Заклепки работают на растяжение
Работа клепаных соединений. В работе клепаного соединения, препятствующего сдвигу соединяемых элементов, различают три стадии (рис. III—37).
Первая стадия — упругая работа. При сокращении длины остывающего стержня заклепки последний очень плотно обжимает соединяемые элементы. Начальные растягивающие напряжения в стержне поставленной заклепки доходят до 2000—2200 кг/см2.
В момент приложения усилия, стремящегося сдвинуть соединенные элементы один по отношению к другому, между ними возникают силы трения, препятствующие этому сдвигу. До тех пор пока силы трения не преодолены, деформации соединения пропорциональны напряжениям в основном металле, а само соединение работает упруго.
Вторая стадия — упруго-пластическа я работа. После преодоления сил трения происходит сдвиг соединяемых элементов. Величина сдвига зависит от качества клепки и обычно измеряется сотыми долями миллиметра (рис. III—37 — деталь).
После сдвига стержень плотно упирается в стенки отверстия соединяемых элементов и вовлекается непосредственно в работу. На этой стадии усилие передается не только за счет трения между элементами, но и через заклепочный стержень. Деформации нарастают быстрее, что и сказывается на более сильном наклоне кривой σ—ε (рис. III—37). Под влиянием сдвига элементов стержень заклепки начинает сминаться, срезаться, изгибаться и растягиваться (рис. III—38). В прямых углах кромок сдвинутых элементов материал быстро достигает пластического состояния и углы обминаются. Размер сминаемых поверхностей увеличивается, а явление среза теряет свою чистую форму. Изгиб стержня связан с растяжением его, что вызывает более сильное нажатие головок заклепки на все соединение и увеличение сил трения между соприкасающимися поверхностями.
Третья стадия — пластическая работа. Напряжения в стержне заклепки достигли предела текучести, в соединении происходят значительные пластические деформации, сопровождающиеся сдвигом элементов на 2—3 и даже на 5 мм. Для сравнения полезно отметить, что величина сдвига за первую и вторую стадии работы составляет всего лишь 0,1—0,2 мм.
Разрушение соединения происходит или от изгиба и растяжения стержня заклепки и отскакивания головки, или от изгиба и среза стержня между соединяемыми элементами. Характер разрушения клепаного соединения зависит от соотношения между диаметром заклепок и толщиной соединяемых листов. Чем меньше диаметр заклепок и толще листы, тем отчетливее явление среза в заклепках.
Распределение напряжений в соединяемых элементах у заклепок весьма сложно и неравномерно (рис. III—39, а). В нагруженном листе у отверстия независимо от наличия заклепочного стержня возникают местные перенапряжения. При этом величина средних напряжений, вычисленных по площади нетто, в 2—3 раза отличается от действительных максимальных и минимальных напряжений.
В листах клепаного соединения со стороны отверстия, противоположной действующему усилию, возникают сжимающие напряжения в секторе около 120° (рис. III—39, а). По длине листа участок сжимающих напряжений распространяется примерно на 2,5 диаметра отверстия. На таком же расстоянии начинаются отклонения в равномерном распределении растягивающих напряжений. Эти наблюдения отражены в нормах, требующих, чтобы расстояние между осями соседних заклепок, расположенных по направлению усилия, были не менее трех диаметров отверстий.
Возникающие в листах у заклепок большие скалывающие напряжения могут привести к разрушению соединения от выкалывания по двум плоскостям (рис. III—39,6).
Определение несущей способности клепаного соединения. Работа клепаных соединений протекает в весьма сложных условиях. Практические методы расчета основаны на значительных упрощениях, вполне оправданных успешным многолетним опытом их применения.
При определении несущей способности [Nз] одной заклепки, препятствующей сдвигу соединяемых элементов, исходят:
из требования обеспечения прочности заклепки на срез
В действительности последний расчет обеспечивает и прочность листов на выкалывание (рис. III—39,б). Существует прямая пропорциональная связь между отношением временного сопротивления клепаного соединения условному смятию (выкалыванию) к временному сопротивлению материала листов срезу и расстоянию от заклепки до края листа вдоль усилия (до некоторого предела). Эту связь можно перенести и на расчетные сопротивления (допускаемые напряжения).
Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения клепаных соединений зависят от марки стали соединяемых элементов и заклепочных заготовок, а также от способа изготовления отверстий (типа «В» или «С»). Величины их приведены в таблицах III—5 и III—6. Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения в клепаных соединениях с потайными или полупотайными головками снижают на 20%; работа на растяжение заклепок с такими головками не допускается.
В случаях применения клепаных соединений с отверстиями типа «С» принимают [τ3]=0,6[σ] и [σ3]см = 1,75[σ].
При совместной работе ряда заклепок во время работы соединения в упругой стадии крайние заклепки несут значительно большую нагрузку, чем внутренние. Так, при четырех заклепках в ряду крайние заклепки перегружены по сравнению со средними примерно в 1,5 раза, а при шести заклепках — почти в 2,5 раза. Однако перегруженные крайние заклепки после достижения ими пластического состояния перестают принимать на себя возрастающую нагрузку. Последняя передается на остальные, менее нагруженные заклепки; происходит выравнивание усилий. Разрушение таких клепаных соединений начинается одновременно по всем заклепкам. Это дает основание считать, что в момент, предшествующий разрушению, усилие между всеми заклепками распределяется равномерно, и производить расчет клепаного соединения в предположении, что все заклепки принимают одинаковое участие в передаче усилия. Отмеченное обстоятельство позволяет не требовать ограничения количества заклепок, располагаемых в соединении вдоль усилия.
Кроме заклепок, препятствующих сдвигу соединяемых элементов, встречаются заклепки, препятствующие отрыву одного элемента от другого, то есть работающие на растяжение или, как говорят, на отрыв головок.
В работе заклепок на растяжение различают две стадии. В первой стадии не наблюдается деформации соединения; во второй — начальные напряжения сжатия между листами преодолены, стержень заклепки в работу включается сначала в упругом состоянии, а затем переходит в пластическое.
Работа заклепок (как и болтов) на растяжение почти всегда осложняется эксцентричным расположением внешнего усилия, что, в свою очередь, связано со снижением их несущей способности. По этой причине расчетное сопротивление (допускаемое напряжение) разрыву стержня заклепки принимают примерно на 45% ниже, чем осевому растяжению.
Прочность стержня заклепки, на разрыв проверяют в предположении центрального растяжения:
В случае совместной работы заклепки на сдвиг и на растяжение проверку прочности стержня в соответствии с указаниями СНиП проводят отдельно.
Источник
Клепаные соединения –неразъемные соединения помощью заклпок.
Клепаные соединения применяют при изготовлении сложных тонколистовых конструкций, . колонн, ферм, мачт из профильного металла, деталей, состоящих из частей, выполненных из легких сплавов, а также конструкций, подверженных динамическим и вибрационным нагрузкам. область применения: самолетостроение, мостостроение, детали транспортных и грузоподъемных машин — крепление тормозных накладок, дисков к барабанам .
Соединяемые детали стягивают заклепкой , круглый стержень 1 с закладной головкой 5. Ее вставляют в совмещенные отверстия соединяемых деталей и, осаживая пуансоном 2 выступающий конец стержня, образуют вторую — замыкающую— головку. Отверстие может быть просверлено или пробито. Процесс образования замыкающей головки называется клепкой. При диаметре стальных заклепок до 12 мм применяют холодную клепку, при большем диаметре — горячую. Клепку выполняют вручную или машинами.
Классификация. В завис-ти от назначения клепаные соединения разделяются на прочные и прочно-плотные. По требованиям, предъявляемым к надежности, их делят на нормальные и ответственные, для образования которых применяют соответствующие заклепки нормального и повышенного качества. Различают соединения нахлесточпые и стыковые (с накладками); по расположению заклепок — рядовые и шахматные, однорядные и многорядные. По числу сечений заклепки, испытывающих перерезывающие усилия, соединения делятся на односрезные (нахлесточные и с одной накладкой) и двухсрезные (с двумя накладками).
