Мархель И.И. Детали машин

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 13.20. К расчету резьбы на срез

Расчет резьбы по напряжению среза. Проверочный расчет. Условие прочности

ср

≤[τ]

ср

, (13.20)

где τ

ср

— расчетное напряжение среза в резьбе; [τ]

ср

— допускаемое напряжение среза в резьбе (см.

шаг 13.30).

Для винта

(13.21)

для гайки

(13.22)

здесь F — осевое усилие, действующее на болт; d

— внутренний диаметр резьбы; d — наружный

диаметр резьбы; Н — высота гайки; К =

— коэффициент, учитывающий тип резьбы (K=0,8 — для

треугольной резьбы; К= 0,5 — для прямоугольной и К= 0,65 — для трапецеидальной резьбы).

Проектировочный расчет (рассматривается случай, когда материал гайки и винта одинаков).

Задавшись типом резьбы и определив диаметр при проектном расчете, можно определить высоту гайки:

(13.23)

Стандартные крепежные изделия на прочность резьбы не рассчитывают.

13.25. Ответить на вопросы контрольной карточки 13.2.

Контрольная карточка 13.2

Вопрос Ответы Ко

Можно ли для изготовления винтов

(болтов, шпилек) применять чугун?

Можно

Нельзя

Назовите формулу проектировочного

расчета для напряженного болтового

соединения при отсутствии последующей

затяжки

Назовите расчетную формулу для

определения допускаемого напряжения

среза для болта

В каком случае расчетное напряжение

больше: когда детали соединяются с упру-

гой прокладкой или без прокладки?

С упругой прокладкой

Без прокладки

Назовите формулу для определения

высоты гайки 15

Ответы на вопросы

13.1. Деталь 1 — болт; деталь 2 — гайка. Деталь 1 — резьба цилиндрическая наружная; деталь 2 —

резьба цилиндрическая внутренняя.

13.2. Резьбы крепежные для соединения деталей: метрическая, дюймовая, часовая, трубная, круглая.

Резьба для передачи сил и движений: прямоугольная, трапецеидальная, упорная (иногда используют

метрическую и дюймовую резьбы).

13.3. У метрической резьбы (см. рис. 13.3, а) вершины профиля резьбы винта притуплены по прямой

на расстоянии H/8, вершины профиля резьбы гайки — на расстоянии Н/А от вершин теоретического

профиля. Про-филь впадин у винта имеет закругление радиусом Н/6. Обозначение метрической резьбы

с крупным шагом — М24; с мелким — М24 х 2.

13.4. Нельзя. В качестве крепежной резьбы применяют метрическую резьбу. При проектировании

новых машин применять дюймовую резьбу нельзя. Обозначение дюймовой резьбы на чертеже:

указывается наружный диаметр в дюймах.

13.6. Прямоугольную резьбу для крепежных деталей применить нельзя. Эта резьба применяется в

основном в винтах для передачи движений с малыми потерями на трение.

13.7. По сравнению с треугольной трапецеидальная резьба имеет значительно меньшие потери на

трение.

13.8. Упорная резьба передает большую осевую нагрузку, чем трапецеидальная за счет «упорного»

профиля резьбы и большей, как следствие, прочности резьбы.

13.13. Пружинная шайба (см. рис. 13.10, г) — стопорная, подкладывае-мая под гайку. Отвертыванию

гайки препятствуют острые края концов шайбы, упирающиеся в торец гайки и в прижимаемую деталь.

Кроме того, при ослаблении осевой силы в болте сила упругости шайбы поддерживает соединение в

напряженном состоянии и препятствует самоотвинчиванию гайки. Пружинная шайба не увеличивает

опорную поверхность.

13.16. По значению момента Т

кл

и известной силе F

кл

, приложенной к ключу, можно определить

потребную длину рукояти (см. рис. 13.12):

Зная Т

кл

и L

, можно определить силу F

кл

для динамометрических ключей.

13.17. По известному диаметру d

из ГОСТа (например, см. табл. 13.1) выбирают номинальный

диаметр d, средний диаметр d

, шаг резьбы Р. Длину болта принимают в зависимости от толщины

соединяемых им деталей; размеры головки и ее высоту — в зависимости от номинального диаметра d.

Применяют проверочный расчет, если известны параметры болта и его материал, но если

необходимо проверить резьбовое соединение на прочность или по расчетному напряжению, необходимо

выбрать материал болта; проектный — если параметры болта неизвестны. Выбрав соответствующий

материал для болта, производят проектный расчет. По [σ]

определяют внутренний диаметр резьбы d

по

которому определяют все остальные параметры резьбового соединения.

