Chương 14 : Ghép bằng đinh tán
14.3. Tính mối ghép chắc
14.3.1. Tính mối ghép chồng một dãy đinh chịu lực ngang đinh chịu lực ngang
Xét trường hợp ghép chồng 1 dẫy đinh
(hình 14.6). Gọi z là số đinh trong mối ghép, lực tác dụng lên mỗi đinh (hoặc lên một đoạn có chiều rộng bằng bước đinh t) là: Fz = F/z
Để tránh các dạng hỏng nói trên các điều kiện bền sau đây phải được thoả mãn:
Để thân đinh không bị cắt đứt:
Fz ≤ (πd2/4)[τ]đ (14.1) Với [τ]d - ứng suất cắt cho phép của đinh.
Để tránh thành lỗ và thân đinh bị dập:
Fz ≤ Sd[σd] (14.2) Với [σd] - ứng suất dập cho phép.
Để tấm không bị kéo đứt:
Fz ≤ (t - d) S [σ]kt (14.3) Với [σ]kt - ứng suất kéo cho phép của tấm; S - chiều dày tấm ghép. Để tấm không bị rách mép: Fz ≤ 2(e- 2 d ) S [τ]t (14.4) Với [τ]t - ứng suất cắt cho phép của tấm ghép. (Vì ứng suất cắt phân bố rất phức tạp trong các tiết diện ab và cd, nên chiều dài tính tốn của các tiết diện này quy ước bằng e –d/2).
Chỉ cần 1 trong 4 dạng hỏng trên xảy ra là mối ghép bị phá huỷ, do đó tốt nhất là
nếu bị phá huỷ thì các dạng hỏng xảy ra đồng thời. Mối ghép có các dạng hỏng xảy ra đồng thời gọi là mối ghép có sức bền đều. Để tìm mối ghép có sức bền đều, tiến hành cân bằng từng đơi một các phương trình 2.1 đến 2.4 nhận được các quan hệ thích hợp giữa các đại lượng t, d, S, e:
d = 2S, t = 3d, e = 1,5d
Đối với các mối ghép khác cũng tính tương tự như trên: Ghép chồng hai dãy đinh:
d = 2S ; t = 4d ; e = 1,5d; Ghép chồng n dãy đinh:
d = 2S ; t = (1,6n +1)d ; e = 1,5d; Ghép giáp mối hai tấm đệm, một dãy đinh:
d = 1,5S; t = 3,5d ; e = 2d; Ghép giáp mối hai tấm đệm hai dãy:
d = 1,5S ; t = 6d; e = 2d; Ghép giáp mối hai tấm đệm, n dãy đinh:
d = 1,5S ; t = (2,4n + 1)d: e = 2d;
Sau khi chọn kết cấu theo các quan hệ kích thước trên đây, cần tiến hành kiểm nghiệm đinh theo điều kiện bền cắt. Gọi i là số tiết diện chịu cắt của mỗi đinh (đối với ghép chồng và ghép giáp mối một tấm đệm i = 1, đối với ghép giáp mối hai tấm đệm i = 2), số đinh cần thiết của mối ghép là:
Hình 14.6: Sơ đồ tính mối ghép một dẫy đinh
d 2[ ] id F 4 z τ π ≥ (14.5) Thường với chiều dầy tấm ghép đã cho hoặc chọn trước, tuỳ theo điều kiện chịu lực cụ thể để bố trí kiểu ghép sẽ xác định được đường kính đinh, số đinh cần thiết và kích thước của mối ghép, sau đó kiểm nghiệm lại các điều kiện bền.
Hệ số độ bền của mối ghép:
Để đánh giá độ bền của mối ghép, tiến hành so sánh độ bền của mối ghép với độ bền của tấm nguyên, sử dụng hệ số độ bền ϕ .
Hệ số độ bền ϕ là tỷ số giữa lực tối đa mà mối ghép và tấm nguyên có thể chịu được. Hệ số ϕ tính theo cơng thức sau:
t d t ] [ ts ] [ s ) d t ( k k = − − = σ σ ϕ (14.6) Đối với các mối ghép có quan hệ kích thước theo qui định như ở trên, hệ số ϕ có giá trị như sau:
Mối ghép 1 dãy đinh, 1 tiết diện chịu cắt ϕ = 0,67 Mối ghép hai tấm đệm, một dãy đinh ϕ = 0,71 Mối ghép chồng, hai dãy đinh ϕ = 0,75...
Nhận xét: Để tăng hệ số độ bền ϕ có thể dùng 2 tấm đệm hoặc dùng mối ghép
nhiều dẫy đinh.
