Соединение деталей (его варианты)

 

1. Соединение деталей, содержащее расположенные в отверстиях соединяемых деталей ряды.крепежных элементов , отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и несущей способности соединения деталей из разнородных материалов в условиях сдвигающих нагрузок путем обеспечения равномерности распределения нагрузки по рядам крепежных элементов, последние выполнены из различных материалов, модуль упругости которых изменяется по следующей совокупности: Ь, и h - толщины соединяемых листов } h - число рядов с силовыми элементами; 5,,62 площади поперечных сечений соединяемых листов-, Е,, Ej модуль упругости материалов сое диняемых листов i i - номер ряда (i , ... п ). 2. Соединение деталей, содержащее расположенные в отверстиях соедини- . емых деталей два ряда крепежных элементов , отличающееся тем, что, с целью повьшзения надежности и нагрузочной способности соединения деталей из разнородных материалов в условиях сдвигающих нагрузок путем обеспечения равномерности распределения нагрузки по рядам крепежных элементов, количество последних в рядах разное и определяется для первого ряда из соотношения . . L т. (Л в I is tk 4 vj e iTahih; , E,,,; 2(h,+ h,,E, где E K1 модуль упругости материала силовых элементов каждого ряда j я - расстояние между рядами с силовыми элементами; где т, - число силовых элементов (болтов, заклепок) в первом ряду; т - -число силовых элементов во втором ряду/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК др4 F 16 В 5/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«ею«в... -. «ю».. " ««.С««. или

1 1 iiah,h2 (М-i

Е 1(4,4-4> 1 5 Е 52Ег! а для второго

Фг-5 Е т 1У (21) 3813764/25-27 (22) 22. 11.84 (46) 15.04.86. Бюл. № 14 (71) Московский авиационный технологический институт им. К.Э«Циолковского (72) В.А. Шишкин, В. А. Новиков, А.В.Дука и Е.Л, Апарцева (53) 621.884(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР № 503054, кл. F 16 В 5/02, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 520461, кл . F 16 В 5/02, 1974. (54) СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1, Соединение деталей, содержащее расположенные в отверстиях соединяемых деталей ряды. крепежных элементов, отличающее с я тем, что, с целью повышения надежности и несущей способности соединения деталей из разнородных материалов в условиях сдвигакицих нагрузок путем обеспечения равномерности распределения нагрузки по рядам .крепежных элементов, последние выполнены из различных материалов, модуль упругости которых изменяется по следующей совокупности:

Е

t к1+< Ы« где Е „, — модуль упругости материала силовых элементов каждого ряда; а — расстояние между рядами с силовыми элементами;

„„SU„„1224476 A

h, и h — толщины соединяемтх листов

ll — число рядов с силовыми элементами

5„52 — площади поперечных сечений соединяемых листов

Е, Š— модуль упругости материалов соединяемых листов

1 . — номер ряда (i = 1,2, ° ° ° Tl )

2. Соединение деталей, содержащее расположенные в отверстиях соединя-, емых деталей два ряда крепежных элементов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и нагрузочной способности соединения 9 деталей из разнородных материалов в условиях сдвигающих нагрузок путем обеспечения равномерности расйределения нагрузки по рядам крепежных элементов, количество последних в Я рядах разное и определяется для первого ряда из соотношения где m, — число силовых элементов (болтов, заклепок) в первом рядуэ

- .число силовых элементов во

2 втором ряду, 122447б — радиус стержня силового эле- ()

Эк мента

l.—

" „) — допустимое значение предела прочности материала листа или заклепки (болта) на смятие по отверстию, t

h;

1.

=Р

7 ,Еm;

1 где I, —, общая нагрузка на соединение, i — нагрузка на отдельный силовой элемент, Ю; — число силовых элементов в

Ряду"

И вЂ” число рядов тогда число заклепок в каждом -м ряду можно выразить через их число в 1-м ряду

Из условия равномерности нагружения нагрузка, действующая между 1 и

2-м силовым элементами на 1-й участок 1-го листа равна

,„=L - m,.

С .учетом этого перепишем уравнение совместности деформаций для 1-ro участка, одновременно выражая его члены через упругие и геометрические характеристики элементов соединения, и после сокращений получаем

1 ( — 1,-Pm) = Pm,, 5,Е

Отсюда находим выражение для коэффициента (,, (=1+ 2Ea

35 где Б E — соответственно площадь

} l поперечного сечения и модуль упругости ) -го листа °

Последнее уравнение имеет действительное решение лишь для я = 2, когда

L

Изобретение относится к машиностроению, конкретно соединению деталей с помощью силовых крепежных элементов (заклепок, болтов), и может найти применение в машинострое5 нии, авиакосмической технике, судостроении и строительстве, а также преимущественно для соединения деталей из полимерных композиционных материалов (ПКИ).

