Конструирование узлов 2-5. Конструирование элементов заклепочного соединения

• Название: Конструирование элементов заклепочного соединения
• Анкор: Конструирование узлов 2-5
• Дата: 11.10.2021
• Размер: 448.75 Kb.
• Имя файла: KDU_Kursovaya.docx
• Тип: Литература; #245267

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

(ФГБОУ ВО «МАИ (НИУ)»)

Кафедра 101

«Проектирование и сертификация авиационной техники»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

по дисциплине «Конструирование деталей и узлов»

Тема: «Конструирование элементов заклепочного соединения»

Вариант 2 - 3

Выполнил студент Снопов Иван

Группа М1О-403с-18

Преподаватель Попов Ю.И.

Москва

2021

Содержание

1. Задание 3

2.Исходные данные 4

3. Проверка прочности стрингера 6

3.1 Проверка прочности стрингера на растяжение 7

4. Определение параметров заклепки 8

4.1 Выбор заклепок 8

4.2. Определение количества заклепок 8

4.3 Схема распределения усилий между заклепками 11

5. Проверка прочности стрингера на смятие 13

6. Определение параметров накладки 14

6.1. Определение толщины накладки 14

6.1.1. Первый способ определения толщины накладки 14

6.1.2. Второй способ определения толщины накладки 15

6.2. Определение ширины накладки 16

7. Проверка на прочность «закрайки » стрингера и накладки. 18

8. Определение длины и типоразмера заклепок 19

9. Конструктивные параметры 19

Литература 22

1. Задание

Вариант 2-5

Цель работы: Разработать заклепочный стык стрингера с накладкой на силовой нервюре.

Задачи:

1. Определить количество, диаметр, шифр и расположение заклепок крепления стрингеров с накладкой и обшивкой.

2. Определить толщину и размеры накладки по условию равнопрочности соединения.



Рис. 1.1. Схема разрабатываемого соединен

2.Исходные данные

Таблица 2.1

Шифр стрингера	, даН		Материал стрингера	Материал накладки	Материал обшивки	Толщина обшивки Sобш,мм
420069	2700	2700*1,3= 3510	В95	В95	В95	1,5

Таблица 2.2. Характеристики профиля:

Вид профиля	Шифр	Размеры, мм				Площадь сечения Fпроф
Тавр	420069	H	B	S	S1		0.82
		20	30	1.5	2

– расчетная разрушающая нагрузка.

По таблице №1.2.6. “Профили прессованные" [2] стр. 21 находим профиль стрингера:

Профиль

Механические свойства материала В95 для профиля:

Е = 72000 - модуль упругости при растяжении;

G = 27000 - модуль упругости при сдвиге;

ρ = 2800 - плотность материала;

γ=ρ*g = 27460 - удельный вес материала;

= 640 - предел прочности при растяжении;

= 550 - условный предел текучести;

= k * , где k = 0,6 - коэффициент для материала В95 (см. (2] стр. 8).

= 0,6 * 640 = 384 - предел прочности при сдвиге;

= 12 % - критическое значение деформации.

= =0,0089 = 0,89 % - предельная деформация, соответствующая

соответствующая .

Вычислим удельную прочность материала:

L= = = = 23 * м = 23 км

Механические свойства материала В95 для листа:

= 490 - предел прочности при растяжении;

= 410 - условный предел текучести;

= k * , где k = 0,6 - коэффициент для материала В95 (см. (2] стр. 8).

= 0,6 * 490 = 294 - предел прочности при сдвиге;

= = = 0,0068 = 0,68 %.

3. Проверка прочности стрингера

Стрингер подвергается двум видам деформаций и подвержен двум видам разрушения:

1. Под действием сила стрингер подвержен деформации растяжения.
Форма разрушения - разрыв. Действующие напряжения - σ.
2. В зоне установки заклепок стрингер подвержен деформации смятия.
Форма разрушения - смятие. Действующие напряжения - .

Предварительно выберем диаметр заклепки по формуле:

,

где – толщина собираемого пакета.

Толщина пакета состоит из (см. Рис. 3):

1. Толщины стрингера = = 2 мм

2. Толщины обшивки = 1,5 мм

3. Толщины накладки, принятой = 1,5 мм



Тогда толщина пакета:

= + + =5 мм

= 4,47 мм

Принимаем = 5 мм

3.1 Проверка прочности стрингера на растяжение

Условие прочности:

(3.1.1)

где - действующие напряжения, [ ] – расчетно ­- разрушающие напряжения растяжения (допустимые).

Запас прочности при растяжении:

(3.1.2)

Для расчета действующих напряжений будем использовать формулу:

(3.1.3)

Расчетно - разрушающие напряжения [ ] определяются по формуле:

(3.1.4)

где = 0,8...1,0- коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений.

