POŁĄCZENIA

2. POŁĄCZENIA NITOWE

Projektowanie połączeń nitowych mocnych (rys. 2.1), obciążonych siłami działającymi wzdłuż osi środków ciężkości elementów łączonych, polega na:

Rys. 2.1. Przykład połączenia nitowego dwurzędowego

• doborze średnicy nitów,

• obliczeniu liczby nitów, przenoszących dane obciążenie,

• doborze lub obliczeniu wymiarów części nitowanych (pasów blach, kształtowników itp.),

• ustaleniu wszystkich wymiarów projektowanego połączenia.

W obliczeniach wytrzymałościowych połączeń nitowych przyj­mujemy następujące założenia upraszczające:

• obciążenie rozkłada się równomiernie na wszystkie nity (w rzeczywistości najbardziej obciążone są nity skrajne),

• w połączeniach nitowanych na gorąco pomija się wpływ zmęczenia materiału, przyjmując przy obciążeniach statycz­nych i zmiennych jednakowe naprężenia dopuszczalne k_n.

Nity obliczamy z dwóch warunków wytrzymałościowych:

1. Na ścinanie

(2.1)

2. Na naciski powierzchniowe

(2.2)

F - siła zewnętrzna (obciążenie połączenia nitowego),

d_o - średnica otworu nitowego (nitu zakutego),

g - grubość blachy (dla nitów jednociętych - grubość blachy cieńszej, a dla dwuciętych - grubszej),

m - liczba ścinanych przekrojów w jednym nicie,

n - liczba nitów, które należy ściąć, aby rozłączyć połączenie (w połączeniach zakładkowych - wszystkie nity, w połą­ czeniach nakładkowych - nity łączące jeden z pasów z nakładkami),

k_n - umowne dopuszczalne naprężenia ścinające (tnące) dla nitów zamykanych na gorąco,

k_o - dopuszczalny nacisk powierzchniowy między powierzch­nią boczną nitu i ściankami otworu.

We wzorze 2.2 iloczyn g  d_o przyjmujemy jako pole powierzchni nacisku na ściankę otworu.

Wartości umownych dopuszczalnych naprężeń ścinających dla nitów stalowych, nitowanych na gorąco, można przyjmować w granicach k_n = 70 - 170 MPa, zależnie od technologii nito­wania, liczby rzędów nitów i przeznaczenia złącza. W zbiorze zadań przyjęto dla St0 - k_n = 90 MPa, dla St3N - 110 MPa oraz dla St44N - 125 MPa.

Dopuszczalne naciski powierzchniowe na ścianki otworów przyj­muje się w zakresie k_o = (2 - 4) k_n; najczęściej k_o  2,5 k_n.

Przy obliczaniu nitów stalowych nitowanych na zimno (d  8 mm) wartość naprężeń dopuszczalnych k_t przyjmujemy z tabl. 4, a dopuszczalne naciski powierzchniowe - średnio k_o  2,5 k_t.

Porównując warunki wytrzymałościowe 2.1 i 2.2 oraz przyjmując k_o  2,5 k_n można wyprowadzić zależność:

(2.3)

Jeżeli warunek ten jest spełniony, wystarczy obliczać nity z warun­ku na ścinanie.

W konstrukcjach stalowych najczęściej przyjmuje się d  g i przy takim założeniu nity oblicza się:

1. na ścinanie - w przypadku nitów jednociętych,

2. na naciski powierzchniowe - w przypadku nitów dwuciętych (jeżeli d/g ≥ 1,6).

Według PN-88/M-82952, 82954 i 82957 (nity ze łbem kulistym, płaskim i soczewkowym) zalecane średnice trzpienia nitu wynoszą: d = 1; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; 16; 20; 24; 30 i 36 mm. Oznaczenie nitów stalowych ze łbem kulistym: NITdxl PN-88/ M-82952.

Dla nitów zamykanych na gorąco (d = 10 - 36 mm) przyjmuje­my d₀ = d + 1 mm, a dla nitów zamykanych na zimno (d  8 mm) - d₀  d.