Цель изобретения — повышение надежности и несущей способности соединения деталей из разнородных материалов в условиях сдвигающих нагрузок путем обеспечения равномерности распределения нагрузки по рядам крепежных элементов.

На фиг. 1 изображено соединепие деталей, на фиг. 2 — эпюра распределения нагрузки по рядам крепежных,, элементов.

При рассмотрении соединения общего вида, работающего под действием сдвиговых нагрузок, условие совместности деформаций для каждого из участков между силовыми крепежными элементами будет выглядеть следующим образом:

gE. a d. - = а Е„,,-6,+121 d „

1 где a - расстояние между рядами с силовыми элементами, — относительное удлинение

i --ro участка j -ro листа смещение оси i -го ряда с

1 силовыми элементами в j -м листе за счет смятия тела силовых элементов 1 -го ряда. условие равномерного распределения нагрузки по рядам с силовыми элементами запишется как — временное сопротивление срезу материала силового элемента, — нагрузка на соединение," — номер соединяемого листа толщина соединяемого листа.

1224476 4 определим закон изменения жесткости каждого ряда вдоль соединения

5,Е гЕ2

ah,h2 (»-1

Следовательно, теоретический анализ показывает, что создать равномер- 5 ность распределения напряжений по силовым элементам за счет изменения количества заклепок одинаковой жесткости в рядах можно лишь в 2-рядном соединении. Определение числа, силовых элементов в одном из рядов вытекает из закона равномерности распределения нагрузки по рядам и требований предельно допустимых напряжений по следующим соотношениям: для первого ряда . 0 Ч )>

1 где у

R—

Тогда

25 для второго ряда

5iE4 т

5 E

2 2 откуда аР

Ч ветвь, -30 где " — радиус стержня заклепки — толщина соединяемых лис-! тов;

t0 „) — допустимое значение предела прочности материала листа или заклепки при смятии по отверстию гл1 " к — сопротивление срезу материала заклепки.

При этом остальные размеры соединения определяются из условий равнопрочности.

Если рассматривать соединение из трех и более рядов, то для обеспечения равномерности нагрузки по рядам из первого уравнения совместности деформаций, записанного с учетом упругих и геометрических характеристик соединения 1-го участка

g rc 9 макс

2Е к 2Езк

40 где Š— поперечный модуль упругости

8к материала силовых элементов ряда; — координата вдоль оси нагружения.

Тогда сХ=J >t x о

50 Fg макс

LED„ Egg hj

ez, se, откуда

Ц(»->) j а 2 i,i,2 i,i is 3

> где h — толщина j --го листа — коэффициент жесткости j -ro

1! ряда силовых элементов в

j-м листе, Нагрузка на каждую силовую точку в одном ряду распределена неравномерно по поверхности контакта стенки отверстия и стенки стержня болта или заклепки. Так как отверстие круговое, то предполагаем наличие коэффициента p, определяющего функцию такого распределения координата, нормальная к направлению нагрузки, функция распределения нагрузки вокруг каждой силовой точки в координатах (R >> ), радиус отверстия.

Относительное смещение оси силовых элементов каждого ряда, с учетом допущения линейного снижения Fg „ „ по диаметру силового элемента, будет выглядеть

Полученное значение коэффициента жесткости подставляем в выражение закона изменения этого коэффипиента

5 12244 вдоль соединения, после чего определяем окончательное значение жесткости силовых элементов каждого ряда

1 "oh I ã»»- » к ЕЭ„ 2(»»i+" g) 6,Е, 5 Е

»»»»; 5,4

2 60 20 10

3 14" 1 3 250(1- — --- — — 1

У Э з

45 70 "10

° м.5 9 35

60 ° 20 10

3 ° 3,14 1,3 2 400(1+ — — -" — -) 45 70 10

8 10

Принимаем число заклепок в 1-м 40 ряду »»», = 6. Определяем число заклепок во 2-м ряду

60-20 10

»»» = ---" — — -уб 2,3. г - 45 70,1045

Принимаем »n = 3. Общее число заклепок 9.