Достоинства— высокая надежность, удобство и надежность контроля шва, хорошая сопротивляемость вибрационным и ударным нагрузкам.. Недостатки— большой расход металла и повышенная трудоемкость, необходимость применения дополнительного дорогостоящего оборудования. Увеличение металла связано с увеличением толщины соединяемых частей из-за наличия отверстий, ослабляющих рабочие сечения, и большой массой заклепок, которые составляют 3,5…4% от массы конструкций (масса сварных швов составляет 1…1.5 %). Трудоемкость соединения обусловлена дополнительными операциями — разметкой, выполнением отверстий и др.; процесс клепки менее производительный, чем процесс сварки.
Наряду с заклепками со сплошным стержнем применяют полупустотелые и пустотелые.В прочных и прочно-плотных соединениях наиболее распространены заклепки с полукруглой головкой, размеры которой зависят от диаметра стержня D = (l,5…1,75)d, R= (0,8..A)d, H = (0,6…0,65)d. Заклепки с потайной головкой применяют, если недопустимы выступающие части в шве; с полупотайной – соедин. тонких листов. В прочно-плотных швах для увеличен. плотности шва исп. закл. с низкими головками больших диаметров. Закл. с плоской головкой исп. в коррозионностойкой среде. Пустотел. и полупустотел. исп. при соедин. тонких листов (невозм. формир. замыкающих головок).
Материал д б пластичным для обеспечения возможности формирования головок.Заклепки изготовляют из углеродистых сталей Ст2, 15, 15кп, 30, 35, 45, сталей легированных (09Г2), меди (МЗ), латуни (Л63), алюминиевых сплавов и других металлов .Их выпускают без покрытия и с покрытием — цинковым, кадмиевым, фосфатным, никелевым, окисным без термической обработки и отожженными или закаленными.
Рекомендуемые расстояния между заклепками: для односрезного однорядного шва шаг Р — 3d, двухрядного Р — 4d для двухсрезного (с двумя накладками) однорядного — Р — 3,5 d, двухрядного — Р — 5,5d. Расстояние от оси заклепок до свободной кромки в направлении действующей силы Р1 рядами заклепок Р2= (2…3)d.
Нарушение режима работы и виды повреждений.Неудовлетворительные условия работы соединения возникают при перекосе головок относительно стержня заклепки из-за чрезмерной неравномерности’ распределения нагрузки между заклепками, при относительном умещении соединенных деталей, когда заклепки установлены с зазором. При нагрузке, действующей вдоль оси заклепки, может произойти смятие или срез головки, а также разрыв стержня. Если сила действует перпендикулярно оси заклепки, то при статическом нагружении соединение разрушается в результате среза стержня. Под воздействием вибрационной нагрузки разрушение заклепок происходит в результате среза или усталости при изгибе или растяжении стержня. Разрушение соединения может произойти из-за прорезания материала соединяемых деталей по сечениям или смятия тела заклепки.
РАСЧЕТ КЛЕПАНЫХ СОЕДИНЕНИЙ .Размеры головки заклепки подобраны так, что обеспечивают достаточную прочность на срез их и смятие при выбранном диаметре стержня, то расчет ведут по упрощенной схеме на срез и смятие стержня при использовании допускаемых, напряжений, проверенных практикой конструирования и эксплуатации. Если нагрузка действует в направлении осей заклепок, прочность определяется расчетом на растяжение.
Критерий приближения прочности соединения к прочности соединяемых деталей-коэффициент прочности клепаного соединения: отношение напряжений в сечениях, неослабленном и ослабленном отверстиями. При силе Fр= F/z, приходящейся на участок шва, равный шагу Р, φ = σ/σ0= (FP/p)/[FpKσ/(P — d)] = (P — d)/(PKσ) (1) Даже при К0— 1 для однорядного односрезного шва, например, когда Р = 3d, получим ф = 0,67. Чтобы получить значения ф, стремятся увеличить ширину или толщину деталей в местах постановки заклепок.
