Расчёт элементов конструкций. Расчёт швов. Заклёпочно-болтовые соединения

Раздел 6. Расчёт элементов конструкций.

Лекция №14.

6.1. Расчёт швов.

РАСЧЁТ СОЕДИНЕНИЙ.

Различают соединения:

- клеевые; сварные;

- заклёпочно-болтовые;

- комбинированные.

Наиболее важными являются заклёпочно-болтовые соединения. Заклёпочно-болтовые соединения бывают:

1.  Срезные;

2.  Фланцевые (соединения, работающие на отрыв);

3.  Комбинированные.

Рассмотрим две детали, соединённые между собой.

Соединение является срезным. При расчёте крепежа проводят следующие расчёты.

Расчёт на срез:

  где  -  сила болта заклепки;

 -  сила разрушения среза.

, где  -  площадь болта заклепки;

= 0,4 - 0,6.

Расчет на смятие:

;   ,  где .

 -  для болтов, которые поставляются с зазором ;

 -  при болтах без зазора, без натяга (то есть по скользящей);

 -  с натягом.

;  ;

;  ;

,  где .

- из этого выражения следует .

В авиационных конструкциях линейная перемычка ; при расчете на ресурс - .

Разрушение материала между крепежными элементами.

,   где  -  разрушение межосевых расстояний.

,   где .

Приравниваем , тогда получим:

,  где .

,  где - количество рядов.

Проверяется срез болта заклепки:

;  ;

смятие: ;  ;

разрыв перемычки: , где ;

минимальная перемычка: ; .

         Разрушение материала между крепежными точками.

;

, тогда имеем:

, где

; .

Расчет стыков профилей.

Стыки профилей рассчитываются по равнопрочности, независимо, какая на них действует сила.

;

.

По месту стыка полки профиль увеличивается по толщине и ширине или из условия прочности, или по конструктивным соображениям.

Количество болтов в стыках обычно принимают равным  = 3 - 5 креплений на одной полке.

Чем больше количество болтов, тем больше неравномерность. После подбора количества крепежа вычисляется сила, приходящаяся на одну крепежную точку. По этому усилию подбирается диаметр крепежа и материал крепежа > . Затем вычисляются разрушающие усилия смятия.

=_см;

.

Если по смятию не проходит, в этом случае  увеличиваем толщину полки или диаметр крепежа. Перемычки берутся не менее 1,5 - 2d  в зависимости от ответственного соединения. Это связано с тем, чтобы сгладить неравномерность нагружения крепежа.

.

                                                        Дополнение

7. Расчет и конструирование заклепочных 

    и болтовых соединений

В заклепочных и болтовых соединениях материал заклепки и болта работает на срез и на растяжение, а материал соединяемых деталей – на срез, смятие, растяжение – смятие или на изгиб. Для обеспечения минимальной массы соединения, необходимо соблюдать условие равнопрочности соединения на все виды нагружений. Избыточная прочность приводит к избыточной массе стыка.

При действии растягивающей нагрузки q происходит срез листа по двум плоскостям  1-1 и 2-2 (см рис. 7.1, а) разрушающее усилие среза листа:

Рис. 7.1 Заклепочные соединения.

(7.1)

τ_л = 0,4 ÷ 0,6 σ_в                     (7.2)

где  τ_л – разрушающее напряжение листа.

В формуле (7.1) вместо длины линии 1-1 и 2-2 принята длина  , так как эта длина линии является максимально возможной.

Разрушающая сила смятия листа под крепежем:                                     (7.3)

где s_см – разрушающее усилие смятия                                                      (7.4)

приравнивая выражения  (7.1) и (7.3) получим:

                                    

(7.5)

При  σ_см=σ_в  и  τ_л=0,5τ_в   получим a = 1,5d

При действии силы вдоль шва (рис. 7.1,б) разрушение происходит вдоль линии  3-3.

                                      

 В этом случае перемычка разрушается от растягивающих сил. Разрушающее усилие разрыва перемычки а:

Приравняв формулы (7.6) и (7.7) получим:

 

При  σ_см = σ_в ,     а = d, при  σ_см =1,5σ_в  ,  а =1,25d.

                                          Шаг заклепок

При действии растягивающей силы согласно рис.7.1, предельная разрушающая нагрузка, действующая на дистанции t между заклепками:

(7.9)

Из условия равнопрочности листа на смятие и на разрыв согласно выражениям

                                                    

(7.10)

При s_см=s_в  

При действии силы вдоль шва разрушение листа происходит по линии 1-1 или 2-2  (рис.7.1). Сила, срезающая лист на длине шага:

Из условия равнопрочности листа на смятие и на срез получим:

При s_см =s_в   и  t_в = 0,5s_в                 

Рациональный диаметр крепежного элемента

Сила, срезающая болт или заклепку:

         где t_б,зк – разрушающее напряжение среза болта или заклепки.

Разрушающее усилие смятия листа:

Из условия равнопрочности по срезу и смятию:

отсюда

Для заклепочного соединения листа из Д16Т при s_см=1,5s_в  и t_зк = 250МПа  d=3,05d