Цифровая электроника и её основные характеристики
4. Расчетная часть
Задача 1
Рассчитать клепаное соединение (рисунок 1.), нагруженное переменной растягивающей силой Fmax = 60 кН.
Материал тяги и проушины - сталь марки Ст3. Отверстия под заклепки сверленые. Толщина тяги д = 6 мм. Клепка производится горячим способом.
Решение. Проектировочный расчет.
1.Тип соединения. Принимаем для крепления тяги с проушиной клепаное соединение внахлестку. Назначаем = 0,67
2. Размеры поперечного сечения тяги. По таблице 2. для стали марки Ст3 при растяжении переменной нагрузкой:
= 160*0,85 = 136 Н/ммІ.
Из условия прочности на растяжение необходимая площадь опасного сечения тяги с учетом ослабления ее отверстиями под заклепки (=0,67):
А ? = = 658 ммІ.
Ширина тяги:
b = = 658/6 = 109 мм.
3. Размеры элементов клепаного соединения:
а) диаметр отверстий под заклепки
? 2д ? 2*6 ? 12 мм.
Принимаем заклепки с полукруглой головкой, изготовленные из стали марки Ст3. По таблице 3. принимаем: диаметр заклепок d = 12 мм, диаметр отверстий = 13 мм;
б) шаг заклепок
p = (3 … 5) (3 … 5) * 13 = 39 …65 мм.
Чтобы разместить по ширине тяги целое число шагов (рисунок 1.), принимаем p = 55 мм;
в) Расстояние от края тяги до оси заклепки
e = 1,65 = 1,65*13 = 21,4 мм,
принимаем e = 22 мм.
4. Число заклепок z определяем из условий их прочности при смятии и срезе. По таблице 2. для заклепок из стали марки Ст3 допускаемые напряжения:
= 140*0,85 = 119 Н/ммІ; = 320*0,85 = 272 Н/ммІ.
? = = 2,82.
? = = =3,8,
Принимаем Z = 4.
5. Разработка конструкции клепаного соединения
Чтобы уменьшить влияние изгиба на прочность соединения, располагаем заклепки в 2 ряда по две заклепки в каждом, т.е. принимаем двухрядное клепаное соединение внахлестку (рисунок 1.).
По формуле ?? расстояние между рядами заклепок:
а ? = 0,6*55 = 33 мм.
принимаем а = 35 мм.
Окончательно принимаем ширину тяги:
b = = 2*55 = 110 мм.
Размеры поперечного сечения д и b проушины принимаем равными соответствующим размерам тяги.
Б. Проверочный расчет клепаного соединения.
6. На растяжение тяги и проушины. Для тяги опасным является сечение , ослабленное двумя отверстиями (n =2); в этом сечении действует продольная сила =. В сечении тяга также ослаблена двумя отверстиями, но в этом сечении . Расчетное напряжение растяжения в сечении :
Н/ммІ,
что удовлетворяет условию < =136 Н/ммІ.
7. На срез заклепками краев тяги или проушины. По таблице 2. для стали марки Ст3 допускаемое напряжение
= 0,85*100 = 85 Н/ммІ.
Сила, приходящаяся на одну заклепку,
=60*10/4 = 15*10Н.
Расчетное напряжение среза:
80,6 Н/ммІ,
что удовлетворяет условию <=85 Н/ммІ.
8. Фактический коэффициент прочности клепаного соединения
ц = =0,74 > =0,74,
что допустимо.
В данной конструкции отверстия для заклепок уменьшают прочность тяги и проушины на 24% каждую, что является существенным недостатком клепаного соединения.
Задача 2
Винтовая стяжка имеет два резьбовых отверстия с правой и левой метрической резьбой крупного шага. Определить номинальный диаметр резьбы винтов, если соединение нагружено силой = 20 кН. Затяжка неконтролируемая.
Решение. Проектировочный расчет.