Для прочноплотного соединения характеристикой плотности шва служит коэффициент скольжения — сила сопротивления проскальзыванию листов, условно отнесенная к единице площади поперечного сечения заклепок: ξ = 4FP/(πd2zi) ≤ [ξ]. Допускаемое значение коэффициента скольжения определяется экспериментально
Условие прочности заклепки на срез:
,
где Q-площадь поперченного сечения заклепки, m-число заклепок, n-число поверхностей среза одной заклепки, F-внешнее нагружение
Условие прочности на смятие:
,
где толщина наименьшего листа в соединении.
В прочноплотных соед-ях расчет на смятие не выполняют.
в случае недостат. прочности заклепки:
-увеличить число заклепок,
-увеличить шаг расположения заклепок.
=280…320МПа, =140 МПа, если клепка холодная, допустимые напр. уменьшить на 30%.
Если материал заклепок и детали одинаков, то листы на смятие не проверяют, в противном случае:
, где B-высота листа
В расчеты закладывают минимальное по площади сечение
Qmax=l*δ, Qmin=δ*(l-0,5*d0)
коэффициент прочности шва
t-шаг
Заклепочные соединения: виды, способы изготовления и причины разрушения всех деталей соединения. Конструирование соединений. Запишите условия прочности основного металла и формулы для проверочных расчетов его.
Клепаные соединения применяют при изготовлении сложных тонколистовых конструкций, колонн, ферм, мачт из профильного металла, деталей, состоящих из частей, выполненных из легких сплавов, а также конструкций, подверженных динамическим и вибрационным нагрузкам. Область применения: самолетостроение, мостостроение, детали транспортных и грузоподъемных машин — крепление тормозных накладок, дисков к барабанам.
Процесс образования замыкающей головки называется клепкой. При диаметре стальных заклепок до 12 мм и из меди, латуни применяют холодную клепку, при большем диаметре — горячую. Клепку выполняют вручную или машинами.
Классификация. В завис-ти от назначения клепаные соединения разделяются на прочные и прочноплотные. По требованиям, предъявляемым к надежности, их делят на нормальные и ответственные, для образования которых применяют соответствующие заклепки нормального и повышенного качества. Различают соединения нахлесточпые и стыковые (с накладками); по расположению заклепок — рядовые и шахматные, однорядные и многорядные. По числу сечений заклепки, испытывающих перерезывающие усилия, соединения делятся на односрезные (нахлесточные и с одной накладкой) и двухсрезные (с двумя накладками).
Достоинства — имеют преимущества при соединении частей, не допускающих нагрева при сварке, вследствие возможного отпуска. Недостатки— большой расход металла и повышенная трудоемкость. Увеличение металла связано с увеличением толщины соединяемых частей из-за наличия отверстий, ослабляющих рабочие сечения, и большой массой заклепок, которые составляют 3,5…4% от массы конструкций (масса сварных швов составляет 1…1.5 %). Трудоемкость соединения обусловлена дополнительными операциями — разметкой, выполнением отверстий и др.; процесс клепки менее производительный, чем процесс сварки.
Наряду с заклепками со сплошным стержнем применяют полупустотелые и пустотелые.В прочных и прочноплотных соединениях наиболее распространены заклепки с полукруглой головкой. Заклепки с потайной головкой применяют, если недопустимы выступающие части в шве; с полупотайной – соедин. тонких листов. В прочноплотных швах для увеличен. плотности шва исп. закл. с низкими головками больших диаметров. Закл. с плоской головкой исп. в коррозионностойкой среде. Пустотел. и полупустотел. исп. при соедин. тонких листов (невозм. формир. замыкающих головок).
Материал должен быть пластичным для обеспечения возможности формирования головок. Заклепки изготовляют из углеродистых сталей Ст2, 15, 15кп, сталей легированных (09Г2), меди (МЗ), латуни (Л63), алюминиевых сплавов и других металлов. Их выпускают без покрытия и с покрытием — цинковым, кадмиевым, фосфатным, никелевым, окисным без термической обработки и отожженными или закаленными.
Конструкцию соединения разрабатывают после определения количества заклепок. Соединение с тремя заклепками выполняют, расположив заклепки в один ряд (рис.1,а), что приводит к равномерной нагрузке заклепок, но требует большой ширины соединяемых частей; по линии действия силы (б), что дает узкий стык, но неравномерное распределение нагрузки между заклепками или треугольником (в) (выгодно).
