Узловые соединения. Расчёт элементов соединений. Расчёт элементов соединений

УЗЛОВЫЕ  СОЕДИНЕНИЯ

ГЛАВА  XIV

(Уч. Канн С.Н.,  Свердлов И.А., стр453-462)

Лекция № 14.

Введение.

Конструкция самолёта состоит из отдельных частей и деталей, соединённых между собой узлами. Благодаря узловым соединениям, конструкция работает как одно целое. Узловые соединения отдельных частей самолёта могут быть неразъёмными и разъёмными. К первым относятся соединения деталей конструкции между собой (например, нервюры со стрингерами или лонжеронами, шпангоута с обшивкой и др.), ко вторым – стыковочные узлы, узлы подвески (например, соединения консоли крыла с центропланом, подвеска элерона, крепление шасси, силовой установки и т.д.).

Расчёт узловых соединений во многих случаях вызывает значительные трудности. Соединяемые между собой отдельные части конструкции самолёта и узловые соединения часто являются многократно статически неопределимыми системами, точный расчёт которых или очень сложен, или вообще неосуществим. Поэтому величины нагрузок, действующих на элементы узловых соединений, определяются в ряде случаев лишь приближённо. Через узловые соединения от одной части конструкции планера самолёта на другую могут передаваться большие сосредоточенные силы, а элементы узлового соединения могут иметь сложную конструктивную форму. Наличие отверстий и резких изменений поперечного сечения вызывает в элементах соединения значительную концентрацию напряжений. Следует учитывать, что распределение усилий между элементами узлового соединения в большей степени зависит от технологии изготовления отдельных деталей, точности сборки соединения и срока службы самолёта.

Незначительные отклонения, допущенные при  изготовлении отдельных элементов соединения и в процессе сборки узла (отклонения в размерах, в способах клёпки и сварки, в режимах термообработки, различия в условиях затяжки болтов и т. д.), а также изменения, происходящие в процессе эксплуатации самолёта (разбалтывание болтовых соединений [ослабление затяжки резьбового соединения], образование различных дефектов – царапин, влияние коррозии и т. д.). Всё это может повлиять на напряжённое состояние  узлового соединения и срок службы отдельных его элементов, определяемый их усталостной долговечностью. Именно этим объясняется то, что наиболее ответственные  узлы рассчитываются на повышенные нагрузки. К таким узлам в основном относятся разъёмные соединения, расчёт которых ведётся на нагрузку, равную 1,25 расчётной нагрузки соединяемых деталей. Прочность узловых соединений проверяется как при статических испытаниях самолёта, так и при испытаниях на усталостную долговечность.

Рассмотрим вначале расчёт на прочность основных элементов узлового соединения (заклёпок, болтов, сварки и т.п.), а затем разберём конструкцию и работу отдельных типовых узлов, применяемых на самолётах.

§ 1.  Расчёт элементов соединений

Заклёпки[1] в самолётостроении обычно ставятся методом холодной клёпки, так как их размеры относительно малы (2±0,12; 2,5±0,12; 3±0,12; 4±0,16; 5±0,16; 6±0,16; 8±0,2). Работают и рассчитываются заклёпки в основном на срез.

Кроме того, заклёпки и склёпываемые листы проверяют на смятие. Напряжения смятия должны быть такими, чтобы в эксплуатации не происходило разбалтывания (ослабления) соединений (появления люфтов). При расчёте пренебрегают трением между склёпанными листами, так как количественно его трудно учесть. Кроме того, при действии на конструкцию нагрузки, близкой к разрушающей, силы трения становятся пренебрежительно малыми.

Напряжение среза заклёпки (рис.14.1.) определяется силой Р и диаметром d

                                        (14.1)

где τ_в – временное сопротивление материала заклёпки на срез, которое зависит от её диаметра; увеличение диаметра заклёпки повышает неравномерность распределения напряжений по сечению заклёпки, что уменьшает τ_в.

На рис. 14.2 приведена экспериментальная кривая временного сопротивления среза дуралюминовых заклёпок τ_в в зависимости от их диаметров.

На рис. 14.3 изображена эпюра сил, воспринимаемых заклёпками шва при упругой работе материала. Чем больше заклёпок в ряду, тем выше неравномерность их нагружения. Для более равномерной передачи усилий на заклёпки целесообразно их ставить в ряду не больше шести.  При действии на соединение силы, равной разрушающей, нагрузки на заклёпки выравниваются вследствие текучести их материала. Экспериментально установлено, что все заклёпки шва разрушаются практически одновременно. Поэтому разрушающая сила на одну заклёпку определяется по формуле

, где  Р – разрушающая сила, действующая на соединение;

п – число заклёпок в соединении.