Примем для дальнейших расчетов = 0,9.

Найдем :

= - 2 * * = 82 м - 2 * 5 мм * 2 мм = 62 м

Определим действующие напряжения по формуле (3.1.3):



Вычислим расчетно - разрушающие напряжения [ораст] по формуле (3.1.4):



Подставим найденные значения напряжений в формулу (3.1.2):



Условие прочности выполняется.

4. Определение параметров заклепки

4.1 Выбор заклепок

Из предварительного расчета диаметр заклепки остался: = 5 мм.

Так как заклепки выходят на внешнюю поверхность, заклепку выбираем с потайной головкой 120° для ручной клепки из материала В65.

По таблице №1.1 [1] стр. 4 находим ОСТ для заклепок с двухсторонним подходом для автоматической клепки: ОСТ1 34038-78. Материал заклепок - В65.

По таблице №1.6 [1] стр. 10 находим ОСТ для заклепок с односторонним подходом для клепки с сердечником из алюминиевого сплава: ОСТ1 11301-74. Материал заклепок - В65.

Выбираем шаг между осями заклепок по формуле:

(4.1.2)

Принимаем по ОСТ1 00016-71 стандартный шаг t = 20 мм.

Первая заклепка устанавливается от края стрингера на расстоянии:

а = 2 + 2 = 2*5 мм + 2= 12 мм.

4.2. Определение количества заклепок

По таблице №1.2 [1] стр.6, исходя из диаметра и материала заклепки находим разрушающую силу среза, действующую на одну заклепку с двусторонним подходом.

Для заклепок = 5 мм (см. рис. 4.2.1) [ ] = 5300 Н - разрушающая сила среза.

Количество заклепок определим по формуле:

(4.2.1)

Получаем:



Принимаем п = 8 шт - при симметричном расположении заклепок.

Сила среза, действующая на одну заклепку, вычисляется по формуле:

(4.2.2)

Тогда:



Запас прочности на заклепку:

(4.2.3)

В результате:





Рис. 4.2.1. Соединение стрингера с обшивкой и накладкой заклепками с двусторонним подходом

По таблице №1.6 [1] стр. 10, исходя из диаметра и материала заклепки, находим разрушающую силу среза, действующую на одну заклепку с односторонним подходом.

Для заклепок = 5 мм (см. рис. 4.2.2) [ ] = 5400 Н - разрушающая сила среза.

Количество заклепок найдем по формуле (4.2.1):



Принимаем n = 8 шт - при симметричном расположении заклепок.

Силу среза, действующую на одну заклепку, определим по формуле (4.2.2):



Запас прочности на заклепку вычисляется по формуле (4.2.3):





Рис. 4.2.2. Соединение стрингера с обшивкой и накладкой заклепками с односторонним подходом

4.3 Схема распределения усилий между заклепками

Рис. 4.3.1. Перераспределение усилий между заклепками

На рисунке 4.2.3 рассмотрен идеальный случай, когда все заклепки при работе на срез воспринимают одинаковую нагрузку. В реальности заклепки, расположенные в центре, воспринимают меньшую часть нагрузки, чем расположенные у края (см. рис. 4.2.4).





Вывод: даже при учете перераспределения усилий между средними и крайними заклепками, при котором крайние заклепки воспринимают большую часть нагрузки, последние выдерживают приходящуюся на их долю нагрузку.

5. Проверка прочности стрингера на смятие

Условие прочности:

(5.1)

где - действующие напряжения, - расчетно - разрушающие напряжения смятия (допустимые).

Запас прочности при смятии:

(5.2)

Для расчета действующих напряжений будем использовать формулу:

(5.3)



Расчетно - разрушающие напряжения [ ] определяются по формуле:

[ ] = (5.4)

где = 1,3...1,7 — коэффициент смятия для заклепок. Примем для дальнейших расчетов =1,3 — как наименьший.

Определим действующие напряжения по формуле (5.3):



Вычислим расчетно - разрушающие напряжения [ ] по формуле (5.4):

[ ] = 1,3*640

Подставим найденные значения напряжений в формулу (5.2):



Условие прочности выполняется.

6. Определение параметров накладки

Накладка подвергается двум видам деформации и подвержена двум видам разрушения:

1. 
   Под действием силы накладка подвержена деформации растяжения. Форма разрушения - разрыв. Действующие напряжения - .
   
2. 
   В зоне установки заклепок накладка подвержена деформации смятия. Форма разрушения - смятие. Действующие напряжения - .
   

