關(guān)于楔環(huán)設(shè)計的探討

陸家富　歐陽智江

(中國工程物理研究院總體工程研究所　四川綿陽　621900)

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關(guān)于楔環(huán)設(shè)計的探討

陸家富歐陽智江

(中國工程物理研究院總體工程研究所四川綿陽621900)

摘要：楔環(huán)聯(lián)接是圓筒殼體之間的一種常用聯(lián)接方式，楔環(huán)在試驗(yàn)工裝設(shè)計中主要用于模擬實(shí)際產(chǎn)品的聯(lián)接。目前已有楔環(huán)設(shè)計的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但完全基于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計出來的楔環(huán)存在一定的不適用性。根據(jù)楔環(huán)的組成及使用原理，以《楔環(huán)聯(lián)接》(GJB 819-1990)為基礎(chǔ)，對楔環(huán)設(shè)計中遇到的問題及原因展開分析，通過對標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)參數(shù)的計算，發(fā)現(xiàn)楔環(huán)的個別結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計不合理，基于理論分析，最終給出了標(biāo)準(zhǔn)中楔環(huán)參數(shù)的建議計算公式，并提出了楔環(huán)設(shè)計過程的幾點(diǎn)建議，對楔環(huán)設(shè)計有一定參考價值。

關(guān)鍵詞：楔環(huán)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)參數(shù)

楔環(huán)聯(lián)接結(jié)構(gòu)以其聯(lián)接可靠、裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)被大量應(yīng)用于魚雷及特種飛行器中筒體與筒體之間的聯(lián)接。與傳統(tǒng)的螺栓-法蘭聯(lián)接結(jié)構(gòu)相比，楔環(huán)聯(lián)接結(jié)構(gòu)外表面光順，結(jié)構(gòu)緊湊，有利于減小水中航行和空中飛行阻力、降低噪聲，對促進(jìn)飛行器結(jié)構(gòu)小型化、輕量化起著關(guān)鍵作用[1]。然而，楔環(huán)聯(lián)接結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，設(shè)計、制造難度相對較大，在試驗(yàn)工裝、夾具設(shè)計中用的不多，只有在需要模擬產(chǎn)品的楔環(huán)聯(lián)接形式時才會采用。筆者在2014年的一次試驗(yàn)工裝設(shè)計中用到了楔環(huán)聯(lián)接形式，發(fā)現(xiàn)完全按照《楔環(huán)連接》(GJB 819-90)的標(biāo)準(zhǔn)選用相應(yīng)參數(shù)設(shè)計出的楔環(huán)不具有適用性。為此，本文將針對設(shè)計過程中遇到的問題展開分析，最終給出標(biāo)準(zhǔn)中楔環(huán)參數(shù)的建議計算方法。

1楔環(huán)組成及應(yīng)用原理

楔環(huán)聯(lián)接適用于圓筒殼體之間的聯(lián)接，其聯(lián)接形式如圖1所示。圖中被聯(lián)接殼體A的端部制有內(nèi)環(huán)形槽，被聯(lián)接殼體B的端部制有外環(huán)形槽，兩段殼體對接后形成矩形截面的環(huán)形空腔，即楔形環(huán)腔。一對楔形環(huán)帶分別從被聯(lián)接殼體A的穿帶孔處以相反方向穿入楔形環(huán)腔內(nèi)形成左右楔環(huán)，利用兩條楔形環(huán)帶的相對周向運(yùn)動增大組合寬度H1(如圖2)，從而對被聯(lián)接殼體產(chǎn)生楔緊作用，實(shí)現(xiàn)兩段圓筒殼體的聯(lián)接。兩段楔形環(huán)帶大端之間的空隙由填塊填充，最后用蓋板封住穿帶孔以防止填塊脫落。

圖1　楔環(huán)聯(lián)接形式[3]

圖2　楔形環(huán)帶組合的示意圖

2基于標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)分析

《楔環(huán)連接》(GJB 819-90)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于楔環(huán)的主要尺寸如表1所示(注：楔環(huán)上孔的尺寸、位置參數(shù)未列出)，表中D,δ,L,H,α的含義見圖3。

表1　楔環(huán)聯(lián)接的規(guī)格(單位：mm)