Нарушение режима работы и виды повреждений.Неудовлетворительные условия работы соединения возникают при перекосе головок относительно стержня заклепки, из-за чрезмерной неравномерности распределения нагрузки между заклепками, при относительном смещении соединенных деталей, когда заклепки установлены с зазором. При нагрузке, действующей вдоль оси заклепки, может произойти смятие или срез головки, а также разрыв стержня. Если сила действует перпендикулярно оси заклепки, то при статическом нагружении соединение разрушается в результате среза стержня. Под воздействием вибрационной нагрузки разрушение заклепок происходит в результате среза или усталости при изгибе или растяжении стержня. Разрушение соединения может произойти из-за прорезания материала соединяемых деталей по сечениям или смятия тела заклепки.
Расчет заклепок. Заклепка может быть срезана по поперечному сечению площадью Q или смята по боковой пов-ти, контактирующей с более тонким из соединяемых листов. Условие прочности заклепки на срез: τс зак = 4F(/πdзак2nm) ≤[τс]зак.
Где F –внешняя сила, n – число поверхностей среза одной заклепки, m — число заклепок в соединении.
Минимальная поверхность смятия: Qmin=бmindзак., бmin=h2.
Условие прочности заклепки на смятие: σсм = F/m(dзак бmin)≤ [σсм ]зак.
В прочноплотных соединениях расчет на смятие не выполняют, только на срез проверяют. В случае недостаточной прочности заклепки необходимо принять конструктивные меры:
-увеличить число заклепок;
-увеличить шаг расположения заклепок.
Расчет соединяемых деталей. Соединенные листы могут не выдержать напряжения смятия, возникающие на пов-ти контакта с заклепками. σсм = F/m(dотв бmin)≤ [σсм ]л.
Другой причиной разрушения соединения может быть перегрузка листов по напряжениям растяжения, ослабленном отверстиями под заклепки. Условие прочности листов σрл = F/m1б(t-d0) ≤ [σр]л, где m1- число заклепок в наиболее ослабленном сечении; d0— диаметр отверстия под заклепку, t — шаг расположения заклепок.
Соединяемые листы могут порваться по кромкам при перегрузке по напряжениям среза. У каждой заклепки лист срезается по двум сечениям. Наибольшая площадь одного такого сечения среза равна Qmax=еб, где е – расстояние от заклепки до кромки, б – h1+h2. Минимальная пов-ть среза листа у заклепки равна Qmin=б(е-0,5d0).
Условие прочности листа на срез: τср л = F/m22б(е-0,5d0 ) ≤[τс]л. m2- число заклепок в кромочном ряду. Чтобы охарактеризовать степень ослабления склепываемых деталей под заклепки, вводят коэф-та прочности шва = (t-d)/t =0,65-0,85. t –шаг расположения заклепок, d – диаметр отверстий соединяемых листов.
Допускаемые напряжения. При расчете соединений допускаемые напряжения принимают в соответствии с рекомендациями. Для заклепок из стали Ст2, СтЗ [τср] =100…140 МПа, [σсм] = 240…320 МПа, [σР] = 90МПа. Меньшие значения принимают, когда отверстия под заклепки продавлены, большие — для просверленных отверстий.
51. К какому типу соединений относят резьбовые соединения? что такое чистые, черные и получистые винты? в какой материал глубина завинчивания винта больше: в хрупкий или пластичный? почему?
Все машины, механизмы и их узлы собирают из деталей посредством их соединения. Все соединения деталей могут быть разделены на две группы: разъемные и неразъемные. Резьбовые соединения относятся кразъемному неподвижному соединению.
Разъёмные соединения – это соединения деталей, позволяющие осуществлять многократную сборку и разборку соединения без нарушения целостности деталей. Например, резьбовые, шпоночные, штифтовые, шлицевые соединения.
Эти соединения, в свою очередь, могут быть:
· подвижными, т.е. позволяющими относительное движение соединяемых деталей; или
· неподвижными, т.е. не позволяющими относительное движение соединяемых деталей.