1. Для резьбового соединения с неконтролируемой затяжкой по таблице. 4 принимаем =3 в предложении, что номинальный диаметр d резьбы находиться в интервале 16 … 30 мм.
2. Для неответственного резьбового соединения по таблице 5., принимаем класс прочности винтов 4.6, материал винтов - сталь марки 20 с =240 Н/ммІ.
3. Допускаемое напряжение при растяжении при действии на винтовую стяжку постоянной нагрузки
240/3 = 80 Н/ммІ.
4. Расчетная сила для винтов
= 1,3*34 = 44,2 кН.
5. Минимально допустимое значение расчетного диаметра резьбы винтов
26,5 мм.
6. По таблице 7. принимаем резьбу М 30*3,5, для которой = 27,727 мм; = 26,211 мм.
= 27,727+26,211/2 = 26,9 мм >= 26,5 мм.
Условие выполнено.
Для винтов стяжки резьбы: М 30*3,5 (правая) и М 30*3,5 (левая) пригодны.
Задача 3
Стальные полосы соединены с помощью двух болтов, поставленных в отверстия с зазором, и нагружены постоянной сдвигающей силой = 5 кН (рисунок 2.). Соединение неответственное. Затяжка неконтролируемая. Определить размеры резьбы болтов.
Решение. Проектировочный расчет
1. Для болтового соединения с неконтролируемой затяжкой по таблице. 4 принимаем =3,5 в предположении, что номинальный диаметр резьбы находиться в интервале 16 … 30 мм. Для неответственного соединения по таблице. 5 принимаем класс прочности болтов 4.6, материал болтов - сталь марки 20 с
= 240 Н/ммІ.
Допускаемое напряжение растяжения
= 240/3,5 = 68,6 Н/ммІ
2. Принимаем коэффициент запаса по сдвигу листов =1,6 и коэффициент трения = 0,16. Число стыков =2
Необходимая сила затяжки болта
= 1,6*5/(2*0,16*2) = 12,5 кН
3. Расчетная сила затяжки болта
= 1,3*12,5 = 16,2 кН
4. Минимально допустимое значение расчетного диаметра резьбы болта
17 мм
По таблице 7. принимаем резьбу М 20*2,50 с шагом = 2,50 мм, для которой
= 18,376 мм;
= 16,933 мм
= (18,376+16,933)/2= 17,654 мм >=17 мм.
Условия выполнено.
Болт с резьбой М20*2,50 пригоден.
Задача 4
Определить резьбу болтов, крепящих крышу газового резервуара (рисунок?), если сила давления газа на крышу =61,5 кН, число болтов =8. Нагрузка постоянная. Материал прокладок - паронит. Затяжку болтов производят динамическим ключом.
Решение. Проектировочный расчет.
1. Для резьбового соединения с контролируемой затяжкой принимаем =2
2. Для соединения общего назначения по таблице.5 принимаем класс прочности болтов 5.6, материал болтов - сталь марки 35 с =300 Н/ммІ.
3. Допускаемое напряжение растяжения
300/2 = 150 Н/ммІ.
4. Нагрузка на один болт
61,5/8 = 7,6 кН.
5. Для обеспечения герметичности соединения устанавливают паронитовую прокладку, а болты затягивают с силой, обеспечивающей нераскрытие стыка. Принимаем:
1,5; 0,35
Сила предварительной затяжки
1,5(1 - 0,35)7,6 = 7,4 кН.
6. Расчетная сила
1,3*7,4+0,35*7,6 = 12,2 кН.
7. Минимально допустимое значение расчетного диаметра резьбы болта
10,1 мм.
8. По таблице 7. принимаем резьбу М12*1,75 с шагом =2 мм, для которой =10,863 мм; = 9,853 мм.
= (10,863+9,853)/2 = 10,358 мм >= 10,1 мм.
Условия выполнено.
Болт с резьбой М12*1,75 пригоден.