Semi-Detachable Fasteners PDF

Gépelemek 1. SEMI-DETACHABLE FASTENERS Authors Dr. Kerényi György Molnár László, Dr. Marosfalvi János, Dr. Horák Péter, & Dr. Baka Ernő Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 1 Form closing principle Gépelemek 1. − Function of form closing joint, grouping: − Types − Riveting − process −...

Gépelemek 1. SEMI-DETACHABLE FASTENERS Authors Dr. Kerényi György Molnár László, Dr. Marosfalvi János, Dr. Horák Péter, & Dr. Baka Ernő Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 1 Form closing principle Gépelemek 1. − Function of form closing joint, grouping: − Types − Riveting − process − types − calculation − Pins & dowel pins − calculation − Polymer form closing − Clipping features: cantilever beam, cylindrical joint − calculation Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 2 Form closing principle Gépelemek 1. Function: To maintain the flow of Flux on compressed & sheared surfaces Possible grouping: • Elements: – Lap joints – Butt joints. • Assembly: – In general riveted joint considered as a „semi-permanent” one. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 3 Riveted joint Gépelemek 1. A bridge pillar An aeroplane body Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 4 Form closing principle (riveting process) Gépelemek 1. chuck Fejezõ szerszám k l Od2 Od die Ellentámasz l = k + ( 1,3 ... 1,75)d Rivet diameter [mm] 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 Recommended play [mm] 0,3 0,3 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1 1 Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 5 Form closing principle (riveting process) Gépelemek 1. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 6 Various rivets Gépelemek 1. Félgömbfejû szegecs Süllyesztettfejû szegecs Lencsefejû szegecs Alcsony félgömbfejû szegecs Szíjszegecs Csõszegecs Csõszegecs gépkocsi fék- és tengelykapcsoló betétekhez Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 7 Oscar rivets Gépelemek 1. Robbanás explosion Húzás tension Nyomás compression Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 8 Blind (pop) rivets Gépelemek 1. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 9 Upset rivets Gépelemek 1. Solid rivet Semitubular rivet Blind side upset Countersunk flush rivet Closed end break-mandrel blind rivet Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 10 Main state of stress of rivets (in construction) Gépelemek 1. wrong a) Helytelen Upper construction is wrong because of the load. The stress state in the rivet is tension. The lower construction is much better because the stress state in the rivet is SHEARING. F F good b) Jó F F Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 11 Riveting patterns Gépelemek 1. Behind one another Next to one another Zig-zag pattern Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 12 State of stress of rivets (shearing & bearing stress) Gépelemek 1. Shearing stress т Bearing stress p Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 13 Linear riveting pattern Gépelemek 1. The required minimum space for the rivets (D) & the die tool (Df) Fix pitch of rivets Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 14 Elastic „cushion” modell Gépelemek 1. As a result of F vertical load the rivet pattern twists as shown below under the T twisting torque. From the center of rotation: the rivets in (ri) distance twist a (λi) displacement. Accorning to the model: the acting force (Fi) on the rivet is proportional with dispacement. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 15 Elastic „cushion” modell Gépelemek 1. From Twisting torque: 𝑇 = 𝐹𝑘 The force (Fi) on the rivet is normal to the radius. (ri) The further the rivet is from the rotational point the more force (Fi) is on it. From Vertical force: (Q) The loading (resultant) F force on the rivet is from: TWISTING & SHEARING 𝐹 = 𝐹𝑖 + 𝐹𝑄 Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 16 Construction improvement (assistance) Gépelemek 1. satisfactory a) Megfelelő M good b) Jó M Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 17 Pins & dowel pins Gépelemek 1. Detachable joints with functions: Attach elements, fix, guide, grip, centralize, secure, locate etc. Pin joints fix & locate, and in general do not allow any movement. Pins • • • are standardized: Cylindrical, taper pins, Groove pins, Dowel pins, spring dowel pins. Pin material is commonly steel. Can be normalized, hardened or annealed structural steel. