Работа и расчет заклепочных и болтовых соединений на срез и смятие.

Заклепочные и болтовые соединения конструктивно представляют собой нахлесточные соединения, в которых усилия с одного рабочего элемента на другой передаются при помощи вспомогательных деталей - накладок. Заклепочные и болтовые соединения работают преимущественно на сдвиг, в которых при восприятии внешних усилий наблюдается несколько стадий работы (рис. 4.29).

В заклепочном соединении (рис. 4.29, кривая 2 ) первая стадия -упругая работа, происходящая за счет сил трения, возникающих в соединении при остывании заклепок. Усилие сжатия пакета листов остывающими заклепками определяет интенсивность сил трения между листами при приложении внешней нагрузки. Пока силы трения не преодолены, соединение работает упруго, т.е. деформации соединения пропорциональны напряжениям в основном металле соединенных элементов. Таким образом, силы трения улучшают работу заклепочного соединения и поэтому важно контролировать усилия обжатия пакета заклепками. Для этого необходимо выдерживать заклепки под давлением клепальной скобы или под ударами клепального молотка, выполненных из малоуглеродистых сталей до температуры 600...650 °С, а из низколегированной стали - до 450 °С.

Вторая стадия - упругопластическая работа после преодоления внешним усилием сил трения. После сдвига стержень заклепки упирается в стенки отверстий соединяемых деталей и вовлекается непосредственно в работу. На этой стадии усилие воспринимается не только за счет сил трения между соединяемыми элементами, но и стержнями заклёпок,

которые под влиянием сдвига начинают изгибаться, срезаться и растягиваться.

Изгиб стержня связан с его удлинением, что вызывает более сильное нажатие головок заклепки на соединение и некоторое увеличение сил трения между соприкасающимися поверхностями, что расширяет область упругой работы.

Третья стадия - пластическая работа, связанная с работой стержня заклепки, когда последний значительно деформируется. В этот период начальное натяжение заклепок ослабевает, что ведет к уменьшению сил трения.

В соединениях на болтах нормальной точности (класс точности В) силы стягивания соединяемых элементов невелики и не определенны. Они зависят от неконтролируемой силы закручивания гайки и не могут быть сильно увеличены из-за недостаточной прочности материала болта на скручивание и растяжение. Поэтому основу работы таких соединений составляет непосредственная передача усилия сдвига со стержня болта на стенки отверстия, а упругая стадия работы практически отсутствует (рис. 4.29, кривая I).

Соединения на болтах класса точности А из-за отсутствия зазора между стержнем болта и отверстием малодеформативны, и передача сдвигающих усилий происходит в основном за счет работы болтов на срез. Упругая стадия работы в таких соединениях также незначительна (рис. 4.29, кривая 3).

Предельным состоянием заклепочного и болтового соединений считается разрушение заклепок и болтов (срез) или разрушение соединяемых деталей(выкол).

При передаче усилия с заклепки или болта на поверхность отверстия в деталях перед отверстием развиваются значительные напряжения смятия σ_х (рис. 4.30), зависящие от разности диаметров отверстия и стержня. Коэффициент концентрации напряжений при этом достигает значения 5...6 в заклепочных соединениях и 7...8 в болтовых. Напряжения σ _х по мере удаления от края отверстия убывают до нуля на краю соединяемых элементов. В зоне перед от­верстием возникают также напряжения σ_у, которые по мере удаления от кромки отверстия меняют знак с «-» (сжатие) на «+» (растяжение). Значение этих растягивающих напряжений зависит от расстояния между отверстиями или между отверстием и краем элемента. При небольших расстояниях значение растягивающих напряжений получается весьма велико, происходят пластические сдвиги и при относительно тонких листах (t < 0,6 d) и заклепках или болтах больших диаметров происходит выкол материала детали по направлению линий скольжения. Работу стержня заклепки или болта, соответствующую такому разрушению листа, условно называют рабттой соединения на смятие.

Расчет прочности заклепочных и болтовых соединений производится в предположении равномерного распределения усилий между заклепками или болтами по следующим формулам:

на срез болтов (заклепок):

N/(n*n_s*γ_b*A*R_s)≤1 (4.20)

на смятие болтов (заклепок)

N/[п *d *γ_b *(Σ t)_mln *R_p]≤1; (4.21)

на растяжение болтов (заклепок)

N/(n*A_n R_t)≤1 (4.22)

Где:

N - расчетное значение продольной силы, действующей на соединение;

п - число болтов или заклепок в соединении;

n_s - число расчетных срезов одного болта или заклепки;

γ_b - коэффициент условий работы болтового соединения (табл. 4.10); А = d² / 4 - расчетная площадь сечения стержня болта (табл. 4.8) или заклепки;

R_s, R_p, R_t - расчетные сопротивления на срез, смятие и растяжение болтов (приложение 3 - R_bs, R_bt\ приложение 1 - R_bp) или заклепок (табл. 4.9);

d - наружный диаметр стержня болта или заклепки;

(Σ t)_mln - наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении;

А_п - площадь сечения болта нетто (табл. 4.8); для заклепок - площадь стержня заклепки.

Таблица 4.8. Площади сечения болтов

d, мм		18*		22*		2Т
А, см^2 Ап, см^2	2,01 1,57	2,54 1,92	3,14 2,45	3,80 3,03	4,52 3,52	5,72 4,58	7,06 5,60	10,17 8,16	13,85 11,20	18,09 14,72

*Болты указанных диаметров применять не рекомендуется.

Примечания: 1. К группе В относят соединения, в которых заклепки поставлены в отверстия: а) сверленные на проектный диаметр собранных элементов; б) сверленные на проектный диаметр в отдельных элементах и деталях по кондуктору; в) сверленные или продавленные на меньший диаметр в отдельных деталях с последующим рассверливанием до проектного диаметра в собранных элементах.

Дата добавления: 2015-09-01