Учебное пособие 1878

11.СОЕДИНЕНИЯ

11.1.3аклепочные соединения

Соединительными деталями в заклепочном соединении являются заклепки. Во избежание электрохимической коррозии, материал заклепок выбирают однородным с материалом соединяемых деталей. Диаметр заклепок d обычно выбирают в зависимости от толщины соединяемыхдеталей δ в пределах

d = (1,5…2)δmin.

Отверстия под заклепки выполняют несколько большего диаметра. Шаг заклепочного ряда t выбирают по соотношению

t = (3...6)d.

Расстояние от заклепок первого ряда до свободной кромки детали в направлении действующей силы

l= (1,5...2) d;

в перпендикулярном направлении

l = (1,2...1,5)d.

Расчеты на прочность основаны на следующих допуще-

ниях:

нагрузка на соединения распределяется между всеми заклепками равномерно;

силы трения между соединяемыми элементами не учитываются;

напряжения смятия в каждой точке контакта заклепки

идетали по величине одинаковы.

Условия прочности записываются в следующем виде: заклепок на срез

121

соединяемых деталей на растяжение

р PHT p ;

FHT

на срез края детали

P

ср z 2 e 0,5d0 min ср ,

где Р – нагрузка на соединение; z – число заклепок (на соединяемой детали), воспринимающих нагрузку Р; i – число плоскостей среза одной заклепки; d0 – диаметр отверстия под заклепку; Fнт – площадь поперечного сечения детали, наиболее ослабленного отверстиями под заклепки:

Fнт = δmin (b – zнт d0),

где b – ширина листа; δmin – толщина самой тонкой из соединяемых деталей; zнт – число заклепок в поперечном сечении детали; Pнт – нагрузка, действующая в поперечном сечении детали, наиболее ослабленном отверстиями под заклепки:

P

PНТ z zНТ .

Коэффициент ослабления листа отверстиями под заклепки определяется:

/ (b z d0 ) ,

b

где – напряжение в ослабленном сечении; b – ширина листа. Ниже рассмотрены примеры расчета при статическом

действии нагрузок на заклепочные соединения.

Пример 1

Рассчитать заклепочное соединение узла А (рис. 11.1). Тяга 1, состоящая из двух стержней прямоугольного поперечного сечения, укосина 2 – из двух неравнополочных уголков и пластина (3) толщиной 8 мм изготовлены из стали Ст.3. [σ]р = 160 МПа; [σ]см = 320 МПа; [τ]ср = 140 МПа; табл. 1.2 [1]. На-

грузка Q = 40 кН.

122

Толщину стержня тяги в сечение Б–Б (рис. 11.1) принимаем равной половине толщины пластины 3 , т.е. в = 4 мм.

По табл. 9 [1] выбираем диаметр заклепок d = 8 мм; шаг заклепочного ряда

t = 3,5 d = 3,5 8 = 28 мм.

Для соединения тяги и пластины определяем необходимое число заклепок по условию их прочности на срез. Так как каждая заклепка имеет две плоскости среза, то

Поскольку см < [ ]см – условие прочности выполнено. Диаметр отверстия под заклепки d0 выбираем по [5], т.е.

d0 = 8,5 мм. Расстояние ℓ1 от оси крайней заклепки до кромки тяги в направлении действующей силы равно

ℓ1 = 1,5d = 1,5 8 = 12 мм.

Определяем высоту стержня тяги h (рис. 11.1) из условия прочности на растяжение в сечении, ослабленном отверстиями под заклепки:

Принимаем h = 40 мм.

Из условия прочности на сжатие определяем требуемую площадь поперечного сечения уголка:

124

При этом предполагаем, что продольная гибкость укосины достаточна и потеря устойчивости не наблюдается.

По сортаменту ГОСТ 19772-74 выбираем уголок неравнополочный с размерами полок 40 32 мм и толщиной 4 мм:

Уголок 40 32 4 ГОСТ 19772 74 . Ст3 ГОСТ 11474 76

Площадь поперечного сечения F = 2,00 см2 = 200 мм2. Для соединения укосины 2 с пластиной 3 выбираем диа-

метр заклёпок d = 8 мм. Определяем необходимое число заклепок из условия прочности их на срез:

Принимаем z2 = 4. Это допустимо, поскольку в этом случае перенапряжение в материале не превышает 5 %.

