关于楔环设计的探讨

陆家富　欧阳智江

(中国工程物理研究院总体工程研究所　四川绵阳　621900)



关于楔环设计的探讨

陆家富欧阳智江

(中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900)

摘要：楔环联接是圆筒壳体之间的一种常用联接方式，楔环在试验工装设计中主要用于模拟实际产品的联接。目前已有楔环设计的相关标准，但完全基于标准设计出来的楔环存在一定的不适用性。根据楔环的组成及使用原理，以《楔环联接》(GJB 819-1990)为基础，对楔环设计中遇到的问题及原因展开分析，通过对标准中相关参数的计算，发现楔环的个别结构参数设计不合理，基于理论分析，最终给出了标准中楔环参数的建议计算公式，并提出了楔环设计过程的几点建议，对楔环设计有一定参考价值。

关键词：楔环设计标准结构参数

楔环联接结构以其联接可靠、装拆方便等优点被大量应用于鱼雷及特种飞行器中筒体与筒体之间的联接。与传统的螺栓-法兰联接结构相比，楔环联接结构外表面光顺，结构紧凑，有利于减小水中航行和空中飞行阻力、降低噪声，对促进飞行器结构小型化、轻量化起着关键作用[1]。然而，楔环联接结构相对复杂，设计、制造难度相对较大，在试验工装、夹具设计中用的不多，只有在需要模拟产品的楔环联接形式时才会采用。笔者在2014年的一次试验工装设计中用到了楔环联接形式，发现完全按照《楔环连接》(GJB 819-90)的标准选用相应参数设计出的楔环不具有适用性。为此，本文将针对设计过程中遇到的问题展开分析，最终给出标准中楔环参数的建议计算方法。

1楔环组成及应用原理

楔环联接适用于圆筒壳体之间的联接，其联接形式如图1所示。图中被联接壳体A的端部制有内环形槽，被联接壳体B的端部制有外环形槽，两段壳体对接后形成矩形截面的环形空腔，即楔形环腔。一对楔形环带分别从被联接壳体A的穿带孔处以相反方向穿入楔形环腔内形成左右楔环，利用两条楔形环带的相对周向运动增大组合宽度H1(如图2)，从而对被联接壳体产生楔紧作用，实现两段圆筒壳体的联接。两段楔形环带大端之间的空隙由填块填充，最后用盖板封住穿带孔以防止填块脱落。

图1　楔环联接形式[3]

图2　楔形环带组合的示意图

2基于标准的参数分析

《楔环连接》(GJB 819-90)标准中关于楔环的主要尺寸如表1所示(注：楔环上孔的尺寸、位置参数未列出)，表中D,δ,L,H,α的含义见图3。

表1　楔环联接的规格(单位：mm)

如图3所示很容易发现，表1中的L,H,α3个参数之间是不满足tgα=H/L关系的。若将两个楔环的斜边延长，组合后的情形如图4所示，图中tgα=H/L2。从图4中不难发现，当两个楔环配合后的宽度始终保持为H时，只要L满足L≥L2/2，其组合后的楔环周长都是L2。以表1中规格1(D=309.4，δ=3.4，L=930，H=18，α=1°3′)为例进行分析计算，左、右楔环组合后的周长L2=H/tan1°3'≈982 mm，楔环中径对应的周长π×(D+δ)=π×(309.4+3.4)≈982 mm，两者几乎是相等的。也就是说，楔环组合后在圆周方向几乎处于封闭状态，没有填块的安装空间。如此一来，不但不便于楔环的装配，而且由于无法安装填块，楔环在动载环境下使用容易导致左右楔环相互之间滑动，从而造成楔环的联接功能失效。

图3　《楔环连接》中单个楔环的结构示意图[3]

图4　两个楔环的配合

3实际加工情况

为验证上述分析是否正确，首先直接按照表1中规格1进行了设计。加工完毕后，将左右楔环进行了组合，在满足组合宽度为18 mm的情况下，左右楔环大端之间几乎没有空隙。随后，为便于装配，只好对试验工装的有关尺寸进行了修改及补加工。

4结论及建议

按照上述的分析及实际加工情况看，按照《楔环连接》(GJB 819-90)中列出的尺寸参数设计的楔环，组合后没有安装填块的空间，因而难以装配。为避免出现这种情况，同时为了尽量利用标准中给出的各种零件的系列参数，以达到减小设计工作量的目的，建议设计时修改楔环大端宽度H。具体做法如下：(1)按照联接结构的要求，选定相应的L,α。(2)按照H=Ltgα,初步确定楔环宽度H。(3)为便于产品加工、检验、装配，对参数H,α进行微调并选取合适的公差。

参考文献

[1]刘远东，尹益辉，余绍蓉. 基于两个目标函数的楔环连接结构几何参数优化[J]. 工程设计与力学环境, 2007, (1): 6-10.

[2]黄鹏，莫军，尹益辉，等. 拉伸载荷下楔环连接结构的应力分析[J]. 工程设计与力学环境, 2006, (1): 1-18.

[3]GJB 819-90, 楔环联接[S]. 北京:国防科学技术工业委员会, 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

中图分类号：TH131

文献标志码：A

文章编号：1671-8755(2015)04-0071-02

作者简介:陆家富(1970—)，男，高级工程师，研究方向为试验工装、夹具设计。E-mail:ljf6854467@sina.com

收稿日期：2015-07-01