13.18. Условие прочности проверочного расчета клеммового соединения

правая часть формулы (13.9):

13.19. При расчете затянутого и дополнительно нагруженного внешней силой болта F

принимают в

расчетах, когда предварительно затянутый болт нагружен осевой силой F и в процессе работы

предусматривается последующая дополнительная затяжка (подтяжка) болтов; F

— то же, но без

последующей подтяжки болта. Формула проверочного расчета

13.21. От восприятия поперечных сил болт разгружают с помощью разгрузочного кольца (рис.

13.19, а), шпонкой (рис. 13.19, б), штифтом (рис. 13.19, в) и т. п.

13.22. Внешняя сила, действующая на болты (см. рис. 13.16);

где Z — число болтов круглой крышки.

Глава 14

ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

§ 1. Общие понятия, образование заклепочных швов, достоинства, недостатки и

область применения

14.1. Заклепочные соединения состоят из двух или нескольких листов или деталей, соединяемых

(склепываемых) в неразъемную конструкцию с помощью заклепок (рис. 14.1).

Заклепкой называют круглый стержень, имеющий сформированную закладную головку 1 на одном

конце и формируемую в процессе клепки замыкающую головку 2 на другом его конце. Форма и

размеры заклепок регламентированы стандартом (рис. 14.2).

Заклепочным швом называют соединение, осуществляемое группой заклепок (рис. 14.3).

Рис. 14.1. Заклепочные соединения

Рис. 14.2. Формирование заклепочного шва

Рис. 14.3. Однорядное заклепочное соединение

Отверстия под заклепки в деталях для получения заклепочного шва просверливают (реже

продавливают).

Заклепки поставляются как готовые изделия.

Выше отмечено, что заклепочное соединение представляет неразъемную конструкцию. Что

понимают под неразъемным соединением?

14.2. Заклепочное соединение получают следующим способом.

В отверстия соединяемых деталей вставляют заклепки (см. рис. 14.2). Под закладную головку 1

устанавливают инструмент-поддержку. Специальной клепальной машиной или вручную (ударами

молотка, кувалды) выступающий конец, заклепки (l

≈ l,5d

) осаживают обжимкой в замыкаю-

щую головку 2. Для стальных заклепок с d

≤ 12 мм производят клепку вхолодную; с d

≥ 12 мм с

нагревом заклепки до температуры 1000—1100 °С.

Диаметры отверстий под заклепки d

выбирают по стандарту в зависимости от диаметра заклепки.

Для холодной клепки можно рекомендовать

OTB

= d

+ 0,05d

для горячей клепки

OTB

= d

+ 0,ld

, (14.1)

где d

— диаметр устанавливаемой заклепки.

Определить длину заклепки l и диаметр отверстия d

отв

, в соединяемых листах (см. рис. 14.3),

если d

= 20 мм, общая толщина двух листов ∑δ = 46 мм.

14.3. Достоинства и недостатки заклепочных соединений по сравнению с другими видами

неразъемных соединений.

Достоинства:

• высокая надежность соединения;

• удобство контроля качества клепки;

• повышенная сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам;

• возможность соединения деталей из трудносвариваемых металлов.

Недостатки:

• сравнительно высокая стоимость и трудоемкость получения заклепочного соединения;

• повышенный расход материала для этого соединения (из-за ослабления соединяемых деталей

отверстиями под заклепки требуется увеличение их толщины, применение накладок и т. п.);

• невозможность соединения деталей сложной конфигурации.

Перечислите достоинства и недостатки заклепочных соединений. Кратко обоснуйте

перечисленные недостатки.

14.4. Область применения. В настоящее время в связи с бурным развитием сварки заклепочные

соединения имеют ограниченное применение (в конструкциях, для которых методы сварки и

склеивания еще недостаточно разработаны или мало эффективны, а также в соединениях, работающих

при больших вибрационных или ударных нагрузках). Большой объем кле-пально-сборочных работ

производится при изготовлении летательных аппаратов. Некоторые самолеты имеют более миллиона

заклепок. Заклепочные соединения находят применение в подъемно-транспортных машинах, в

строительстве железнодорожных мостов, котлостроении и т. п.

Охарактеризуйте область применения заклепочных соединений.

