Расчет и конструирование стыковочных узлов

Общие сведения

Стыковочными узлами называют совокупность деталей, служащих для соединения отдельных частей самолета. Они позволяют производить сборку и разборку как в процессе создания и доводки СЛА, так и в процессе его эксплуатации.

Потребная прочность стыковочных узлов определяется величиной передаваемых ими усилий. Однако при расчете ответственных стыковочных узлов, например лонжерона крыла, усилия, полученные из расчета полок лонжерона, необходимо увеличить не менее чем на 25%. Этим самым учитывается возможность неточности в распределении поперечной силы между отдельными узлами. Так, если известен изгибающий момент возле стыковочного узла М и поперечная сила Q, то принимают Р=1,25M/h и Q=1,25Q, где Р-расчетная осевая сила в узле; h-расстояние между центрами замыкающих болтов. Если осевая сила Р более чем в пять раз превышает поперечную силу Q, то расчет можно вести только на осевую силу.

Соединения (рис. 3. 11) могут быть ушковыми (а), многоушковыми (б), шомпольными (в) или фланцевыми (г).



Рис 3.11 Соединения
а - ушковое, б - многоушковое, в - шомпольное, г - фланцевое

В ответственных силовых узлах СЛА наибольшее применение находят ушковые соединения. Для крепления отдельных агрегатов - фланцевые.

Независимо от типа соединения их расчет на прочность выполняется примерно в одной и той же последовательности.

Рассчитать стыковочный узел-это определить диаметр замыкающего болта из условия его среза и смятия, ушка-из условия разрыва, сдвига и смятия, хвостовика-из условия среза заклепок, их смятия или смятия по отверстиям полки.

Расчет замыкающей головки стыковочных узлов

Расчет стыковочного узла (пример рис. 3. 12)



Рис 3.12 Стыковочный узел

необходимо начинать с определения диаметра замыкающего болта, при котором не будет происходить его срез под воздействием расчетной нагрузки. Этот диаметр легко определить по формуле



где R-равнодействующая осевой и поперечной силы, действующей на узел; n-число возможных плоскостей среза болта; -расчетное напряжение среза болта.

Желательно, чтобы материал болта имел меньшую твердость, чем материал ушков. В этом случае ремонт стыковочного соединения будет сводиться к замене замыкающего болта.

Вторым шагом расчета является определение потребной суммарной толщины ушков одного узла (не считая ответного) из условия напряжений смятия.

Сила смятия материала болта или ушков



откуда



Высота ушка Н из условия неразрушения под воздействием растяжения в сечении, ослабленном отверстием замыкающего болта, определяется по формуле



где k-коэффициент концентрации напряжений, k=1,2 в случае статической нагрузки и k=2,4 в случае переменной (динамической) нагрузки. После определения численных значений диаметра замыкающего болта d, суммарной толщины ушков и высоты ушка Н можно приступать к вычерчиванию узла. Внешние обводы ушка (рис. 3.12) очерчиваются полуокружностью с радиусом Н/2, описанной из точки, лежащей впереди центра замыкающего болта на расстоянии d/4.

Высота ушка Н за осью болта должна быть не меньше 2,5d.

Расчет хвостовиков стыковочных узлов

Хвостовик служит для крепления узла к полке лонжерона или другой скрепляемой детали. Поэтому его форма должна быть согласована с сочлененным профилем. Крепление осуществляется с помощью болтов или заклепок. Предпочтение следует отдавать заклепочному соединению. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы заклепки, соединяющие хвостовик с профилем, были двухсрезными. В этом случае число заклепок будет уменьшаться, а значит, будут уменьшаться размеры и масса хвостовика. Сечения хвостовиков для типичных профилей, швеллера (а), уголка (б), прямоугольника (в) и полки двутавра (г) с двухсрезными заклепками (болтами) показаны на рис. 3.13.



Рис 3.13 Сечения хвостовиков для типичных профилей
а - швеллера, б - уголка, в - прямоугольника, г - полки двутавра

Для хвостовиков, сочленяемых с профилями из сплава Д-16Т, оптимальными диаметрами заклепок являются:



Оптимум, с точки зрения массы узла, выражен не ярко, поэтому возможны отклонения, как на уменьшение, так и на увеличение диаметра заклепок.

После выбора диаметра заклепок определяется сила, срезающая заклепку:





Если известна осевая сила, действующая на узел в целом, и сила, срезающая одну заклепку, то можно, определить минимально возможное число заклепок из условия их среза.

Если не выдержан диаметр заклепок, рекомендуемый формулами (3. 22), то необходимо определить их минимально необходимое число из условия смятия заклепок или профиля в месте установки заклепок.

Сила смятия листа или заклепки



где -напряжение смятия более мягкого материала (профиля или заклепок).

Если Рсм<Pср, то число заклепок определяется не из условия среза, а из условия смятия заклепок или профиля.

После определения минимально потребного числа заклепок с учетом рекомендуемых расстояния заклепки от края листа e l,5d и шага t>5d (для Д-16Т) находится необходимая длина хвостовика.

Для уменьшения массы узла сечение хвостовика от замыкающего болта в сторону профиля можно постепенно уменьшать с учетом усилий, передаваемых заклепками на профиль.

При расположении заклепок по сечению всегда необходимо стремиться к тому, чтобы равнодействующая всех сил, передаваемых заклепками, совпадала с направлением осевой силы, передаваемой узлом.

При расчете и конструировании хвостовика узла, скрепляемого с полкой балки, выполненной из дерева (рис. 3. 11, а), необходимо руководствоваться следующим:

• ось болта от торца полки должна быть расположена на расстоянии не менее 4...5 диаметров этого же болта
• на таком же расстоянии друг от друга должны быть расположены последующие болты
• расстояние оси болта от верхней и нижней плоскости бруска должно быть примерно одинаковым, в противном случае возможно раскалывание полки
• указанные выше расстояния можно уменьшить до 3... 3,5d при использовании фанерных вклеек или обмотке концов деревянных полок стеклотканью на клею

по материалам: П.И.Чумак, В.Ф Кривокрысенко "Расчет и проектирование СЛА"