如圖3所示很容易發(fā)現(xiàn)，表1中的L,H,α3個參數(shù)之間是不滿足tgα=H/L關(guān)系的。若將兩個楔環(huán)的斜邊延長，組合后的情形如圖4所示，圖中tgα=H/L2。從圖4中不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個楔環(huán)配合后的寬度始終保持為H時，只要L滿足L≥L2/2，其組合后的楔環(huán)周長都是L2。以表1中規(guī)格1(D=309.4，δ=3.4，L=930，H=18，α=1°3′)為例進(jìn)行分析計算，左、右楔環(huán)組合后的周長L2=H/tan1°3'≈982 mm，楔環(huán)中徑對應(yīng)的周長π×(D+δ)=π×(309.4+3.4)≈982 mm，兩者幾乎是相等的。也就是說，楔環(huán)組合后在圓周方向幾乎處于封閉狀態(tài)，沒有填塊的安裝空間。如此一來，不但不便于楔環(huán)的裝配，而且由于無法安裝填塊，楔環(huán)在動載環(huán)境下使用容易導(dǎo)致左右楔環(huán)相互之間滑動，從而造成楔環(huán)的聯(lián)接功能失效。

圖3　《楔環(huán)連接》中單個楔環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖[3]

圖4　兩個楔環(huán)的配合

3實(shí)際加工情況

為驗(yàn)證上述分析是否正確，首先直接按照表1中規(guī)格1進(jìn)行了設(shè)計。加工完畢后，將左右楔環(huán)進(jìn)行了組合，在滿足組合寬度為18 mm的情況下，左右楔環(huán)大端之間幾乎沒有空隙。隨后，為便于裝配，只好對試驗(yàn)工裝的有關(guān)尺寸進(jìn)行了修改及補(bǔ)加工。

4結(jié)論及建議

按照上述的分析及實(shí)際加工情況看，按照《楔環(huán)連接》(GJB 819-90)中列出的尺寸參數(shù)設(shè)計的楔環(huán)，組合后沒有安裝填塊的空間，因而難以裝配。為避免出現(xiàn)這種情況，同時為了盡量利用標(biāo)準(zhǔn)中給出的各種零件的系列參數(shù)，以達(dá)到減小設(shè)計工作量的目的，建議設(shè)計時修改楔環(huán)大端寬度H。具體做法如下：(1)按照聯(lián)接結(jié)構(gòu)的要求，選定相應(yīng)的L,α。(2)按照H=Ltgα,初步確定楔環(huán)寬度H。(3)為便于產(chǎn)品加工、檢驗(yàn)、裝配，對參數(shù)H,α進(jìn)行微調(diào)并選取合適的公差。

參考文獻(xiàn)

[1]劉遠(yuǎn)東，尹益輝，余紹蓉. 基于兩個目標(biāo)函數(shù)的楔環(huán)連接結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)優(yōu)化[J]. 工程設(shè)計與力學(xué)環(huán)境, 2007, (1): 6-10.

[2]黃鵬，莫軍，尹益輝，等. 拉伸載荷下楔環(huán)連接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析[J]. 工程設(shè)計與力學(xué)環(huán)境, 2006, (1): 1-18.

[3]GJB 819-90, 楔環(huán)聯(lián)接[S]. 北京:國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會, 1990.

Discussion about the Design of Wedge-ring

LU Jia-fu, OUYANG Zhi-jiang

(InstituteofSystemsEngineering,ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900,Sichuan,China)

Abstract:Wedge-ring is a common joint style for the cylinder shell, it is mainly used for the simulation of real manufacture’s connecting during the design of experimental frock. So far, there are some standards about the design of wedge-ring, however, the wedge-ring been totally designed by these standards do exist some inapplicability. Therefore, this paper analyzes the problems and reasons during the design of wedge-ring based on the composites, principle and the Wedge-ring Joint (GJB819-1990). According to the calculation of the parameters in the standard, we had found some irrational configuration parameters. Based on the theoretical analysis, the paper proposed the advised calculation formula of the wedge-ring’s parameters in the standard, and also lays out several suggestions during the design of the wedge-ring which could provide a certain reference value for the new wedge-ring designers.

Key words:Wedge-ring; Design; Standard; Configuration parameter

中圖分類號：TH131

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1671-8755(2015)04-0071-02

作者簡介:陸家富(1970—)，男，高級工程師，研究方向?yàn)樵囼?yàn)工裝、夾具設(shè)計。E-mail:ljf6854467@sina.com

收稿日期：2015-07-01