§ 2. Классификация заклепочных швов, конструкции заклепок и их материалы

14.5. Классификация. Заклепочные швы классифицируют:

• по назначению — прочные швы (мостовые и крановые фермы, самолеты и т. д.), обеспечивающие

прочность соединения, и плотные

швы (газопроводы, резервуары и т. п.), обеспечивающие прочность и герметичность;

• по взаимному расположению склепываемых деталей — швы встык с одной или двумя накладками

(см. рис. 14.1) и швы внахлестку (см. рис. 14.2);

• по числу рядов (для швов встык число рядов учитывается по одну сторону стыка) — однорядные

(см. рис. 14.3) и многорядные (рис. 14.4);

• по расположению заклепок в рядах — параллельные (рис. 14.5) и шахматные (рис. 14.6) швы;

• по условиям работы (по числу плоскостей среза) — односрезные швы — с одной плоскостью

среза в каждой заклепке (см. рис. 14.3, 14.5) и многосрезные — с несколькими плоскостями среза

каждой заклепки (двухсрезные — см. рис. 14.1; 14.6).

Рис. 14.4. Многорядное заклепочное соединение

Рис. 14.5. Многорядное закленое соединение соединение

с параллель ным расположением заклепок

Рис. 14.6. Многорядное заклепочное соединение

с шахматнымным расположением заклепок

14.6. Основные типы заклепок.

Выбор формы закладной головки зависит от назначения заклепочного шва. В швах, требующих

большой прочности и плотности, применяют заклепки с полукруглой головкой (рис. 14.7, а). Заклепки с

потайной или полупотайной головкой (рис. 14.7, б, в) используют в том случае, когда выступающие

закладные головки заклепок мешают перемещению каких-либо деталей или в случае больших

гидродинамических и аэродинамических сопротивлений (в судостроении и самолетостроении).

Заклепки с бочкообразной головкой (рис. 14.7, г) применяют там, где они омываются горячими газами, в

топках парового котла и т. п.; в процессе эксплуатации головки обгорают и приобретают полукруглую

форму, сохраняя необходимую прочность.

Заклепки с широкой головкой (рис. 14.7, д) применяют для соединения тонколистовых (до 1,5 мм)

материалов, трубчатые заклепки (рис. 14.7, е) — в слабонагруженных металлических соединениях, а

также в соединениях неметаллических материалов (фибра и др.).

Рис. 14.7. Основные типы заклепок

В случае невозможности образования замыкающей головки обычными способами (в

труднодоступных — «узких» местах) применяют взрывные заклепки (рис. 14.7, ж).

Заклепки изготовляют на высадочных автоматах холодным или горячим способом.

14.7. Материалы. В качестве склепываемых материалов могут быть углеродистые и легированные

стали, цветные металлы и их сплавы, неметаллические материалы, применяемые в общем

машиностроении. Заклепки изготовляют из низкоуглеродистых сталей Ст2, СтЗ, Ст2кп, СтЗкп, 10, 15,

Юкп, 15кп, легированной стали 12Х18Н9Т, меди МЗ, латуни JT63, алюминиевых сплавов АД1, Д18,

АМг5 и др.

Какие требования следует предъявлять к материалам заклепок?

14.8. Ответить на вопросы контрольной карточки 14.1.

14.9. Контрольная карточка 14.1

Вопрос Ответы Код

Где применяются

заклепочные

соединения?

В корпусах судов

В фермах железнодорожных мостов

В авиастроении

В автомобилестроении

Покажите на рис. 14.8

заклад-

ную головку заклепки

Поз. /

Поз. 2

Определить нельзя

Как называется

заклепочный

шов, показанный на рис.

14.8?

Односрезный, двухрядный, встык с одной

наклад-

кой, шахматный

Двусрезный, двухрядный, встык с одной

накладкой,

шахматный

Односрезный, двухрядный, внахлестку,

шахматный

Односрезный, четырехрядный, встык с одной на-

кладкой, шахматный

Односрезный, двухрядный, встык с одной

наклад-

кой, параллельный

Покажите на рис. 14.9

заклепку

с полупотайной головкой

Выберите материал

заклепок

для ответственных

металлокон-

струкций мостов

СтЗ

Ст5

40ХН

Д18

Рис. 14.8

Рис 14.9

§ 3. Расчет прочных заклепочных швов

14.9. Методику определения основных соотношений размеров прочных швов рассмотрим на

примере однорядного шва внахлестку, нагруженного поперечной силой F

(рис. 14.10).

Рис. 14.10. К расчету соединений заклепками

Введем обозначения: d

— диаметр заклепки; δ

и δ

— толщина склепываемых деталей (листов); t —

расстояние между заклепками в ряду (или шаг заклепок); е — расстояние от центра заклепки до края

детали (листа); z — число заклепок в ряду.