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 18 Pins & dowel pins Gépelemek 1. Dowel pins Clevis pins & cotter pins Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 19 Clevis pins Gépelemek 1. Clevis pins are usually built into rotational pivots, hinges. The pin is in interference fitment in on element and in clearance fitment in the other element. Clevis pins are standardized: • • • • standard dowel pin, clevis pin with cotter pin hole, headed clevis pin, threaded clevis pin. Securing with cotter pins, spring washers, retaining rings, nuts etc. Pin materials generally are structural steel, high strenght annealed & hardened steel. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 20 Clevis pins Gépelemek 1. Clearance fit Clearance fit Interference fit Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 21 Clevis pins Gépelemek 1. State of stress of pins are shearing, bending & bearing pressure. At interference fitted pins shearing is major. At clearance fitted pins bending is major. The bearing stress to be also investigated. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 22 Clevis pins (calculation) Gépelemek 1. 𝑀ℎ 𝜎= < 𝜎𝑚𝑒𝑔 𝐾 𝐹 𝜏 = < 𝜏𝑚𝑒𝑔 𝐴 𝐹 𝐹 𝑝= 𝑖𝑛 𝑝𝑖𝑛 , 𝑝 = (𝑖𝑛 𝑓𝑜𝑟𝑘) < 𝑝𝑚𝑒𝑔 𝑑𝑏 2𝑑𝑡 Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 23 Pin riveting Gépelemek 1. Before upsetting Zömítés előtt a) b) c) Zömítés After után upsetting Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 24 Polymer form closing joints Gépelemek 1. a: szonotróda Ultrasonic welding (normal & shallow head) Normal head Shallow head Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 25 Polymer fastener clips (automotive) Gépelemek 1. Rivet clips Groove clips Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 26 Polymer clip joints Gépelemek 1. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 27 Polymer clip joints Gépelemek 1. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 28 Polymer clip joints Gépelemek 1. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 29 Polymer clip joints Gépelemek 1. Polymer clipping: Such a form closing joint when the connecting parts has interference during assembly, then the clips go to a non-strain standstill position Temporary strain 3-5 % as maximum Permanent strain 0-1 % as maximum Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 30 Calculation of clipping Gépelemek 1. General considerations: • mechanical load in joint • assembly disassembly forces Calculation of cantilever beams: • „f” calculation (sagging) Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 31 Calculation of clipping Gépelemek 1. Nomenclature: f= allowable sagging, ε= allowable strain, (megengedhető) kitérés l= beam lenght, h= beam height, b= beam width, e= neutral line, W= cross section factor E= Young”s modulus, Kitérítő erő Q= assembly force. Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 32 Allowable strain (assembly) values Gépelemek 1. In case of regular clipping back&forth the 60% of the values can be considered at calculations. POLYMER Allowable strain. ε% PE 8 PP 6 PA conditioned 6 PA just injected 4 PA with glass fibers 2 POM 6 % 6 PBT 5 % 5 PBT with glass fibers 1,5 PC 4 ABS 2,5 PS 1,8 PVC 2 Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 33 Calculation of clipping Gépelemek 1. Deflection of cantilever beam during assembly: Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 34 Calculation of clipping (modulus) Gépelemek 1. stress Secant modulus values of polymers versus strain Initial (tangent) & unloading secant modulus strain strain strain strain strain strain strain Determination of the secant modulus Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 35 Calculation of clipping (assembly&disassembly force) Gépelemek 1.  + tan  F = Q  tan( +  ) = Q  1 −  tan  Values of friction coefficient for various polymers: Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 36 Calculation of clipping (stress distribution) Gépelemek 1. Tangential stress Distribution of tangential (major) stress in tube during assembly Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 37 Calculation of clipping (pressure force) Gépelemek 1. Q is a function of... Q = f d E  X f = d X: geometrical factor Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 38 Calculation of clipping (deformation of parts) Gépelemek 1. During assembly: Other part Both parts Real acting force Acting force Acting force One part  + tan  F =Q 1 − tan  deflection deflection deflection deflection overlapping Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 39 Calculation of clipping (dimensioning example) Gépelemek 1. Material: Danamid 𝜀𝑚𝑒𝑔 = 2,5% 𝐸𝑠 = 1200 𝑀𝑃𝑎 𝜇 = 0,525 Dimensions l = 13 mm f = 2 mm  = 30o Width of clip b=5 mm. Determination the thickness of the clip (h) from deflection (sagging) f = 0,67  l2 h  h = 0,67  l2 f 0,025 132 = 0,67 = 1, 42 mm 2 Deflection force: 𝑏ℎ2 𝐸𝑠 ⋅ 𝜀 5 ⋅ 1, 42 1200 ⋅ 0,025 𝑄= ⋅ = ⋅ = 3,77 𝑁 6 𝑙 6 13 Assembly force: 𝜇 + 𝑡𝑔𝛼 0,525 + 𝑡𝑔30𝑜 𝐹=𝑄⋅ = 3,77 ⋅ = 5,96 𝑁 1 − 𝜇𝑡𝑔𝛼 1 − 0,525 ⋅ 𝑡𝑔30𝑜 Alakkal záró kötések| GÉPELEMEK 1. előadás 40