В зависимости от способа изготовления винты и шпильки делят на:
а) черные, т.е. полученные горячей или холодной высадкой с последующей накаткой резьбы;
б) чистые, т.е. подученные точением с последующим нарезанием резьбы;
в) получистые, т.е. черные, но со снятой резанием фаской на резьбовом конце.
Глубина завинчивания винтов и шпилек в зависимости от материала детали должна быть не менее [1, с. 97]:
§ (1,00…1,25) . d – для стальной детали;
§ (1,25…1,50) . d – для чугунной детали;
§ (1,50…2,00) . d – для детали из алюминиевых и магниевых сплавов
Глубина завинчивания больше в пластичном, т. к.
Хрупкие материалы (чугун, твердая бронза) в основном деформируются упруго и при незначительных остаточных изменениях разрушаются. Пластичные материалы (стали и большинство цветных металлов) после упругого деформирования способны воспринимать (до разрушения) значительные пластические деформации.
52. резьбовые соединения: виды, соотношения основных размеров деталей соединения. расчет болта в предварительно затянутом соединении, нагруженном продольной силой (по отношению к оси болта).
Резьбовыми называют соединения деталей при помощи резьбы. Эти соединения являются разъемными и имеют весьма широкое распространение. Свыше 60% всех деталей машин имеют резьбу благодаря: высокой нагрузочной способности и надежности; большой номенклатуре резьбовых деталей; удобству сборки и демонтажа соединений; малой стоимости, обусловленной стандартизацией деталей и высокой производительностью изготовления.
К недостаткам резьбовых соединений следует отнести концентрацию напряжений, вызываемую витками резьбы.при переменных нагрузках концентрация напряжений приводит к снижению усталостной прочности соединения.
Основные детали резьбового, соединения – это винт, болт, шпилька. В зависимости от способа сборки резьбовые соединения делят на:
1) болтовое, когда винт устанавливают в отверстия соединяемых деталей и на его резьбовой конец навинчивают гайку. Эти соединения наиболее простые и дешевые, т.к. не требуют нарезания резьбы в соединяемых деталях. Применяют болтовые соединения: для скрепления деталей средней толщины или деталей из малопрочных материалов либо при необходимости частой сборки и разборки соединения;
Основные соотношения размеров деталей болтового соединения представлены на рис.
2) винтовое, когда винт пропускают сквозь более тонкую деталь и ввинчивают в более массивную деталь соединения (а). Эти соединения применяют при достаточной толщине и прочности деталей, при отсутствии места под гайку или при жестких требованиях к металлоемкости конструкции;
3) шпилечное, когда материал соединяемых деталей не обеспечивает достаточной долговечности резьбы при необходимых частых сборках и разборках соединения. Шпильку ввинчивают в более массивную и прочную деталь, а другую деталь присоединяют к первой детали при помощи гайки, навинчиваемой на свободный конец шпильки (б).
В зависимости от способа изготовления винты и шпильки делят на: а) черные, т.е. полученные горячей или холодной высадкой с последующей накаткой резьбы; б) чистые, т.е. подученные точением с последующим нарезанием резьбы; в) получистые, т.е. черные, но со снятой резанием фаской на резьбовом конце.
По форме стержня винты подразделяют на 3 группы: с нормальным стержнем (а); с утолщенным и чисто обработанным стержнем для установки без зазоров в развёрнутые отверстия соединяемых деталей (б); со стержнем уменьшенного диаметра (в) с целью снижения концентрации напряжений у резьбы и лучшего восприятия переменных и ударных нагрузок на соединение; иногда на таких стержнях выполняют центрирующий поясок (г).
Крепежные винты устанавливают в отверстия деталей с зазором в 1 мм при диаметре винта от 10 до 24 мм. При d >24 мм величину зазора выбирают по ГОСТ 11284 –75.
Глубина завинчивания винтов и шпилек в зависимости от материала детали должна быть не менее:
§ (1,00…1,25) . d – для стальной детали;
§ (1,25…1,50) . d – для чугунной детали;
§ (1,50…2,00) . d – для детали из алюминиевых и магниевых сплавов.
Источник