關于楔環設計的探討

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)

?

關于楔環設計的探討

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：楔環聯接是圓筒殼體之間的一種常用聯接方式，楔環在試驗工裝設計中主要用于模擬實際產品的聯接。目前已有楔環設計的相關標準，但完全基于標準設計出來的楔環存在一定的不適用性。根據楔環的組成及使用原理，以《楔環聯接》(GJB 819-1990)為基礎，對楔環設計中遇到的問題及原因展開分析，通過對標準中相關參數的計算，發現楔環的個別結構參數設計不合理，基于理論分析，最終給出了標準中楔環參數的建議計算公式，并提出了楔環設計過程的幾點建議，對楔環設計有一定參考價值。

關鍵詞：楔環設計標準結構參數

楔環聯接結構以其聯接可靠、裝拆方便等優點被大量應用于魚雷及特種飛行器中筒體與筒體之間的聯接。與傳統的螺栓-法蘭聯接結構相比，楔環聯接結構外表面光順，結構緊湊，有利于減小水中航行和空中飛行阻力、降低噪聲，對促進飛行器結構小型化、輕量化起著關鍵作用[1]。然而，楔環聯接結構相對復雜，設計、制造難度相對較大，在試驗工裝、夾具設計中用的不多，只有在需要模擬產品的楔環聯接形式時才會采用。筆者在2014年的一次試驗工裝設計中用到了楔環聯接形式，發現完全按照《楔環連接》(GJB 819-90)的標準選用相應參數設計出的楔環不具有適用性。為此，本文將針對設計過程中遇到的問題展開分析，最終給出標準中楔環參數的建議計算方法。

1楔環組成及應用原理

楔環聯接適用于圓筒殼體之間的聯接，其聯接形式如圖1所示。圖中被聯接殼體A的端部制有內環形槽，被聯接殼體B的端部制有外環形槽，兩段殼體對接后形成矩形截面的環形空腔，即楔形環腔。一對楔形環帶分別從被聯接殼體A的穿帶孔處以相反方向穿入楔形環腔內形成左右楔環，利用兩條楔形環帶的相對周向運動增大組合寬度H1(如圖2)，從而對被聯接殼體產生楔緊作用，實現兩段圓筒殼體的聯接。兩段楔形環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　楔環聯接形式[3]

圖2　楔形環帶組合的示意圖

2基于標準的參數分析

《楔環連接》(GJB 819-90)標準中關于楔環的主要尺寸如表1所示(注：楔環上孔的尺寸、位置參數未列出)，表中D,δ,L,H,α的含義見圖3。

表1　楔環聯接的規格(單位：mm)

如圖3所示很容易發現，表1中的L,H,α3個參數之間是不滿足tgα=H/L關系的。若將兩個楔環的斜邊延長，組合后的情形如圖4所示，圖中tgα=H/L2。從圖4中不難發現，當兩個楔環配合后的寬度始終保持為H時，只要L滿足L≥L2/2，其組合后的楔環周長都是L2。以表1中規格1(D=309.4，δ=3.4，L=930，H=18，α=1°3′)為例進行分析計算，左、右楔環組合后的周長L2=H/tan1°3'≈982 mm，楔環中徑對應的周長π×(D+δ)=π×(309.4+3.4)≈982 mm，兩者幾乎是相等的。也就是說，楔環組合后在圓周方向幾乎處于封閉狀態，沒有填塊的安裝空間。如此一來，不但不便于楔環的裝配，而且由于無法安裝填塊，楔環在動載環境下使用容易導致左右楔環相互之間滑動，從而造成楔環的聯接功能失效。

圖3　《楔環連接》中單個楔環的結構示意圖[3]

圖4　兩個楔環的配合

3實際加工情況

為驗證上述分析是否正確，首先直接按照表1中規格1進行了設計。加工完畢后，將左右楔環進行了組合，在滿足組合寬度為18 mm的情況下，左右楔環大端之間幾乎沒有空隙。隨后，為便于裝配，只好對試驗工裝的有關尺寸進行了修改及補加工。

4結論及建議

按照上述的分析及實際加工情況看，按照《楔環連接》(GJB 819-90)中列出的尺寸參數設計的楔環，組合后沒有安裝填塊的空間，因而難以裝配。為避免出現這種情況，同時為了盡量利用標準中給出的各種零件的系列參數，以達到減小設計工作量的目的，建議設計時修改楔環大端寬度H。具體做法如下：(1)按照聯接結構的要求，選定相應的L,α。(2)按照H=Ltgα,初步確定楔環寬度H。(3)為便于產品加工、檢驗、裝配，對參數H,α進行微調并選取合適的公差。

參考文獻

[1]劉遠東，尹益輝，余紹蓉. 基于兩個目標函數的楔環連接結構幾何參數優化[J]. 工程設計與力學環境, 2007, (1): 6-10.

[2]黃鵬，莫軍，尹益輝，等. 拉伸載荷下楔環連接結構的應力分析[J]. 工程設計與力學環境, 2006, (1): 1-18.

[3]GJB 819-90, 楔環聯接[S]. 北京:國防科學技術工業委員會, 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

文獻標志碼：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，研究方向為試驗工裝、夾具設計。E-mail:ljf6854467@sina.com

收稿日期：2015-07-01