При расчете на прочность силы трения на стыке деталей не учитывают (принимают, что нагрузка

передается только заклепками); считают, что нагрузка между заклепками распределяется равномерно,

а диаметр заклепки равен диаметру отверстия (d

= d

0TB

Параметр d

определяется из расчета на прочность.

Причинами разрушения заклепочного соединения могут быть следующие: срез заклепок в плоскости

соединения деталей (см. рис. 14.10, б); смятие заклепок и листов (см. рис. 14.10, в); разрыв листов в

сечении, ослабленном отверстиями (см. рис. 14.10, г); срез кромки листа (в сечении ab и cd) у отверстия

под заклепку (см. рис. 14.10, д).

Расчет заклепочного шва заключается в определении d

, t и е. Расчет ведется по эмпирическим

соотношениям, полученным из условия равно-прочности заклепок и соединяемых листов, с

последующей проверкой листов на прочность и уточнением коэффициента прочности шва.

Какую деформацию испытывают заклепки и соединяемые листы прочного однорядного шва

внахлестку (рис. 14.10, a)?

14.10. Расчет параметров заклепки.

Диаметр заклепки определяют из условия прочности на срез (τ

ср

≤[τ]

ср

) по формуле

проектировочного расчета

(14.2)

где F

— поперечная сила, действующая на заклепки, Н; i — число плоскостей среза одной заклепки;

для заклепки, показанной на рис. 14.10 i= 1; Z — число заклепок (задается конструкцией шва); [т]

срз

—

допускаемое напряжение на срез для заклепок, МПа (табл. 14.1).

Таблица 14.1. Допускаемые напряжения для прочных стальных заклепочных швов при статической нагрузке

Элемент шва

Вид

деформации,

напряжение

Способ

изготовления

отверстия

Допускаемые напряжения, МПа

Ст2 СтЗ

Склепываем

ые детали

Заклепки

Растяжение

[σ]

Срез [τ]

ср

Срез [τ]

ср

Смятие [σ]

Продавливан

ие Сверление

Продавливание

Сверление

140

100

140

240

280

160

100

140

280

320

Полученный по формуле (14.2) размер й

округляют до ближайшего большего стандартного

значения (табл. 14.2). Затем заклепочное соединение проверяют на смятие по формуле

(14.3)

(14.4)

где σ

см

и [σ]

см

— расчетное и допускаемое напряжения на смятие для заклепочного соединения, МПа

(см. табл. 14.1): 8 — толщина самой тонкой склепываемой детали, мм.

Таблица 14.2. Размеры (мм) заклепок с полукруглой головкой (см. рис. 14.7, а)

D Н R г, не

более

6 11 3,6 6 0,4 10-42

7 12,8 4,2 7 0,4 14-50

8 14 4,8 7,5 0,4 16-60

10 16 6 9 0,5 16-85

13 21 8 11 0,5 22-100

16 25 9,5 13 1 26-110

19 30 И 16 1 32-150

22 35 13 18 1 38-180

25 40 15 21 1 52-180

28 45 17 23,5 1,5 55-180

В формуле (14.3) [σ]

см

принимают для менее прочного из контактирующих материалов (заклепок

или соединяемых листов).

14.11. Вывод формулы диаметра заклепки.

Условие прочности на срез одной заклепки для рассматриваемой расчетной схемы (см. рис.

14.10):

Здесь А — площадь опасного сечения заклепки, мм

. Отсюда

получим (см. 14.2)

14.12. Расчет параметров заклепочного шва и проверка прочности соединяемых деталей

(листов).

1. Геометрические параметры заклепочного шва (см. рис. 14.10) определяют по

эмпирическим формулам.

Шаг заклепочного шва в зависимости от числа рядов

(14.5)

для однорядного шва внахлестку t= 3d

(для двухрядного (t= 4d

)); для однорядного шва с двумя

накладками t= 3,5d

(для двухрядного (t= 6d

Расстояние от центра заклепки до края детали (листа):

для отверстий, полученных сверлением,

e1,65d

;

для продавленных отверстий

е = 2d

. (14.6)

Толщина накладок (см. рис. 14.6)

(14.7)

Толщина склепываемых деталей (листов) (см. рис. 14.6)

(14.8)

Расстояние между рядами заклепок (см. рис. 14.5)

(14.9)

2. Прочность соединяемых деталей (листов) проверяют: на растяжение в сечении /—/(см.