14.3.2. Tính mối ghép nhiều dãy đinh chịu lực ngang
- Chỉ tiêu về cắt và dập thân đinh: tính tốn như trường hợp 1 dãy đinh và mỗi đinh chịu một lực là: Pz = P/z
- Dạng hỏng kéo đứt tấm và rách mép phụ thuộc vào vị trí các hàng đinh. Mối ghép có n dãy đinh sẽ có n tiết diện nguy hiểm do phải chế tạo lỗ làm yếu tấm ghép (có thể bị kéo đứt). Để xác định ứng suất tại các tiết diện này phải vẽ sơ đồ phân bố lực giữa các dẫy đinh, với giả thiết các hàng đinh sau chịu lực giảm đi so với hàng đinh đầu tiên (chịu toàn bộ lực F) một lượng bằng F
z z1
với z1 là số đinh ở các hàng trước; z là tổng số đinh. Sau khi vẽ sơ đồ phân bố lực, lấy các trị số lực tương ứng với các tiết diện nguy hiểm để kiểm tra điều kiện bền (tránh đứt tấm và rách mép).
14.3.3. Tính mối ghép chịu mơ men nằm trong mặt phẳng tấm ghép
Khi chịu mô men, hai tấm ghép có xu hướng xoay tương đối với nhau quanh trọng tâm mối ghép. Mỗi đinh sẽ chịu một lực có phương vng góc với bán kính quay, có chiều cùng với chiều mơ men và có trị số tỉ lệ với khoảng cách từ tâm của đinh đến trọng tâm của mối ghép.
Trong thực tế, để đơn giản cho thiết kế và chế tạo, thường lấy các đinh trong mối ghép có đường kính như nhau. Do đó, chỉ cần xác định lực tác dụng lên đinh chịu lực lớn nhất rồi tính tất cả các đinh theo lực đó. Để xác định lực tác dụng lên đinh chịu lực lớn nhất dùng phương trình cân bằng mô men: M r z F i i k i = ∑ (14.7)
Trong đó: ri – là khoảng cách từ tâm đinh thứ i đến trọng tâm mối ghép;
zi – số đinh có cùng khoảng cách ri ;
Fi – lực tác dụng lên đinh cách trọng tâm tấm ghép một
Hình 14.7: Sơ đồ tính mối ghép đinh tán chịu mô men
khoảng ri ;
k- số loại bán kính khác nhau.
Vì lực tác dụng lên mỗi đinh có trị số tỉ lệ với khoảng cách từ tâm của đinh đến trọng tâm của mối ghép nên:
... r F r F ... r F r F i i max max 2 2 1 1 = = = = = (14.8)
Rút Fi ở phương trình (14.8) và thay vào (14.7) ta có: ∑ = k 2 i i max max r z r . M F (14.9)
14.3.4. Tính mối ghép chịu lực và mô men nằm trong mặt phẳng tấm ghép
Trường hợp mối ghép chịu cả lực F và mô men M, áp dụng nguyên lý cộng tác dụng để xác định lực tác dụng lên lên đinh chịu lực lớn nhất và dùng lực này để tính cho mối ghép.
14.3.5. Ứng suất cho phép
Ứng suất cho phép của các mối ghép bằng thép CT0, CT2, và CT3 chịu tải trọng tĩnh hoặc tải trọng thay đổi nhưng khơng đổi chiều có thể lấy trong bảng 14.1.
Bảng 14.1:Trị số ứng suất cho phép dùng cho tính tốn mối ghép bằng đinh tán.
Trị số ứng suất cho phép, MPa Loại ứng suất Cách gia công lỗ
Thép CT0, CT2 Thép CT3 Khoan 140 140 [τ]d Đột 100 100 Khoan 280 320 [σd] Đột 240 280 [σ]kt Khoan hoặc đột 140 160 [τ]d Khoan hoặc đột 90 100
Trường hợp mối ghép chịu tải trong thay đổi đổi chiều phải giảm bớt trị số ứng suất cho phép trong bảng bằng cách nhân với hệ số giảm ứng suất γ:
) F / F ( b a 1 max min − = γ (14.10) Trong đó: Fmin và Fmax - tải trọng nhỏ nhất và lớn nhất, có mang dấu của chúng;
a = 1 và b = 0,3 đối với kết cấu bằng thép ít các bon; a = 1,2 và b = 0,8 đối với kết cấu bằng thép các bon trung bình.
Các ứng suất để tính tốn là ứng suất cực đại của chu kỳ ứng suất. www.thuvien247.net