Laboratorium z Podstaw Konstrukcji Maszyn - 1 -

Ćw. 3. Wyznaczenie rozkładu sił w złączu nitowym.

1. Podstawowe wiadomości i pojęcia.

Połączenia nitowe – połączenia nierozłączne za pomocą nitów różnych części konstruk-

cyjnych (blach, kształtowników itp.), wykonanych z różnych materiałów.

Nit składa się z łba, trzonu (szyjki) i zakuwki (wykonywanej przy zamykaniu nitu), jak

pokazano na rys. 3.1.

Rys. 3.1 Zakuwanie nitu

Kształty i wymiary nitów są znormalizowane. Rozróżnia się:

-

nity normalne z łbami: kulistym, płaskim, soczewkowym, grzybkowym (rys. 3.2);

-

nity specjalne: okrętowe, drobne do łączenia metali nieżelaznych, rurkowe, drążone,
wybuchowe itp. (rys.3.3).

Rys. 3.2 Nity normalne

Laboratorium z Podstaw Konstrukcji Maszyn - 2 -

Rys. 3.3 Nity specjalne:

a – d) drobne, e) okrętowy, f – h) rurkowe, i) drążony, j) wybuchowy (przed i po zamknięciu)

Nity wykonuje się ze stali (St2A, St3A, St2N, St3N), z metali nieżelaznych i ich stopów

(miedzi, mosiądzu, aluminium) oraz z tworzyw termoplastycznych (do nitowania tworzyw
sztucznych i skóry).

Połączenia nitowe stosuje się jako:

-

połączenia mocne – w budowie mostów, konstrukcji budowlanych, dźwignic itp.,

-

połączenia szczelne – w budowie zbiorników otwartych na ciecze lub ciała sypkie,

-

połączenia mocno – szczelne w budowie zbiorników i kotłów wodnych i parowych,

-

połączenia luźne, np. do łączenia ogniw łańcucha,

-

połączenia zwykłe, którym nie stawia się żadnych szczególnych wymagań (w bla-
charstwie, kaletnictwie itp.)

Rys. 3.4 Połączenia nitowe:

a – c) zakładkowe, d) nakładkowe jednostronne, e – g) nakładkowe dwustronne

Laboratorium z Podstaw Konstrukcji Maszyn - 3 -

Na rys. 3.4 przedstawiono różne rodzaje połączeń i szwów nitowych. Połączenie nitowe

charakteryzuje: średnica nitów d, podziałka szwu nitowego t, odległość między szwami nito-
wymi a oraz odległość szwu nitowego od brzegu łączonych elementów e.

Obliczenia wytrzymałościowe połączeń nitowych obejmują:

-

obliczenie nitów na ścinanie,

-

obliczenie blach łączonych na rozerwanie w przekrojach niebezpiecznych,

-

obliczenie ścian otworów w blachach na naciski powierzchniowe spowodowane
przez nity.

Dla potrzeb ćwiczenia rozpatrzmy połączenie nitowe, w którym nity są rozmieszczone

szeregowo wzdłuż linii działania obciążenia (rys. 3.5). Siła Q rozciąga złącze, starając się
przesunąć jeden pas względem drugiego. Gdyby pasy wykonane były z materiału doskonale
sztywnego, siły działające na każdy z nitów byłyby sobie równe. W rzeczywistości w wyniku
odkształceń sprężystych pasów, charakter rozkładu sił w złączu jest bardziej złożony.

Rys. 3.5 Schemat obciążenia i rozkładu sił w złączu nitowym.

Siła tnąca przenoszona przez i-ty nit wynosi:

i

i

i

i

i

Q

Q

T

),

1

(

)

1

(

,

−

+

−

=

gdzie:

i

i

Q

),

1

(

−

- siła działająca na odcinku jednego z pasów po lewej stronie rozpatrywanego nita,

)

1

(

,

+

i

i

Q

- siła działająca na odcinku tego samego pasa po prawej stronie rozpatrywanego

nita,

W niniejszych rozważaniach pomijamy siły tarcia powstające na powierzchni styku pa-

sów przy ich wzajemnym przemieszczaniu.

Charakter zmian sił działających na poszczególnych odcinkach jest uwidoczniony na rys.

3.5. W pasie I zaczynając od prawej strony, zmieniają się one stopniowo, osiągając wartość
zero za ostatnim nitem. W pasie II siły zmieniają się podobnie lecz w kierunku przeciwnym.
Przykładowo na odcinku 3,4 pasa I działa siła:

)

(

'

4

5

4

,

3

T

T

Q

Q

+

−

=

,

natomiast na odpowiadającym odcinku 3,4 pasa II działa siła

)

(

'

'

3

2

1

4

,

3

T

T

T

Q

Q

+

+

−

=

,

przy czym spełniony jest zawsze warunek:

Q

Q

Q

=

+

4

,

3

4

,

3

''

'

Laboratorium z Podstaw Konstrukcji Maszyn - 4 -

Odkształcenia rozpatrywanych odcinków pasów będą odpowiednio równe:

4

,

3

1

4

,

3

'

'

Q

F

E

t

t

⋅

=

∆

4

,

3

2

4

,

3

'

'

'

'

Q

F

E

t

t

⋅

=

∆

gdzie:
t – podziałka szwu,
E – moduł sprężystości wzdłużnej materiału pasów,
F

1

, F

2

– pola przekrojów pasów (bez uwzględnienia osłabienia otworami pod nity).

