Клеевые технологии и разработка

Применение клеев при разработке

Конструктор при использовании клеев может преследовать следующие цели:

1.      Использовать клей в качестве средства увеличивающего передачу вращающего момента или средства увеличивающего запас прочности на уже существующей конструкции. Внедрение подобного подхода возможно в случае получения отрицательных результатов при применении традиционных методов крепежа или тогда, когда усовершенствуется уже существующая конструкция.

2.      Использовать клей в процессе сборки, что позволяет использовать меньший набор болтов и/или иных деталей, в результате чего достигается существенное уменьшению габаритов и веса конструкции, а также снижается ее стоимость.

Рис. 1: Замеренные значения крутящего момента на неклеевых и клеевых фланцевых соединениях, имеющих три и шесть стягивающих болтов.

Сравнение прочности

При проведении испытаний было установлено, что добиться значительного увеличения статического крутящего момента возможно путем обычного нанесения клея на фланцы до монтажа. При этом можно получить увеличение прочности такого соединения как минимум в 2,6 раза, а как максимум - в 11 раз и более. На рисунке 1 показано, что при удалении трех болтов из шести величина передаваемого вращающего момента практически не изменяется.

Расчет суммарной статической прочности фланцевого соединения при кручении

Стяжные болты в большей части фланцевых соединений осуществляют сдавливание металлических поверхностей до тех пор, пока между ними не произойдет полный контакт. Нагрузочная способность соединения увеличивается за счет заполнения клеем всех имеющихся в соединяемых поверхностях неровностей, а также в результате проникновения клея в межфланцевое пространство. Как следствие, происходит процесс передачи вращающего момента всей стопроцентной площадью контактных фланцевых поверхностей.

Суммарную статическую прочность фланцевого соединения при кручении можно представить в виде сочетания механической и клеевой прочности и выразить с помощью уравнения, в котором величина вращающего момента будет равна механической составляющей сложенной с клеевой составляющей:

Где:

T - это сила статического момента до начального проскальзывания, измеряемая в Нмм

Fc – это коэффициент межфланцевого трения (без клея)

N – это количество болтов

F – это сила сжатия (возникающая при натяжении) на один болт - Н

Ro – это внешний радиус фланца, измеряемый в миллиметрах

Ri –это внутренний радиус фланца, измеряемый в миллиметрах

S – это коэффициент распределения нагрузки

Fc- это величина поправочного коэффициента нагрузки на скручивание - 0.5

tB2 – это величина, отражающая статическую клеевую прочность на сдвиг, измеряемая в Н/мм2

Jp – это величина полярного момента клеевой зоны фланца, измеряемая в мм4

Коэффициентом распределения нагрузки "s" учитывается неравномерность прижима от большого значения возле болта до маленького в центре, между болтами. Величина "s" будет зависеть от расстояния между болтами и жесткости фланцев. Разница в усилиях зажима по окружности для жестких фланцев будет незначительной, и принимаются обычно за единицу.

Дополнение: Площадь болтов в вышеприведенной формуле не учитывается, так как на общую прочность это оказывает довольно незначительное влияние.

Динамическая нагрузка

Вышеописанный метод вычислений имеет отношение лишь к статической прочности фланцевого соединения. Но, на практике мы можем наблюдать, что динамическая нагрузка имеется у всех соединений. Как правило, в процессе практической разработки, с целью увеличения стойкости фланцевого соединения, создается резервная прочность, поскольку динамическую прочность можно реально определить и исчислить только в процессе проведения испытаний. Обычно берется  такой запас прочности, который в два-три раза превышает максимально необходимый вращающий момент.

Важную роль играет проведение проверки типа нагрузки на фланцевое соединение, поскольку не исключается образование изгибающих моментов или продольных усилий, способных создавать в клеевом шве знакопеременные разрывающие нагрузки.