47. Расчет на прочность стержня болта. Болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей. Проектный и проверочный расчеты.

Примером служат болты для крепления крышек резервуаров, нагруженных давлением р жидкости или газа (рис. 1.23). Затяжка болтов должна обеспечить герметичность соединения или нераскрытие стыка под нагрузкой. Задача о распределении нагрузки между элементами такого соединения статически неопределима и решается с учетом деформаций этих элементов. Обозначим: F3AT — сила затяжки болта; F=Fz/Z — внешняя нагрузка соединения, приходящаяся на один болт (Z — число болтов).

После приложения внешней нагрузки к затянутому соединению болт дополнительно растянется на некоторую величину А, а деформация сжатия деталей уменьшится на ту же величину.

Д ля простоты можно сказать, что только часть внешней нагрузки дополнительно нагружает болт, а другая часть идет на разгрузку стыка[4].

Если обозначим х коэффициент внешней нагрузки (учитывает приращение нагрузки болта в долях от силы F), то дополнительная нагрузка болта равна а уменьшение затяжки стыка — (1 — Y)F. Величину коэффициента х определяют по условию равенства деформаций болта и деталей, возникающих после приложения внешней нагрузки.

Д = ^ = (1-*)Д*да (1.23)

Г де Яб — податливость болта, равная его удлинению при единичной нагрузке; Яд — суммарная податливость соединяемых деталей при том же условии

Из равенства (1.23) имеем

^Яд/Ое + Яд). (1.24)

Далее получим приращение нагрузки на болт

F* = XF, (1.25)

Расчетную нагрузку болта с учетом (1.19)

F9=lЈF„ + XF (1.26)

И остаточную затяжку стыка от одного болта (1.27)

48. Заклепочные соединения. Расчет заклепочных соединений.

Заклепочное соединение относят к неразъемным. Детали крепятся посредством заклепки – стержня круглого поперечного сечения с головками на концах. Этот стержень устанавливается в совмещенные отверстия соединяемых деталей и осаживается с одной стороны. Одна из головок, называемая закладной, выполняется на заготовке заранее (на рисунке 1 она снизу), а другая, называемая замыкающей, образуется в процессе клепки (на рисунке 1 – сверху).

Обычно заклепками соединяют листовые конструкции. Клепку можно производить вручную или с помощью пневматических молотков, прессов.

Отверстия в деталях под заклепку получают сверлением или продавливанием.

Заклепочное соединение

Заклепки позволяют создать прочное компактное соединение двух и более деталей, выполненных из любых материалов. К недостаткам заклепочного соединения можно отнести большой расход металла на заклепки, высокую стоимость, высокую трудоемкость сборки: все отверстия в соединяемых деталях должны выполняться в сборе, необходимо клепальное оборудование.

Применяются они в особо ответственных конструкциях:

1) соединения, в которых нагрев при сварке недопустим из-за опасности коробления деталей или отпуска термообработанных деталей

2) соединения несвариваемых материалов

3) соединения в самолетах

4) соединения в автомобилестроении для рам грузовых машин

Виды заклепок Различают следующие виды заклепок: заклепки со сплошным стержнем, заклепки полупустотелые, заклепки пустотелые.

Все эти заклепки могут быть с полукруглой головкой (наиболее технологичные), с плоской головкой или с потайной головкой (на рисунке):

Заклепки со сплошным стержнем, полупустотелые, пустотелые

заклепки со сплошным стержнем c полукруглой головкой (ГОСТ 10299-80, ГОСТ 14797-85)

заклепки со сплошным стержнем с плоской головкой (ГОСТ 10303-80, ГОСТ 14801-85)

заклепки со сплошным стержнем с потайной головкой (ГОСТ 10300-80, ГОСТ 14798-85)

заклепки полупустотелые c полукруглой головкой (ГОСТ 12641-80)

и т.д.

По назначению заклепочные соединения подразделяют на:

прочные (силовые)

прочноплотные (силовые плотные)

плотные (присутствуют не во всех классификациях)

Прочные заклепочные соединения применяются в металлических конструкциях машин и строительных сооружениях. Прочноплотные обеспечивают герметичность соединения при восприятии значительных усилий и применяются в некоторых паровых котлах, резервуарах и трубопроводах для газов и жидкостей с большим внутренним давлением.