Проверяем материал заклепки и уголка на смятие:

см < [ ]см – условие прочности выполнено.

Пример 2

Определить высоту косынки H, а также число и диаметр заклепок, соединяющих косынку со швеллерной балкой № 24а (рис. 11.2). Р = 150 кН; ℓ = 500 мм; b = 10 мм, С = 180 мм. Ма-

териал косынки, швеллера и заклепок сталь Ст.3. [σ]Р = 160

МПа; [σ]см = 320 МПа; [τ]ср = 140 МПа.

Решение

Из условия точности косынки на изгиб

max Mmax

W

определяем потребный момент сопротивления.

125

Заклепочный шов двухрядный, в каждом вертикальном ряду располагаем z' заклепок:

z H 61212,8, t 48

принимаем z' = 13 , всего заклепок z' = 26.

Проверяем принятое заклепочное соединение на прочность. Расчет проводим для наиболее нагруженных заклепок, которые находятся на максимальном расстоянии от нейтрального слоя.

Заклепки воспринимают поперечную силу Q = Р и изгибающий момент Мmax. Нагрузка в наиболее нагруженной заклепке от поперечной силы

P 150

PQ z 26 5,77кН ,

от изгибающего момента [1, §17]

где m – число вертикальных рядов заклепок;

ℓ1 – расстояния заклепок от нейтрального слоя(рис. 11.3).

Рис. 11.3. Схема расположения заклепок

127

ℓ6 = t = 48 мм;

ℓ5 = 2 t = 2·48 = 96 мм; ℓ4 = 144 мм; ℓ3 = 192 мм; ℓ2 = 240 мм; ℓ1 = 288 мм.

ср > [ ]ср – заклепка оказалась перегруженной, поэтому необходимо увеличить диаметр и число заклепок. Принимаем диаметр заклепок d = 14 мм; число заклепок в вертикальном ряду z = 14; всего заклепок z = 28; шаг заклепок t = 4 d = 4·14 = 56 мм; при этом ℓ1 = 364 мм, ℓ2 = 308 мм, ℓ3 = 252 мм, ℓ5 = 140 мм, ℓ6 = 84 мм, ℓ7 = 28 мм.

Тогда нагрузка в наиболее нагруженной заклепке от поперечной силы

Суммарная сила на наиболее нагруженную заклепку

PC PQ2 PM2 5,372 19,142 19,62кН .

При этом напряжения среза в заклепке

128

СР СР – условие выполнено.

Проверяем соединение по напряжениям смятия:

СМ СМ – условие выполнено.

Ввиду увеличения диаметра и числа заклепок пересчитаем размер высоты косынки:

Н = t · z + t = 56 · 14+56 = 840 мм.

11.2. Сварные соединения

Проектируемые сварные соединения должны отвечать условию равнопрочности сварного шва и соединяемых деталей. В соответствии с этим требованием для того или иного вида соединения выбирают соответствующий тип шва. Если соединение осуществляется несколькими швами, то их располагают так, чтобы они были равномерно нагружены.

Допускаемые напряжения сварных швов выбирают в зависимости от вида сварки, применяемых электродов и допускаемых напряжений на растяжение материала соединяемых деталей (табл. 5).

Сварное соединения может быть стыковым или внахлестку. Стыковые швы рассчитывают на растяжение, сжатие и изгиб в плоскости шва в зависимости от направления и расположения нагрузки.

Условия прочности на растяжение соединения, нагруженного силой P:

129

Примечание: [σ]р – допускаемые напряжения при растяжении металла свариваемых деталей

Условия прочности на растяжение соединения, нагруженного силой P и моментом M:

6 М P ,

2

где δ – наименьшая толщина детали; ℓ – длина шва.

Расчет соединений внахлестку, выполненных угловыми швами различного типа, унифицирован и производится по единым формулам на срез.

где (0,7·K·ℓ) – площадь расчетного сечения (рис. 11.4).

Катет сварного шва, как правило, принимают равным толщине листов δ. При расчете может оказаться, что K < δ , в

этом случае принимают: при δ > 3мм Kmin = 3 мм. Требуемую длину шва определяют из расчета соединения на прочность.

Допускаемые напряжения при переменных нагрузках определяют умножением допускаемых напряжений при статической нагрузке на коэффициент, меньший [1, §22].

130