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:wzktmiop@prz.edu.pl.Drinż.RyszardPerłowski–KatedraTechnologiiMaszyni InżynieriiProdukcji,PolitechnikaRzeszowska, 35-959Rzeszów, al. Powstańców Warszawy 12, e-mail: rpkt-miop@prz.edu.pl.Mgrinż.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