рис. 14.10, г) по формуле

(14.10)

где σ

и [σ]

— расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для соединяемых

деталей (листов) (см. табл. 14.1).

Коэффициент прочности шва равен отношению прочности на растяжение заклепочного шва к

прочности на растяжение целого листа:

Ф всегда меньше единицы. Для однорядного шва внахлестку φ = 0,65; для двухрядного с двумя

накладками φ = 0,84.

§ 4. Проектировочный расчет прочных заклепочных швов при заданной нагрузке и

заданном типе шва

14.12. С учетом материала, изложенного в § 3, при известных параметрах F

и φ (φ характеризует

тип шва) расчет прочных заклепочных швов выполняют в следующей последовательности.

1. По заданному типу шва выбирают коэффициент прочности шва ([φ] = 0,67 ^ 0,84, см. шаг 14.11).

2. Определяют необходимую площадь сечения A скрепляемых деталей (листов) из условия

прочности на растяжение с учетом ее ослабления отверстиями под заклепки по формуле

(14.11)

где F

— нагрузка, действующая на заклепочное соединение; [φ] — принимаемый коэффициент

прочности шва; [σ]

— допускаемое напряжение на растяжение материала деталей (см. табл. 14.1).

3. По формулам (14.5)—(14.9) определяют диаметр заклепки (d

≈ 25) и параметры шва t, e, а.

4. Число заклепок в шве определяют из условий прочности на срез

и на смятие

Принимают большее из двух полученных значений z-Для исключения возможности поворота

соединяемых деталей число заклепок принимают z ≥ 2.

5. Разрабатывают конструкцию заклепочного шва (при этом уточняют параметры шва t, e, a, s).

6. Спроектированный заклепочный шов проверяют по формуле (14.10) на разрыв деталей (листов).

7. По формуле (14.13) определяют действительное значение-ср и сравнивают его с предварительно

принятым [φ]. Если φ < [φ], параметры шва уточняют.

14.13. Ответить на вопросы контрольной карточки 14.2.

Контрольная карточка 14.2

Вопрос Ответы Ко

На какой вид деформации рассчитывают

заклепку?

На срез, растяжение и сжатие

На срез и смятие

На срез и растяжение

По какой формуле определяют шаг

однорядного шва внахлестку, если известно

значение диаметра заклепки (4,)?

1,65d

2,0d

0,5d

По каким формулам рассчитывают проч-

ность склепываемых листов в заклепочном

шве?

От каких параметров зависит

коэффициент прочности шва ср?

Толщины листов δ

Диаметра заклепки d

Шага t

Расстояния между заклепками а

Действующей нагрузки F

По какой формуле следует рассчитывать

чис-

ло заклепок в шве?

Ответы на вопросы

14.1. Неразъемными называют соединения, разобрать которые можно только при разрушении или

самих соединенных деталей, или деталей, с помощью которых они были соединены.

14.2. Длина заклепки l= ∑δ +l, = ∑δ + l,5d

= 46 + 1,5 · 20 = 76; диаметр отверстия d

= d, + 0,1d

20 + 0,1 • 20 = 22 мм.

14.3. Достоинства заклепочных соединений — см. шаг 14.3. Основные недостатки: необходимость

разметки и сверления отверстий под заклепки, нагрев заклепок делает процесс клепки трудоемким, а с

учетом применения дорогостоящего оборудования (станки, прессы, клепальные машины) —

дорогостоящим. Ослабление деталей отверстиями под заклепки требует увеличения площади сечения

основного материала; применение накладок для получения соединений, большая масса заклепок

приводят к повышенному расходу материала для заклепочного соединения.

14.4. В настоящее время область применения заклепочных соединений по мере совершенствования

методов сварки и склеивания все более сокращается. Их применяют в конструкциях, воспринимающих

большие вибрационные и ударные нагрузки, при изготовлении конструкций из трудно-свариваемых

материалов (например, дюралюминий), а также в конструкциях с повышенными требованиями к

надежности соединения.

14.7. Материалы заклепок должны иметь высокую пластичность, однородность с основным

материалом (для предотвращения появления электрокоррозии) и одинаковый с ним температурный

коэффициент линейного расширения (во избежание дополнительных температурных напряжений).

14.9. Для прочного однорядного шва внахлестку (см. рис. 14.10, а) заклепки испытывают

деформации среза и смятия; листы — растяжения, среза и смятия.

Глава 15

СВАРНЫЕ И КЛЕЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