, т. 30, № 4, с. 150–158.

[23] Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Москва, Инновационное машиностроение, 2021. 464 с.

[24] Бурковский П.О., Морозов А.В., Кулаков В.В. и др. Триботехнические свойства углерод-углеродных фрикционных композитов при высоких температурах. Трение и износ, 2022, т. 43, № 5, с. 491–501, doi: https://doi.org/10.32864/0202-4977-2022-43-5-491-501

[25] Буковский П.О., Морозов А.В., Кириченко А.Н. Влияние приработки на коэффициент трения углеродных композитных материалов авиационных тормозов. Трение и износ, 2020, т. 41, № 4, с. 448–456.

[26] Чичинадзе А.В., Албагачиев А.Ю., Кожемякина В.Д. и др. Оценка фрикционно-износных характеристик отечественных углеродных фрикционных композиционных материалов для нагруженных тормозов самолетов. Трение и износ, 2009, т. 30, № 4, с. 359–371.