Определяем значение допускаемой нагрузки для заклёпочного соединения.

1.1. Из условия прочности стержня на растяжение

= F/Aнетто

A нетто - площадь сечения стержня, ослабленное отверстиями под заклёпки. В данном случае это сечение А-А

 

 

Накладки растягиваются силами F/2, листы силой - F. Необходимо выяснить, что менее прочно накладки или листы.

Определяем напряжение в сечении А-А:

Для накладок: Aнетто = 0,6δ * (b-2d)

р н = F/2* A нетто н. = F/2* 0,6δ * (b-2d)

Для листов Aнетто л. = δ * (b-2d)

рл = F/Aнетто = F/δ * (b-2d)

Очевидно, что рл > рн, следовательно определять допускаемую нагрузку будем по листам.

Из условия прочности = F/Aнетто найдём F

F = A нетто л. *[ р ] = δ (b-2d) * [ р ] = 10* (180-2* 20) * 160 =

= 224* 10³ Н = 224 кН

1.2. Из условия прочности стенок отверстий стержня на смятие

 

 

Определяём напряжение смятия в отверстиях накладок:

σ_см.н = F/2* Z * A _см.н

Определяём напряжение смятия в отверстиях листов:

σ_см.л = F/ Z * A _см.л, где Z - количество заклёпок. В данном случае сила F равномерно распределяется между четырьмя заклёпками. Z =4.

Помним, что накладки растягиваются силой F/2

A _см.н = 0,6δ* d - расчётная площадь смятия отверстия накладок.

A _см.л = δ * d - расчётная площадь смятия отверстия накладок.

Очевидно, что σ_{см.л >} σ_см.н , поэтому определять допускаемую нагрузку будем по отверстиям листов.

[ F] = Z * δ * d* [ σ_см] = 4* 10* 20 * 320 = 256 * 10³ Н = 256кН.

 

1.3. Определяем допускаемое значение нагрузки из условия прочности заклёпок на срез:

где τ_с - касательное напряжение; Q - поперечная сила; А_с - пло­щадь среза; F - внешняя сила; z - количество дета­лей.

i - количество площадей среза. В нашем случае i = 2

тогда, F= Z *i* (πd² /4) * [ τ_с] = 4 *2 * (3.14* 20²/4) *100=

=251,2*10³ Н = 251,2кН.

Допускаемая нагрузка для заклёпочного соединения F = 251,2кН.

2. Спроектируем сварное соединение по нагрузке F = 224 кН.

2.1. Определяем необходимую площадь поперечного сечения листов из условия прочности на растяжение:

= F/A , откуда

A = F/ [ σ_р] = 224*10³ / 160= 1400мм²

Учитывая, что А_с = b_с * δ определим необходимую ширину листов сварного соединения: b _с = А / δ = 1400/10 = 140мм.

Определим необходимый катет лобового шва из условия прочности:

τ_с = F/ A_с ≤ [ τ_с]; F= 0,7kl; l = 2 b_с, тогда

τ_с = F/0,7k*2 b_с ≤ [ τ_с] отсюда k = F/0,7 k *2 b_с * [ τ_с] = =224*10³ / 0,7*2*140 *100= 11,5мм.

По условию задания катет шва не может быть больше 0,8δ = 8мм.

Поэтому принимаем k = 8мм. и определяем необходимую ширину листов сварного соединения:

 

b_с ≥ F/ /0,7*2*k* [ τ_с] = 224*10³ / 0,7*2*8 *100 = 200мм.

Принимаем b_с = 200мм.

3. Определим экономию средств, достигнутую от замены заклёпочного соединения сварным.

Для этого найдём относительное увеличение расхода металла. Учитывая, что длина стержней одинакова как при сварном, так и при клёпаном соединении, отношение расходов металлов будет пропорционально отношению площадей стержней, принятых при сварном и клёпаном соединениях:

 

M_с / M_з = A_с / A_з = b_с*δ / b_з*δ = 200/180 = 1,11

 

Задание: Для заданной схемы, таблица 6

 

1. определить допускаемое значение нагрузки для стержня из условия прочности его на растяжение и смятие и из условия прочности заклёпок на срез.

2. спроектировать равнопрочное заклёпочному соединению сварное соединение.

 

Цель:________________________________________________________________________________________________________________________________________

Оборудование (приборы, материалы, дидактическое обеспечение)_________________________________________________________

 

Компьютерная программа (если используется): Наименование программы_______________________________________________________

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПЗ

Раз     раб.

Провер.

Яковцева Г.Б.

Лит.

Листов

Группа

Дано:_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Определить:

1.допускаемое значение нагрузки для стержня из условия прочности его на растяжение и смятие и из условия прочности заклёпок на срез.

2. спроектировать равнопрочное заклёпочному соединению сварное соединение.

3. определить экономию средств, достигнутую от замены заклёпочного соединения сварным, если стоимость изготовления 1000кг. Сварных конструкций составляет примерно 80% стоимости клёпаных.

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПЗ

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ПЗ

Контрольные вопросы:

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

_________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Сформулируйте закон парности касательных напряжений. _____________________________________________________________________

_____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

3. Как обозначается деформация при сдвиге? _____________________________

____________________________________________________________________

 

4. Запишите закон Гука при сдвиге. _____________________________________

 

5. Какой физический смысл у модуля упругости? __________________________

____________________________________________________________________

 

6. Укажите единицы измерения напряжений сдвига и смятия и модуля упругости. __________________________________________________________

 

7. Как учесть количество деталей, использованных для передачи нагрузки при расчетах на сдвиг и смятие? ___________________________________________

 

8. Запишите условия прочности на сдвиг и смятие. ________________________

 

9. Почему при расчете на смятие цилиндрических деталей вме­сто боковой цилиндрической поверхности подставляют плоскость, проходящую через диаметр? ____________________________________________________________

____________________________________________________________________

10. Назовите основные способы сварки, изобразите характерные типы сварных швов._______________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I»

(ФГБОУ ВПО ПГУПС)

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ФИЛИАЛ

 

Практическое занятие 5