Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин Курс «Детали машин» Надежность машин Соединения с натягом Резьбовые соединения Расчет шпоночных соединений Механические передачи Расчет на изгиб Редукторы

Расчет на прочность клепаных соединений

Расчет на прочность — основной критерий работоспособности прочных клепаных швов —основан на следующих допущениях:

Силы трения на стыке деталей не учитывают, считая, что вся нагрузка передается только заклепками.

Расчетный диаметр заклепки равен диаметру d0 отверстия.

3. Нагрузка между заклепками распределяется равномерно.
Рассмотрим простейший клепаный шов — однорядный односрезный

внахлестку (рис. 3.6).

При нагружении шва осевой силой F детали (листы) стремятся сдвинуться относительно друг друга. При этом условия прочности элементов шва имеют следующий вид:

а) На смятие поверхностей заклепок и стенок отверстий

(3.1)

где δ — меньшая из толщин склепываемых деталей, мм; d0 — диаметр отверстия под заклепку, мм; z —число заклепок; σ'см и [σ]'см — расчетное и допускаемое напряжения на смятие, Н/мм2, для менее прочного

материала, т. е. для деталей или для заклепок (см. ниже табл. 3.2). б) На срез заклепок

(3.2)

|гдс i — число плоскостей среза одной клепки (на рис. 3.6 i= 1); τср и τср расчетное и допускаемое напряжения на cрез, Н/мм2, для заклепок (табл. 3.2).

в) На растяжение деталей (см. сечение I — I на рис. 3.6)

Рис. 3.6. К расчету однорядного односрезного клепаного шва

(3.3)

где N— продольная сила, возникающая в том сечении, где определяется σр (на рис. 3.6 в сечении N= F); р — шаг шва, мм; n — число отверстий в сечении, в котором определяется σр (на рис. 3.6 п = 2); σр и [σ]р — расчетное и допускаемое напряжения на растяжение, Н/мм2, для соединяемых деталей (табл. 3.2).

г) На срез края детали одновременно по двум сечениям II— II (см. рис. 3.6). Поскольку распределение напряжений среза в указанных сечениях весьма сложно, для надежности расчета принимают, что срез

может произойти по длине e-(d0/2)

(3.4)

где F0 = F/z — сила, приходящаяся на одну заклепку, τср и [τ]ср — расчетное и допускаемое напряжения на срез, Н/мм2, для соединяемых деталей (табл. 3.2).

На практике при расчете прочных клепаных швов пользуются следующими соотношениями, полученными совместным решением приведенных выше уравнений при условии равнопрочности всех элементов шва:

1. Диаметр отверстий под заклепки для швов внахлестку (см. рис. 3.6) или с одной накладкой (см. рис. 3.4)

(3.5)

2. Шаг заклепочного шва (см. рис. 3.6)

(3.6)

3. Расстояние от края детали до оси заклепки (см. рис. 3.6) при продавленных отверстиях

(3.7)

при сверленых отверстиях

(3.8)

4. Расстояние между рядами заклепок (см. рис. 3.4)

(3.9)

5. Толщина накладок (см. рис. 3.5)

(3.10)

Необходимое число заклепок z определяют расчетом из условий прочности на смятие и срез по формулам (3.1) и (3.2).

3.7. Допускаемые напряжения для клепаных соединений

Допускаемые напряжения для прочных и прочноплотных швов принимают в соответствии с рекомендациями, основанными на опыте эксплуатации.

В табл. 3.2 приводятся допускаемые напряжения для прочных стальных клепаных швов в зависимости от марки стали, характера нагрузки и способа изготовления отверстий под заклепки.

Таблица 3.2. Допускаемые напряжения для прочных стальных клепаных швов при статической нагрузке

Элемент шва

Вид деформации и напряжения

Способ изготовления отверстия

Допускаемые

напряжения,

Н/мм3

Ст2

СтЗ

Склепываемые детали

Растяжение [о|р Срез |т]с„

 

140 90

160 100

Заклепки

Срез [тКр

Продавливание Сверление

100 140

100 140

Смятие [о];.„

Продавливание Сверление

240 280

280 320

Примечания: 1. При действии переменных нагрузок допускаемые напряжения  уменьшают ни 10 ... 25%. 2. При холодной клепке допускаемые напряжения для заклепок уменьшают на 30%.

3.8. Коэффициент прочности клепаного соединения

Отверстия под заклепки снижают прочность соединяемых деталей на растяжение. Число, показывающее во сколько раз прочность на растяжение детали с отверстиями под заклепки меньше прочности на растяжение той же детали без отверстий, называют коэффициентом прочности шва и обозначают буквой φ.

Сечение детали на длине одного шага р ослаблено отверстием диаметра dQ (см. рис. 3.6), следовательно,

(3.11)

Чем больше значение φ, тем лучше использован материал склепываемых деталей.

Значения коэффициента φ зависят от конструкции шва.

Ориентировочные минимальные значения коэффициента φmin для прочных швов приведены ниже:

Тип шва φmin

Однорядный внахлестку 0,67

Двухрядный » 0,75

Однорядный с двумя накладками  0,71

Двухрядный » » » 0,84

При проектировочном расчете клепаного соединения значение коэффициента φmin задают, а затем выполняют проверочный расчет. Ecли окажется, что расчетное значение φ<φmin, то изменяют конструкцию соединения и расчет повторяют.

Для повышения значения φ уменьшают d0 и увеличивают р, т. е. применяют многорядные двухсрезные швы или увеличивают ширину или толщину деталей в местах постановки заклепок.

3.9. Рекомендации по конструированию клепаных соединений

Заклепки в шве располагают так, чтобы ослабление соединяемых деталей отверстиями было наименьшим (предпочитают шахматное расположение заклепок рядовому).

Во избежание возникновения изгиба соединяемых деталей заклепки располагают на оси, проходящей через центр тяжести склепы-наемых деталей (рис. 3.7) или симметрично относительно этой оси, или как можно ближе к ней.

Не рекомендуется в одном шве применять заклепки разных диаметров.

Для предотвращения поворота соединяемых деталей относительно друг друга число заклепок в шве принимают не менее двух, т. е. z≥2.

Рис. 3.7. Пример клепаной конструкции

Герметичность стыка в прочноплотных швах можно обеспечить нанесением на поверхности стыка клея, силоксановых эмалей, металлических покрытий, получаемых гальваническим способом или газопламенным напылением.

Конструкцию соединения разрабатывают после определения количества заклепок.

Контрольные вопросы

Каковы достоинства  и недостатки клепаных соединений? Область их применения.

Как образуется клепаное соединение? Типы клепаных швов.

Что такое коэффициент прочности φ клепаною шва? Какие типы швов применяют для увеличения коэффициента φ?

Как рассчитывают однорядный односрезный клепаный шов внахлестку? Почему за расчетный диаметр заклепки принимают диаметр отверстия d0?

Курс "Детали машин и основы конструирования" непосредственно опирается на курсы "Сопротивление материалов" и "Теория механизмов и машин", которыми, мы надеемся, студенты овладели в совершенстве. Кроме того, для успешного выполнения расчётно-графических работ и курсового проекта необходимы хорошие знания правил и приёмов курса "Инженерная графика".
Расчет на прочность сварных соединений