2. Расчетная часть

2.1. Расчет клепаных соединений

Задание № 1. Рассчитать клепаное соединение (рис. ), нагруженное переменной растягивающей силой Fmax = 58 кН.

Материал тяги и проушины - сталь марки Ст3. отверстия под заклепки сверленые. Толщина тяги δ = 6 мм. Клепка производится горячим способом.

Рисунок - Соединение тяги с проушиной

Решение. А. Проектировочный расчет.

1. Тип соединения. Принимаем для крепления тяги с проушиной клепаное соединение внахлестку. Назначаем φ min = 0,67 (по табл. 1).

2. Размеры поперечного сечения тяги. По табл. 2 для стали марки Ст3 при растяжении переменной нагрузкой (примечание 1):

[σ ]р = 160*0,85 = 136 Н/мм².

Из условия прочности на растяжение необходимая площадь А опасного сечения тяги с учетом ослабления ее отверстия под заклепки (φ min = 0,67):

А ≥ F/ φ min[σ]р = 58*10³/0,67*136 = 590 мм².

Ширина тяги:

b = А/ δ = 590/6 = 98,3 мм.

3. Размеры элементов клепаного соединения:

а) по формуле диаметр отверстий под заклепки

d0 ≈ 2δ ≈ 2*6 ≈ 12 мм.

Принимаем заклепки с полукруглой головкой, изготовленные из стали марки Ст3.

По табл. 3 принимаем: диаметр заклепок d = 12 мм, диаметр отверстий d0 =13 мм;

б) по формуле шаг заклепок

р = (3…5) d0 = (3…5) * 13 = 39…65 мм.

Чтобы разместить по ширине тяги целое число шагов (рис. ), принимаем р = 55 мм;

в) по формуле расстояние от края тяги до оси заклепки

е = 1,65d0 = 1,65 * 13 = 21,4 мм,

принимаем е = 22 мм.

4. Число заклепок z определяем из условий их прочности при смятии и срезе. По табл. 2 для заклепок из стали марки Ст3 допускаемые напряжения:

[τ] ́́́́ср = 140 * 0,85 = 119 Н/мм²; [σ] ́́́́́см = 320 * 0,85 = 272 Н/мм².

zсм ≥ F/ δ d0[σ] ́́́́́см = 58 * 10³/6 * 13 * 272 = 2,73,

zср ≥ 4F/iπd²0[τ] ́́́́ср = 4 * 58 * 10³/1 * π * 13² * 119 = 3,67,

принимаем z = 4.

5. Разработка конструкции клепаного соединения.

Чтобы уменьшить влияние изгиба на прочность соединения, располагаем заклепки в 2 ряда по две заклепки в каждом, т. е. принимаем двухрядное клепаное соединение внахлестку (рис. 10)

По формуле расстояние между рядами заклепок:

а ≥ 0,6р = 0,6 * 55 = 33 мм,

Принимаем а = 35 мм.

Окончательно принимаем ширину тяги:

b = 2p = 2 * 55 = 110 мм.

Размеры поперечного сечения δ и b проушины принимаем равными соответствующими размерам тяги.

Б. Проверочный расчет клепаного соединения.

6. На растяжение тяги и проушины. Для тяги опасным является сечение I – I, ослабленное двумя отверстиями (n = 2); в этом сечении действует продольная сила NI = F. В сечении II – II тяга также ослаблена двумя отверстиями, но в этом сечении NII = 0,5F. По формуле расчетное напряжение растяжения в сечении I – I:

σ р = NI/ δ(р - d0)n = 58 * 10³/6 *(55-13) * 2 = 115 Н/мм²,

что удовлетворяет условию σ р < [σ] р = 136 Н/мм².

7. На срез заклепками краев тяги или проушины. По табл. 2 (примечание) для стали марки Ст3 допускаемое напряжение

[τ]ср = 0,85 * 100 = 85 Н/мм².

Сила, приходящаяся на одну заклепку,

F0 = F/ z = 58 * 10³/4 = 14,5 * 10³ Н.

По формуле расчетное напряжение среза:

τ ср = F0/2 δ(е- d0/2) = 14,5 * 10³/2 *6(22 – 13/2) = 77,9 Н/мм²,

что удовлетворяет условию τ ср < [τ]ср = 85 Н/мм².

8. Фактический коэффициент φ прочности клепаного соединения по формуле:

φ = р - d0/р = 55 – 13/55 = 0,76 > φ min = 0,75, (табл. 1),

что допустимо.

В данной конструкции отверстия для заклепок уменьшают прочность тяги и проушины на 24 % каждую, что является существенным недостатком клепаного соединения.