Długość trzonu nitu l ustalamy z zależności: l = l₁ + l₀, w której l₁ - łączna grubość części łączonych, l₀ - naddatek na spęczanie nitu w otworze i na utworzenie zakuwki. Orientacyjnie przyj­mujemy l₀ = (1,3 - l,8)d.

Elementy nitowane (blachy, kształtowniki) obliczamy najczęściej z warunku wytrzymałościowego na rozciąganie, uwzględniając osłabienie rozpatrywanego przekroju przez otwory nitowe

(2.4)

gdzie:

b - szerokość płaskownika (pasa blachy),

g - grubość blachy lub kształtownika,

S - pole przekroju kształtownika,

n₁ - liczba nitów w obliczanym przekroju blachy (kształtownika),

k_r - dopuszczalne naprężenia rozciągające, przyjmowane z tabl. 4.

Obliczenia wystarczy wykonać dla przekroju najbardziej narażonego na zniszczenie.

Według rys. 2.1 jest to: dla blach łączonych - przekrój I-I, a dla nakładek - przekrój II-II.

Jeżeli elementy nitowane są narażone na ściskanie, wówczas, zgodnie z zaleceniami podanymi w normie, należy pominąć osłabienie przekroju otworami pod nity.

Przy obliczaniu długich prętów ściskanych, np. w kratownicach, należy uwzględnić wpływ wyboczenia. W tym celu dobiera się (z tabl. 26) wytrzymałość obliczeniową stali f_d oraz smukłość po­równawczą p.

Po obliczeniu nośności obliczeniowej F_obl = S  f_d oraz ustaleniu wartości współczynnika wyboczeniowego  (z tabl. 27) w zależności od względnej smukłości pręta =_p sprawdza się nośność (stateczność) pręta ściskanego wg wzoru

(2.5)

Podczas projektowania połączeń nitowych należy uwzględnić podstawowe zalecenia technologiczno - konstrukcyjne:

1. grubość nakładek jednostronnych powinna wynosić g_n ≥ l,l g, a każdej nakładki dwustronnej- g_n≥0,65g,

2. w skrajnym rzędzie nitów (na rys. 2.1 - przekrój I-I) należy umieszczać - w miarę możliwości - tylko jeden nit,

3. w kierunku działania obciążenia umieszczać maksimum 5 rzę­dów nitów lub 5 nitów,

4. każdy element mocować co najmniej dwoma nitami.

Rozstawienie nitów należy projektować tak, aby nie osłabiać nad­miernie blach, zapewnić dostateczną wytrzymałość połączenia w pozostałych przekrojach niebezpiecznych oraz swobodny dostęp narzędzi przy nitowaniu sąsiednich nitów.

W tym celu przyjmu­jemy następujące zależności wymiaro­we: t_min = 2,2d (w połączeniach zakładkowych) i t_min = 3d (w po­łączeniach nakładkowych), a = (2 - 3)d, e = (1,5 - 2,5)d, ei = (l,5 - 2,5), e₂ = (1,5 - 2)d.

W połączeniach nitowych blachownie nity są obciążone jedno­cześnie momentem zginającym i siłą tnącą (rys. 2.2), a zatem różnice w obciążeniu poszczególnych nitów są znaczne. W takim przypadku obliczenia przeprowadzamy dla nitu najbardziej ob­ciążonego:

a) Obliczamy siłę F_max, wywołaną momentem zginającym M_g (wg rys. 2.2).

Obowiązuje zależność

Rys. 2.2. Schemat rozłożenia sił w złączu obciążonym momentem

czyli

(2.6)

Moment zginający działa na wszystkie nity po jednej stronie złącza, stąd:

(2.7)

Przy większej liczbie nitów niż podana na rys.2.2

(2.7a)

b) Obliczamy siłę tnącą T_i, działającą na 1 nit

(2.8)

c) Siła wypadkowa F, działająca na 1 nit

(2.9)

Średnicę nitu obliczamy wg wzorów 2.1 i 2.2 (przyjmując n = 1). Podany sposób obliczania nitów w blachownicach jest oparty na danych z literatury specjalistycznej - przy zastosowaniu uprosz­czeń dla wyznaczenia F_max, zwiększających bezpieczeństwo kon­strukcji.

---