Расчет прочных заклепочных швов

Рассмотрим простейший шов — однорядный односрезный нахлесточный (рис. 6 где d₀ — диаметр поставленной заклепки; d —тол­щина листов; р — шаг заклепочного шва; е — расстояние заклепок по края листа: F — сила, действующая на участок шва шириной t; [t_c]— до­пускаемое напряжение на срез для зак­лепок; [σ_р] — допускаемое напряжение на растяжение для листов; [σ_см] — до­пускаемое напряжение на смятие между заклепками и листами и [ t ’_c] — допускае­мое напряжение на срез для листов).

Рисунок 6 – К расчету заклепочного шва

Для данного заклепочного шва мож­но написать следующие условия проч­ности: на срез для заклепки:

; (a)

а на смятие между заклепкой и листом:

; (б)

на растяжение листа по сечению 1—1:

; (в)

на срез листа одновременно по двум сечениям 3—3 в предположении, что срез происходит по длине e-d₀/2:

. (г)

Из уравнений (а) и (б) при [σ_см]=1,6[ t _c] следует, что , соответственно принимают:

. (1)

Из уравнений (а) и (в) при [σ_р]= [ t _c] и следует, что , на практике обычно принимают:

. (2)

Из уравнений (а) и (г) при [ t ’_c]= 0,8[ t _c] и получим , на практике обычно принимают:

. (3)

Таким же образом получают соотношения для определения d₀, p и e для других типов прочных заклепочных швов.

После определения по вышеуказанным соотношениям размеров заклепочного шва заклепки определяют на срез:

(4)

и на смятие:

(5)

где и - соответственно расчетное и допускаемое напряжения на срез для заклепок; и - соответственно расчетное и допускаемое напряжения на смятие между заклепками и соединяемыми листами; F - сила, действующая на одну заклепку; k - число плоскостей среза заклепок; d₀ - диаметр поставленной заклепки; - наименьшая толщина соединяемых элементов.

Необходимое число заклепок Z в шве при симметрично действующей нагрузке F₀ определяют расчетом заклепок на срез по формуле:

Z = F₀ / (k∙(π∙ /4) ∙ [t_c])(6)

Полученное по формуле (6)число заклепок Z проверяют расче­том заклепок и соединяемых частей на смятие по формуле:

(7)

При действии на заклепочный шов эксцентрично приложенной нагрузки F (рис. 7) расчет на прочность по указанным выше формулам производят лишь для наи­более нагруженной заклепки. На рис. 7 наиболее нагруженные за­клепки — верхняя и нижняя. Силу F_max, действующую на наиболее наг­руженную заклепку, определяют следующим образом.

На заклепки данного шва дей­ствуют сила F и момент M=Fl. Мо­мент М вызывает в заклепках гори­зонтальные силы F₁, F₂ и F₃. При­нимаем, что нагрузка на заклепки распределяется пропорционально расстоянию от нейтрального слоя, следовательно,

M=Fl=2(F₁l₁+ F₂l₂+ F₃l₃),

где соответственно вышеуказанному F₁/ F₂ = l₁/ l₂ и F₁/ F₃ = l₁/ l_3.

 

Рисунок 7 - К расчету заклепочного шва, нагруженного эксцентрично

 

Таким образом, Fl=2F₁(l₁+ l₂/ l₁₊ l₃/ l₁), откуда

F₁= Fl l₁/ .

 

От силы F на каждую заклепку шва действует вертикальная сила F/z, где z — число заклепок шва. Таким образом, сила, действующая на наиболее нагруженную заклепку данного шва (верхнюю или ниж­нюю):

.

По полученному значению силы, действующей на наиболее нагруженную заклепку и производят дальнейшие расчеты на прочность по выше выведенным формулам.

При расчете прочных заклепочных швов стальных конструкций при статическом нагружении допускаемые напряжения для заклепок, выполненных из Ст0 и Ст2 принимают [т_с]=140 МПа и [σ_см1=280 МПа и для закле­пок из, выполненных из СтЗ — [т_с1=140 МПа и [σ_см]=320 МПа. При знакопеременных нагрузках указанные допускаемые напряжения получают умноже­нием на коэффициент γ:

γ = l/[(a-b)F_mln/F_max] £ 1,

где F_mln и F_max — наименьшая и наибольшая по абсолютному зна­чению силы, действующие на заклепки, взятые со своими знаками; aи b — коэффициенты; a=1и b=0,3 для низкоуглеродистых сталей и а=1,2 и b=0,8 для среднеуглеродистых.

Из рисунка 6 следует, что расчетное напряжение в листе, ослабленном сечением 1-1 равно:

(8)

 

а в неослабленном сечении 2-2:

(9)

Отношение j = σ_р2/ σ_р1 называется коэффициентом прочности шва. Из формул (8) и (9) следует, что:

(10)

Так как расчет соединяемых заклепками деталей производят по сечению, ослабленному отверстиями, то при этом учитывают коэффициент прочности шва j. Так, например, площадь поперечного сечения детали, работающей на растяжение от силы F₀ равна:

, (11)

а момент сопротивления сечения детали, работающей на изгиб от изгибающего момента М:

(12)

где -допускаемый коэффициент прочности шва;

и -допускаемые напряжения на растяжение и изгиб соответственно для рассчитываемой детали

При проектном расчете детали по формулам (11) и (12) допускаемым значением коэффициента прочности шва задаются в пределах =0,6…0,85.

2 СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