Департамент образования и науки Кемеровской области

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Томь-Усинский горноэнерготранспортный колледж

(ГОУ СПО ТУ ГЭТК)

РАССМОТРЕН И ОДОБРЕН на заседании цикловой комиссии общепрофессиональных и специальных транспортных дисциплин Председатель цикловой комиссии _________ М.В. Григорьева (подпись) протокол № 07 от 31.08.2012

УТВЕРЖДЕНО на заседании методического совета колледжа Председатель методического совета _________ Т. Г. Малютина протокол № 7 04.09.2012 (дата)

Методические указания

по проведению внеаудиторной самостоятельной работы № 11

Вид работы: Выполнение индивидуальных заданий расчета соединения деталей

По дисциплине: ОП.04 Техническая механика

Продолжительность: 2 часа

Для специальности: 140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)

Автор: Скрипченко Н.Ф.

2012

Внеаудиторная самостоятельная работа № 11

Тема: 3.2 Соединение деталей

Задание : Выполнение индивидуальных заданий расчета соединения деталей

Входной контроль

1. Какие внутренние силовые факторы возникают при сдвиге и смятии?

2. Как обозначается деформация при сдвиге?

3. Запишите закон Гука при сдвиге.

4. Какой физический смысл у модуля упругости?

Теоретический материал

Сдвигом называется нагружение, при котором в поперечном сечении бруса возникает только один внутренний силовой фактор – поперечная сила.

Условие прочности при сдвиге (срезе)

[ τс ] = Q/Аср < [ τс ] ,

где [ τс ] - допускаемое напряжение сдвига, обычно его определяют по формуле

[ τс ] = (0,25÷0,35) σ

При разрушении деталь перерезается поперек. Разрушение детали под действием поперечной силы называют срезом.

Смятие

Довольно часто одновременно со сдвигом происходит смятие боковой поверхности в месте контакта в результате передачи нагрузки от одной поверхности к другой. При этом на поверхности возникают сжимающие напряжения , называемые напряжениями смятия , σсм.

Условие прочности при смятии.

σсм = F/ Асм ≤[σсм] ;

где Асм = dδ, где d – диаметр окружности сечения; δ – наименьшая высота;

Асм = расчетная площадь смятия;

Примеры деталей, работающих на сдвиг (срез) и смятие

1. Болт (рис.1)

Рис.1

Ас = πdh; Асм = π / 4 (D² - d²).

2. Заклепка односрезная (рис.2) , двухсрезная (рис.3)

Рис.2 Рис.3

2. Сварное соединение (рис.4)

Рис.4

Угловой шов разрушается под углом 45º к плоскости разъема в результате среза. К- катет углового шва, подбирается по толщине свариваемого листа. Двухсторонний шов : Ас = 2·0,7 К b.

Примеры решения задач

Пример1. Определить потребное количество заклепок для передачи внешней нагрузки 120 кН. Заклепки расположить в один ряд. Проверить прочность соединения листов. Известно: [σ] =160 МПа; [σсм]=300 МПа; [σс] = 100 МПа; диаметр заклепки 16мм. (рис.5).

Решение

1. Определить количество заклепок из расчета на сдвиг.

Условие прочности на сдвиг :

[ τс ] = Q/Ас < [ τс ] ; Q = F/ z;

где Ас = π r² ; F _ 120 · 10³

z – количество заклепок. Откуда z = Ас [ τс ] = 3,14 · 8²·100 = 5,97 ≈ 6.

Таким образом. Необходимо 6 заклепок.

2. определить количество заклепок из расчета на смятие.

Условие прочности на смятие:

σсм = F′ / Асм ≤[σсм] ;

F′ = F/ z ; z = F/ Асм [σсм] ,

Асм = d δmin ; F′- нагрузка на одну заклепку.

Откуда z = 120 · 10³ = 3,12 ≈ 4.

8 ·16· 300

Для обеспечения прочности на сдвиг (срез) и смятие необходимо 6 заклепок.

Рис.5

Для удобства установки заклепок расстояние между ними и от края листа регламентируется. Шаг в ряду(расстояние между центрами) заклепок 3d ; расстояние до края 1,5d. Следовательно, для расположения шести заклепок диаметром 16мм необходима ширина листа 288мм. Округляем до 300мм (b= 300мм) (рис.6)

Рис.6

73,53 МПа < 160 МПа. Следовательно прочность листа обеспечена.

Пример 2. Проверить прочность заклепочного соединения на срез и смятие. Нагрузка на соединение 60 кН. [ τ с] = 100 МПа; ; [σсм]=240 МПа;

Решение

1. Соединение двухсрезными заклепками последовательно воспроизводится тремя заклепками в левом ряду, а затем тремя заклепками в правом ряду (рис.7).

Площадь сдвига каждой заклепки Ас = π r² ;

Площадь смятия боковой поверхности Асм = d δmin .

Рис.7

2. Проверим прочность соединения на сдвиг(срез).

Q = F/ z – поперечная сила в поперечном сечении заклепки:

[ τс ] = Q/Аср = F / z Ас ;

[ τс ] = (60 · 10³) = 75,4 МПа < 160 МПа

3 ·2 ·3,14 · 6,5²

Прочность на сдвиг обеспечена.

3. Проверить прочность соединения на смятие:

σсм = F/ z Асм ;

σсм = (60 · 10³) = 192,3 МПа < 240 МПа.

3 ·13 ·8

Прочность заклепочного соединении я обеспечена.

Пример 3. Проверить прочность сварного соединения угловыми швами с накладкой. Действующая нагрузка 60 кН, допускаемое напряжения металла шва на сдвиг 80 МПа.

Решение

1. Нагрузка передается последовательно через два шва слева, а далее - два шва справа (рис.8). Разрушение угловых швов происходит по площадкам, расположенным под углом 45º к поверхности соединяемых листов.

2. Проверить прочность сварного соединения на срез.

Двухсторонний угловой шов можно рассчитать по формуле:

[ τс ] = Q/Ас < [ τс ] ,

где Q = F; Ас = 2·0,7 К b. Ас - расчетная площадь среза шва;

К – катет шва, равен толщине накладки; b- длина шва.

Рис.8

Следовательно

[ τс ] = 60 · 10³ = 59,5 МПа

2·0,7 ·6 · 120

59,5 МПа < 80 МПа. Расчетное напряжение меньше допускаемого, прочность обеспечена.