Вопрос 10

Соединения деталей машин

Взаимодействие деталей между собой называют связями. Эти связи делятся на подвижные (шарниры, зубчатые зацепления, подшипники, ременные и цепные передачи) и неподвижные (заклепочные, сварные и другие). Неподвижные связи в технике называют соединениями. Соединения состоят из соединительных деталей и прилегающих частей соединяемых деталей, форма которых подчинена задаче соединения. В отдельных конструкциях специальные соединительные детали могут отсутствовать. 

Соединения по признаку возможности разборки делят на разъемные и неразъемные.

Разъемными называют соединения, которые разъединяются без повреждения деталей. К ним относятся резьбовые, шпоночные, зубчатые и профильные соединения. Основным расчетом соединений является расчет на прочность. Расчет на прочность является основным критерием для расчета всех соединении. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы прочность соединяемых и соединительных деталей была одинаковой.

Неразъемными называют соединения, разъединение которых невозможно без разрушения соединяемых деталей или соединяющего материала. К ним относят заклепочные, сварные клеевые, паяные соединения, а также соединения с натягом.

Выбор типа соединения определяет инженер.

Расчет заклепочных соединений

Неразъемные соединения деталей машин и строительных конструкций имеют две основные разновидности: заклепочные и сварные. Неразъемными эти соединения называют потому, что для их разборки необходимо разрушить соединительные элементы — заклепки, сварные швы. Сварные соединения имеют целый ряд существенных достоинств по сравнению с заклепочными и почти полностью заменили их во многих отраслях промышленности. Вопросы расчета и конструирования заклепочных и сварных соединений подробно изучаются в курсах деталей машин и стальных конструкций. Здесь ограничимся рассмотрением основных вопросов расчета заклепочных соединений для случаев, когда соединяемые элементы работают на растяжение или сжатие.

На рис.6.11,а представлено соединение двух полос внахлестку, а на рис.6.11,б — встык с одной накладкой. В том и другом случае при разрушении заклепок срез каждой из них происходит по одному поперечному сечению (отмечено волнистой линией), поэтому эти соединения называют односрезными.

а
б

Рис.6.11. Односрезные соединения

На рис.6.12,а показано соединение встык с двумя накладками, а на рис.6.12,б — прикрепление к фасонному листу узла фермы стержня, состоящего из двух равнобоких прокатных уголков. В том и другом случае срез каждой заклепки при разрушении происходит по двум поперечным сечениям, и соединение называютдвухсрезным.

а
б

Рис.6.12. Двухсрезные соединения

Расчет заклепочных соединений ведется на срез и смятие на основе допущений, указанных в предыдущем параграфе. Между склепываемыми элементами развиваются значительные силы трения, и работа заклепок на срез начинается лишь после того, как внешние силы станут больше сил трения и начнется сдвиг склепанных полос. При расчетах это обстоятельство не учитывают.

Склепываемые элементы (полосы, уголки и т. п.) рассчиты­вают на растяжение (сжатие) с учетом ослабления их поперечных сечений отверстиями для заклепок.

Расстояние е от центра первой заклепки до края полосы (рис.6.11,а) принимают обычно равным удвоенному диаметру заклепки. При таком расстоянии прочность края полосы на срез (выкалывание) обеспечена и специальный расчет не нужен.

Отверстия в склепываемых элементах имеют диаметр, на 0,5-1 мм больше, чем диаметр непоставленной заклепки. В расчетные формулы входит диаметр d отверстия, так как в выполненном соединении заклепка практически полностью заполняет отверстие.

Зависимости для проверочных расчетов имеют следующий вид:

а) на срез

(6.3)

где i — общее число заклепок, передающих заданную нагрузку  ; в конструкциях типа, представленного на рис.6.11,а и 6.12,б, — это общее число заклепок, а в соединениях встык (рис.6.11,б и 6.12,а) — это число заклепок по одну сторону стыка; к — число плоскостей среза одной заклепки: для конструк­ций по рис.6.11 —k = 1 и по рис.6.12 — k = 2;

б) на смятие

(6.4)

При односрезных соединениях (рис.6.11) вместо   надо подставлять в формулу значения меньшей из толщин склепываемых элементов, а при двухсрезных— меньшей из величин   или   (рис.6.12,а). Для соединения по рис.6.12,б под   надо понимать толщину полки уголка.

При проектировочном расчете заклепочного соединения диаметром заклепок задаются, принимая его примерно равным  . При различной толщине склепываемых элементов под   понимают меньшую из них. Затем определяют допускаемое усилие на одну заклепку:

а) из условия прочности на срез

(6.5)

б) из условия прочности на смятие

(6.6)

По меньшему из допускаемых усилий определяют требуемое число заклепок:

(6.7)

Для заклепочных соединений стальных конструкций промышленных и гражданских сооружений, а также подъемных кранов допускаемые напряжения на срез и смятие принимают по следующим данным (табл.6.1).

Таблица 6.1