Jak widać z powyższych równań, odkształcenia odpowiadających sobie pasów nie będą

jednakowe, co wywołuje złożony stan obciążenia nitów (zginanie, ścinanie nitów oraz naciski
na nity i ścianki otworów). Oczywiste jest, że ze zwiększeniem różnicy odkształceń sprężys-
tych

''

i

'

t

t

∆

∆

odpowiadających sobie odcinków pasów, zwiększa się obciążenie nitów. Róż-

nica będzie największa na skrajnych odcinkach złącza (odcinek 1,2 i 4,5), a najmniejsza w
ś

rodkowej części. Jeżeli przekroje obu pasów są jednakowe (F

1

= F

2

), końcowe nity będą ob-

ciążone najbardziej, ale jednakowo, natomiast nity środkowe - najmniej (rys. 3.6a). Jeżeli
przekroje pasów są różne (F

1

≠ F

2

), rozkład sił działających na poszczególne nity będzie wy-

glądał tak, jak podano na rys. 3.6b. W tym przypadku siły działające na nity skrajne nie będą
równe. Najbardziej obciążony będzie nit pierwszy od strony pasa o mniejszym przekroju. Po-
dobny rozkład obciążeń występuje także dla połączeń nakładkowych.

Rys. 3.6 Rozkład sił tnących działających na poszczególne nity w złączu

2. Schemat i opis stanowiska laboratoryjnego

Przedstawione na rys. 3.7 stanowisko laboratoryjne posiada następujące elementy: 1 –

korpus, 2 – dźwignia, 3 – siłownik hydrauliczny, 4 – prasa hydrauliczna, 5 – manometr, 6 –
złącze (próbka) ze szwem nitowym, 7 – tensometry pomiarowe, 8 – tensometr kompensacyj-
ny i wzorcowania, 9 – mostek tensometryczny TDA – 6, 10 – rejestrator.

Stanowisko to umożliwia wyznaczenie rozkładu sil w próbce rozciąganej ze szwem nito-

wym. Obciążenia wzdłużnego próbki dokonuje się poprzez dźwignię 2, za pomocą siłownika
3, który zasilany jest olejem z praski hydraulicznej 4. Wielkość siły wywieranej na próbkę
określa się poprzez pomiar ciśnienia oleju w cylindrze siłownika 3 za pomocą manometru 5
(uwzględniając także przełożenie dźwigni 2). Pomiaru sił dokonuje się za pomocą układu
pomiarowego złożonego z tensometrów 7 i 8, mostka tensometrycznego 9 oraz rejestratora
10. Ponieważ układ mierzy bezpośrednio odkształcenia sprężyste, zatem po odczycie tychże

Laboratorium z Podstaw Konstrukcji Maszyn - 5 -

odkształceń z rejestratora należy w celu określenia wielkości sił skorzystać z charakterystyki
cechowania układu pomiarowego.

Rys. 3.7 Stanowisko pomiarowe

Kolejność czynności przy wykonywaniu ćwiczenia

-

sprawdzić czy badana próbka jest nieobciążona (manometr 5 wskazuje zero),

-

włączyć do sieci i uruchomić mostek tensometryczny wraz z rejestratorem,

-

wyzerować układ pomiarowy (mostek, tensometry i rejestrator),

-

dokonać obciążania i odciążania próbki dla kilku wartości ciśnień, a odczytane
wskazania z tensometru wzorcowania wpisać do tabeli (w celu wykonania charakte-
rystyki wzorcowania układu pomiarowego. Pomiary powtórzyć trzykrotnie.

Siła wzdłużna działająca na próbkę

η

⋅

⋅

⋅

=

i

p

F

Q

gdzie:
Q – siła wzdłużna,
F – pole pow. tłoka w cylindrze,
p - ciśnienie wskazywane przez manometr,
i – przełożenie dźwigni,
η

– sprawność dźwigni

Laboratorium z Podstaw Konstrukcji Maszyn - 6 -

W celu wyznaczenia charakterystyki wzorcowania układu pomiarowego należy obliczyć

współczynniki regresji liniowej:

n

x

a

Q

b

x

n

x

Q

x

n

Q

x

a

n

n

i

i

n

i

n

i

n

i

n

i

i

n

i

∑

∑

∑

∑

∑

∑

∑

⋅

−

=

⋅

−













⋅

⋅

−

=

1

1

1

2

2

1

1

1

1

gdzie:
a, b – wsp. regresji liniowej,
x

i

– odczyt wzorcowania,

Q

i

– siła odpowiadająca odczytowi x

i

,

n – ilość odczytów wzorcowania

Na podstawie wskazań układu pomiarowego i zależności na siłę wzdłużną działającą na

próbkę, mierzone przez tensometry siły określamy z zależności:

b

ax

Q

i

i

+

=

a naprężenia:

s

g

Q

i

i

⋅

=

gdzie:
g – grubość,
s – szerokość rozpatrywanego pasa

Literatura:
1. 1. Mały Poradnik Mechanika, tom 2, WNT, Warszawa 1984.