Инженер начинается в школе

Перерезывание (сдвиг)

Заклепки, болты, оси шарниров, шпонки и многие дру­гие детали работают в условиях, при которых действующие на них силы стремятся перерезать их, сдвинуть одну часть детали относительно другой. Познакомимся с примером расчета на прочность при сдвиге.

Пример. В пионерском лагере решили построить качели с платформой в виде четырехместной лодки (рис. 18). Тре-

Рис. 18. Расчет шарнира на срез.

Буется рассчитать диаметр оси шарнира, на котором лодка подвешена к перекладине (см. узел «А»). Материал оси — сталь СтЗ. Лодка рассчитана на 4 человека, но может слу­читься так, что в лодку набьются сколько влезет. Будем считать, что влезет втрое больше, то есть 12 человек, и все взрослые. Средний вес взрослого человека принимаем рав­ным 80 кг, вес лодки — 100 кг. Полная нагрузка на оба шарнира составит:

12x80+100=1060 кг (10,6 кН в системе СИ), а нагрузка на один шарнир

12^—530 кг (5,3 кН в системе СИ).

Эта сила стремится перерезать ось шарнира по двум плоскостям (аа и бб).

Допускаемое напряжение на срез обычно принимаем равным 0,8 от допускаемого напряжения на разрыв.

Учитывая, что нагрузка в данном случае динамическая, допускаемое напряжение на разрыв принимаем равным 300 кг! смг. Следовательно, допускаемое напряжение на срез составит:

0,8x300=240 кг/см2 (или 23,5 МПа).

Суммарная (общая) площадь сечения по двум плоскос­тям должна составить:

5сум.=1-2,2 („ли.

Площадь сечения по одной плоскости, то есть площадь сечения оси шарнира:

S=2~y== 1,1 см* (или 1,1 • Ю-4 м2 в системе СИ), Jt D2

Так как площадь круга то диаметр оси шарнира

D= = (т. е. 1,2-10-2М).

Такой диаметр оси шарнира обеспечивает ему необходи­мую прочность, но, учитывая, что качели строят на открытом воздухе, металл подвергается действию атмосферных осад­ков и ржавеет, а кроме того, ось нередко будут забывать смазывать, и она постепенно будет истираться, принимаем с запасом:

D= 16 лш=16- 10"8jw.

Этот диаметр оси обеспечит ее прочность на перерезы­вание (сдвиг). Передача нагрузки на ось шарнира происхо­дит путем нажатия на него стенок отверстия проушины шарнира, поэтому необходимо произвести проверку шар­нира еще и на смятие. Поверхность отверстия проушины, работающей на смятие, принимаем равной произведению диаметра оси на толщину проушины. Примем толщину проу­шины равной диаметру оси, тогда «сминаемая» поверхность

SCM=1,6X 1,6=2,56 сл*2=2,56- 10~"4л*2.

Допускаемое напряжение смятия обычно принимают в два раза больше допускаемого напряжения на разрыв, что в нашем случае составит:

2X300=600 кг! см2 (или 58,9 МПа).

Так как фактическое напряжение смятия в шарнире равно

530

_gg=210 Кг/см2 (или 20,6 МПа)

И значительно меньше допускаемого, то опасности разруше­ния шарнира от смятия поверхности оси и стенок проуши­ны нет.

Деревянные детали в строительстве часто соединяют при помощи врубок. Они также подвергаются деформации сдвига.

Дерево — материал неоднородный, одним и тем же де­формациям оно оказывает различное сопротивление в зави­симости от того, как направлены действующие силы по отношению к волокнам.

Сопротивление скалыванию вдоль волокон значительно больше сопротивления скалыванию поперек волокон. Это необходимо учитывать при соединении деталей врубкой, располагая их так, чтобы силы были направлены (рис. 19) вдоль волокон.