Материал заклепок

Заклепки изготавливают из стали (Ст2, Ст3, 09Г2, Сталь 10), латуни (Л63), меди (М3, МТ), алюминиевых сплавов (АМг5П, Д18, АД1) и других материалов. Материал заклепок должен быть достаточно пластичным для обеспечения возможности формирования головок и однородным с материалом соединяемых деталей во избежание электрохимической коррозии.

Расчеты заклепочных соединений

Расчет заклепок могут проводить:

- на срез

- на смятие

- на растяжение (отрыв головок)

Условия прочности на срез, смятие, растяжение:

, где F – сила, действующая на заклепку, [ср] - допускаемое напряжение заклепок на срез, k – число плоскостей среза в соединении, d – диаметр стержня заклепки, [см] - допускаемое напряжение заклепок на смятие, n – количество заклепок (в односрезных заклепках n = k), s – наименьшая толщина соединяемых частей, [р] - допускаемое напряжение на отрыв головок.

Условное обозначение

Пример условного обозначения заклепки со сплошным стержнем с полукруглой головкой - диаметр стержня d = 8 мм, длина стержня L = 20 мм, материал группы 01 (сталь 10), без покрытия:

49. Шпоночные соединения. Проверочные расчёты шпоночных соединений с призматической шпонкой. Шпоночные соединения широко используются в современном машиностроении, они служат для передачи вращающего момента от вала к ступице зубчатого колеса, шкива, звёздочки и т.д. и в обратном направлении. Достоинства:

• Простота

• Сравнительная лёгкая сборка и разборка

Недостатки:

• Ослабление вала и ступицы

• Необходимость подгонки элементов

Основной критерий работоспособности шпоночного соединения — прочность на смятие.

Шпоночные соединения могут быть подвижными или неподвижными в осевом направлении. В подвижных соединениях часто используют направляющие шпонки с креплением к валу винтами. Вдоль вала с направляющей шпонкой обычно перемещается зубчатое колесо (блок зубчатых колес), полумуфта или другая деталь.

П о форме шпонки разделяются на призматические, сегментные, клиновые и тангенциальные. В стандартах предусмотрены разные исполнения шпонок некоторых видов, например, призматические шпонки с двумя закругленными торцами, с одним закругленным торцом и с незакругленными торцами, сегментные шпонки со срезанным краем сегмента. [Тmax] - наибольший допускаемый вращающий момент, Н·м;  l - рабочая длина шпонки, мм;  d - диаметр вала, мм; d1 - диаметр круглой шпонки, мм;  b и h - ширина и толщина шпонки, мм;  К - выступ шпонки от шпоночного паза;  [σсм] - допускаемое напряжение смятия, МПа;  [τср] - допускаемое напряжение среза, МПа.

50. Шлицевые соединения. Определения величины напряжения. Шлицевые соединения похожи на шпоночные соединения, где зубья шлица изготавливаются одновременно с валом. Зубья обычно фрезеруют или накатывают.

Технологически шлицевые соединения сложнее шпоночных, но обеспечивают хорошее центрирование втулки на валу и позволяют передавать значительные вращающие моменты, поскольку большое число шлиц обеспечивает меньшую концентрацию напряжений.

Выбор типа шлицевых соединений связан с конструктивными и технологическими особенностями соединений. Шлицевые валы обычно обрабатывают инструментом, имеющим форму впадины или ее части (фасонная фреза, шлифовальный круг), а шлицевые отверстия чаще всего получают с помощью обработки протяжками – специальным многолезвийным режущим инструментом, образующим полный профиль отверстия за один проход инструмента.

Шлицы с эвольвентным профилем зуба имеют повышенную прочность благодаря утолщению зуба к основанию, но сложность получения эвольвентных зубьев вала и впадин втулки выше.

Проверочный расчёт боковых поверхностей по напряжениям смятия и на износостойкость.

,

где  - расчетный вращающий момент (наибольший из длительно действующих моментов при переменном режиме нагружения), Н·м;  – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между выступами (зависит от точности изготовления),  ;  - средний диаметр соединения, мм;  - число зубьев;  - рабочая высота выступа, мм;  - длина соединения, мм;  - допускаемые напряжения смятия, МПа.

Для прямобочного профиля:

;  ,