6.1. Определение толщины накладки

Существуют два способа определения толщины листа для изготовления накладки:

1. 
   Из условия прочности ≤ [ ], где [ ] = * .
   
2. 
   Табличный, по таблице 1.3 «Расчетные разрушающие нагрузки смятия листа под заклепкой» [1] стр. 7 из условия ≤ [ ].
   

6.1.1. Первый способ определения толщины накладки

Условие прочности:

≤ (6.1.1.1)

где - действующие напряжения; [ ] - расчетно - разрушающие напряжения.

Запас прочности при смятии:

(6.1.1.2)

Для расчета действующих напряжений будем использовать формулу:

(6.1.1.3)



Расчетно - разрушающие напряжения [ ] определяются по формуле:

[ (6.1.1.4)

где = 1,3... 1,7 - коэффициент смятия для заклепок. Примем для дальнейших расчетов =1,3.

Толщину листа определим из соотношения:



Округлим до = 1,5 мм.

Определим действующие напряжения по формуле (6.1.1.3):



Вычислим расчетно - разрушающие напряжения [ ] по формуле (6.1.1.4):

[

Подставим найденные значения напряжений в формулу (6.1.1.2):



Условие прочности выполняется.

6.1.2. Второй способ определения толщины накладки

Условие прочности:

(6.1.2.1)

Запас прочности:

(6.1.2.1)



Выбираем толщину листа = 1,2 мм. Тогда [ ] = 5400 Н для материала накладки В95АТ.

Определим запас прочности по формуле (6.1.2.2):



Условие прочности выполняется.

Окончательно принимаем толщину накладки = 1,2 мм - как минимальную, определенную по характеристикам стандарта.

Определяем коэффициент ксм, соответствующий [ ] = 5400 Н:





Тогда,

6.2. Определение ширины накладки

Условие прочности на разрыв накладки:

≤ (6.2.1)

где - действующие напряжения; [ ] - расчетно - разрушающие напряжения.

Запас прочности при смятии:

(6.2.2)

Для расчета действующих напряжений будем использовать формулу:

(6.2.3)

Где

с учетом ослабления накладки двумя отверстиями под заклепки.



Расчетно - разрушающие напряжения [о] определяются по формуле:

[ ]= (6.2.4)

где = 0,9 - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений.

На каждой паре заклепок сила снижается на = = 8775 Н

Найдем b из соотношения:



Рассчитаем ширину накладки на первой и восьмой заклепках:





Чтобы накладка выходила за ширину стрингера, минимальную ширину накладки принимаем больше ширины стрингера на 1-2 мм. После округления получаем = 32 мм. = 80 мм.

7. Проверка на прочность «закрайки » стрингера и накладки.

Условие прочности:

≤ (7.1)

Запас прочности:

(7.2)

Длина закрайки:



Для накладки:



где = 0,6 – для материала накладки В95 (см.[2] стр. 8).





Условие прочности выполняется.

Для стрингера:







Условие прочности выполняется.

8. Определение длины и типоразмера заклепок

Зная параметры толщины пакета скрепляемых деталей, можно окончательно выбрать длину заклепок.

Длину заклепки с двусторонней клепкой определяем по таблице №1.4 [1] стр.7:

Заклепка 5 - 9,5 - ОСТ1 34038-78 для клепки стрингера с обшивкой.

Заклепка 5 - 11 - ОСТ1 34038-78 для клепки стрингера с обшивкой и накладкой.

Типоразмер заклепки с односторонней клепкой определяем по таблице №1.7 [1] стр. 11:

Заклепка 8-1 - ОСТ1 11301-74 для клепки стрингера с обшивкой.

Заклепка 9-1 - ОСТ1 11301-74 для клепки стрингера с обшивкой и накладкой.

9. Конструктивные параметры

Стрингер:

Профиль

Материал: В95

Характеристики профиля представлены в таблице 8.1.

Вид профиля	Шифр	Размеры, мм				Площадь сечения Fпроф
Тавр	420069	H	B	S	S1	0.82
		20	30	1.5	2

Накладка:

Материал: В95.

Толщина: = 1,2 мм.

Длина: - 222 мм.

Ширина в корневой части: = 80 мм.

Ширина в концевой части: = 32 мм.

Расстояние от края стрингера до заклепки: а = 12 мм.

Литература

1. 
   «Конструирование узлов планера самолета»
   А.В. Лещин, Ю.И. Попов. Москва 1992 г.
   
2. 
   «Конструирование деталей самолета»
   Т.М. Авдюхина, И.А. Шаталов. Москва 1993 г.
   
3. 
   «Конструирование узлов и деталей самолета»
   Ю.И. Попов. Москва 1989 г.
   
4. 
   Конспект лекций.