Пример расчета по варианту 1.

Исходные данные:

Соединение многорядное, число рядов (»») равно 3.

Расстояние между рядами (a) 10 мм, Соединяемые материалы. стеклотекстолит, 2 дюраль.

Площадь поперечных сечений соединяе- 55 мых листов: 5 = 60 ммз 5 = 45 мм, Толщина листов: 4, = 2 мм h = 2,5 мм.

Модули упругости соединяемых материаПример расчета по варианту 2.

Исходные данные:

Число рядов: n = 2. 10

Соединяемые материалы: стеклотекстолит, дюраль.

Предел прочности, МПа: при смятии листов („1, = 400

Рсм1 = 600 15 заклепки (d J = 450

Материал заклепки: сплав В-65.

Временное сопротивление срезу материала заклепки (2) „ = 250 МПа. . Диаметр заклепки: 2к = 2,6 мм.

Нагрузка на соединение: = 10000 Н.

Площади поперечных сечений соединяемых листов: 5» = 60 мм ; 5 = 45 ммз .

Толщина листов: }»» = ; 1» =1,5 мм.

Модули упругости соединяемых материа-25 лов: Е» = 20 10 MIIa, Е = 70" 10 MIIa,.

Э Э .

Определяем число заклепок в первом ряду

76 6 лов: Е» = 20 ° 10 МПа; Е = 70-10 MtIa.

Соединение заклепочное односрезное

»» », =const, Расчет.

Выбираем в качестве материала заклепок центрального 2-ro ряда сплав

В-65 с E,»„,,=- 60 10 МПа. Рассчитываем модуль упругости материала заклепки 1-го ряда

1 1 Зз14 10 2 1. 5

Е „, 60 ° 10 2(2 + 1,5)

3-1 1

60 „20. 10 45 .70 .10э

Э

Отсюда получаем E>„,- =30 10 МПа.

Рассчитаем модуль упругости материала заклепки для 3-ro ряда

1 1 3 14 10-2-1 5

= — — -3 — -2- — — — --2 — — х

Eüê> 60 10 2(2 + 1 5)

3-2 2

60.20 10 45 ° 70-10 з

Отсюда получаем. Г. „= 70 10 МПа

Таким образом: „„= 30 10 Мпа, Езк.а 70 "0 МП

Следовательно, в качестве материала заклепок второго и третьего ряда следует выбирать алюминиевый сплав, а для первого ряда — стеклопластик (целесообразнее однонаправленный стеклопластик).

Использование изобретения предусматривает полную реализацию предела прочности соединяемого материала при смятии, величина которого обычно больше других характеристик материала в зоне соединения, в каждом ряду многорядного соединения независимо от количества рядов. Это позволяет повысить общую прочность соединения или снизить количество крепежных деталей, а значит и суммарный вес крепежа при сохранении общей прочности за счет полной загрузки ранее непогруженных рядов.

Известно, что в обычном многорядном соединении (показано пунктиром на эпюре) коэффициент загрузки крайнего ряда, (,, в среднем равен 0,38, для второго от края ряда равен

0,27-0,1; для третьего ряда (> равен 0,13-0,05, причем значение (; в каждом случае минимально для более многорядного соединения. Йаксимальное значение (; у крайних рядов и определяет разрушение соединения, как

Составитель И.Проконичев

Техред И.Попович Корректор И.Муска

Редактор М.Петрова

Заказ 1906/32

Тираж 777

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, r,Ужгород, ул.Проектная, 4

7 12 правило, по этим рядам, где превышается )d ) листа.

Соединение деталей придает возможность каждому ряду воспринимать долю общей нагрузки (>, ) не меньшую, чем доля первого ряда в обычном соединении (; /1, ). Тогда общую прочность соединения можно выразить как

0,38 "Là где Lo — предельная нагрузка на обычное соединение, предельная нагрузка на предлагаемое соединение; и — число рядов, 1 = 3,4,5,...

24476 т.е. сравнительный рост несущей способности составляет от 14 до 907.

Если через соединение требуется передать ту же нагрузку, что и через обычное (показано сплошной линией на эпюре), то тогда число заклепок в нем можно уменьшить до L/0,38 Lo штук, т.е. вес крепежа уменьшается на 13-48Х. Одновременно снижается и трудоемкость изготовления узла из-за сокращения числа операций.

Таким образом, как видно из расчета, повышение прочности и снижение веса соединения обеспечивают повышение его надежности.