3365

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. 9.1). 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]. Нагрузка Q = 40 кН.

Рис. 9.1. Соединение узла А

Решение

Из условий равновесия узла А:

определены нормальные силы N1 и N2, действующие на тягу и укосину.

139

N1 = Q ctgα = 40 1 = 40 кН.

На каждый из двух стержней тяги (1) действует растягивающая нормальная сила

На каждый уголок косынки (2) действует сжимающая сила

Выбираем материал заклепок – Ст.3.

Толщину стержня тяги в (рис. 9.1) 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

Диаметр отверстия под заклепки d0 выбираем в табл. 1.1 [5], т.е. d0 = 8,5 мм. Расстояние ℓ1 от оси крайней заклепки до кромки тяги в направлении действующей силы равно

ℓ1 = 1,5d = 1,58 = 12 мм.

140

Определяем высоту стержня тяги h (рис. 9.1) из условия прочности на растяжение в сечении, ослабленном отверстиями под заклепки

Откуда

Принимаем h = 40 мм.

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

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:

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

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

Принимаем z2 = 4. Допустимость этого выбора подтверждается тем, что в этом случае перенапряжение в материале не превышает 5 %.

Проверяем материал заклепки и уголка на смятие:

141

см < [ ]см – условие прочности выполнено.

Пример 2

Определить высоту косынки H, а также число и диаметр заклепок, соединяющих косынку со швеллер-

ной балкой № 24а (рис. 9.2). Р = 150 кН; ℓ = 500 мм; b =

10 мм, С = 180 мм. Материал косынки, швеллера и заклепок сталь Ст.3. [σ]Р = 160 МПа; [σ]СМ = 320 МПа;

[τ]ср = 140 МПа.

Рис. 9.2. Заклепочное соединение

Решение

Из условия точности косынки на изгиб

Mmax

max W

определяем потребный момент сопротивления

142

Учитывая ослабление поперечного сечения деталей отверстиями под заклепки, определим потребный момент сопротивления:

где υ – коэффициент прочности шва; выбирается в пределах 0,6 0,85; принимаем υ = 0,75 [l, §17].

Определяем высоту Н косынки:

По сортаменту ГОСТ 8240-72 для швеллера №24а выбираем высоту h = 240 мм, толщину стенки δ = 5,6 мм.

По конструктивным соотношениям [1, табл.9] выбираем число заклепок, их диаметр d и шаг t:

D = 2 · δ = 2 · 5,6 = 11,2 мм,

принимаем d = 12 мм; t = 4·d = 4·12 = 48мм.

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

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.

143

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

от изгибающего момента [1, §17]

где m – число вертикальных рядов заклепок;

ℓ1 – расстояния заклепок от нейтрального слоя (рис. 9.3).

ℓ6 = t = 48 мм;

ℓ5 = 2 t = 2·48 = 96 мм;

ℓ4 = 144 мм; ℓ3 = 192 мм; ℓ2 = 240 мм; ℓ1 = 288 мм.

Рис. 9.3 Схема расположения заклепок Суммарная сила на наиболее нагруженную заклепку

144

Напряжения среза в заклепке

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

Проверяем соединение по напряжениям смятия:

Ввиду увеличения диаметра и числа заклепок пересчитаем размер высоты косынки

Н= t · z+ t = 56 · 14+56 = 840 мм.

10.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. 2).

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

146

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:

P

р P .

Условия прочности на сжатие соединения, нагруженного силой P

P

сж сж .

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

6 М

2 P ,

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

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

P

0,7 K

CP ,

где (0,7·K·ℓ) – площадь расчетного сечения (рис. 10.1).

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]

147

Рис. 10.1. Соединение в нахлестку

При расчете сварных соединений втавр (рис. 10.2), выполненных угловым швом с обваркой по контуру, нередко возникают затруднения при определении моментов инерции расчетного сечения шва. В таких случаях можно пользоваться приближенными зависимостями [4].

Рис. 10.2. Соединение угловым швом

Момент инерции и момент сопротивления для прямоугольного поперечного сечения:

H

для двутаврового профиля

148