Лекция 12. Заклепочные соединения

Виды заклепок и заклепочных швов. Заклепочное соединение - неразъемное соединение деталей при помощи заклепок.

Заклепка - крепежная деталь, состоящая из стержня цилиндрической формы и закладной головки. Основные типы заклепок показаны на (рис. 36).

а б в г д е

Рис. 36

 

В соответствии с назначением заклепочные соединения подразделяются на прочные, плотные и прочноплотные соединения.

Прочные заклепочные соединения применяются в стальных конструкциях подъемно-транспортных сооружений, фермах, узлах машин общего назначения.

Плотные заклепочные соединения применяются в конструкциях, требующих герметичность соединения.

Прочноплотные заклепочные соединения применяются в тех случаях, когда они должны обеспечивать кроме прочности еще и герметичность.

В прочных заклепочных соединениях применяют заклепки с полукруглой головкой (рис. 36, а); с плоской головкой (рис. 36, е), предназначенных для работы в коррозионных средах; с потайной головкой (рис. 36, д), применяемых при недопустимости выступающих частей; с полупотайной головкой (рис. 36, г) для соединения тонких листов; пустотелые со скругленной головкой (рис. 36, в) для соединения тонких листов и неметаллических деталей, не допускающих больших нагрузок.

В плотных и прочноплотных заклепочных соединениях применяют заклепки с полукруглой низкой головкой (рис. 36, б). Формирование замыкающей головки происходит в результате расклепывания стержня заклепки, вставленной в отверстия, соединяемых деталей.

Для облегчения ввода заклепки отверстия в деталях делают несколько больше, чем диаметр заклепки. Изготовление отверстий осуществляют путем сверления (точный способ) или путем продавливания (грубый способ). Диаметр отверстия в деталях зависит от диаметра заклепки и способа изготовления отверстия.

В процессе клепки за счет протекания поперечной упругопластической деформации стержня заклепки происходит заполнения технологического зазора между стержнем и стенками отверстия. Клепку производят без нагрева заклепок, если их диаметр не превышает 12 мм, и с нагревом до температуры 1000... 1100⁰С, если диаметр больше 12 мм. Формирование замыкающей головки у заклепок из цветных металлов и сплавов проводят без нагрева.

Рис. 37

Виды и параметры заклепочных швов. В зависимости от расположения соединяемых деталей различают заклепочные швы внахлестку (рис.37, а) и встык с одной накладкой и двумя накладками (рис 37, б).

Геометрические параметры заклепочного шва определяют по эмпирическим зависимостям.

Диаметр заклепок в односрезном силовом соединении определяют по зависимости:

 

 

где s - толщина соединяемых элементов.

Для двухсрезных заклепочных соединений диаметр заклепки определяют из соотношения

 

 

В конструкциях из легких сплавов формирование замыкающей головки происходит в холодном состоянии, поэтому силы сжатия соединяемых деталей и силы трения в заклепочном соединении небольшие. В связи с этим заклепки в основном работают на срез. Поэтому рекомендуется рассчитывать диаметр заклепки по зависимости:

 

мм.

 

Минимальный шаг t размещения заклепок определяется из условия удобства формирования замыкающей головки. Максимальный шаг заклепочного соединения определяется условием плотного соприкосновения листов и зависит от жесткости соединяемых элементов. Обычно он изменяется в пределах .

Расстояние е от центра заклепки до края листа в направлении действующей силы принимают в зависимости от способа изготовления отверстия:

(отверстия сверленные) и (отверстия продавленные).

В конструкциях из легких сплавов -

Расстояние от центра заклепки до края листа в направлении, перпендикулярном линии действия силы

При расчете заклепочного соединения, нагруженного силой в плоскости стыка, необходимо обеспечить:

n прочность заклепок на срез;

n прочность заклепок и стенок отверстий в соединяемых элементах на смятие;

n прочность соединяемых элементов по сечениям, ослабленным отверстиями под заклепки, на растяжение;

n прочность краев соединяемых элементов на срез заклепками.

При получении расчетных формул делаются следующие допущения:

1) усилие, передаваемое соединением, распределяется между заклепками равномерно, т.е. все заклепки нагружены одинаково;

2) касательные напряжения среза распределены по поперечным сечениям заклепок равномерно;

3) напряжения смятия в каждой точке поверхности контакта заклепки и стенки отверстия нормальны к этой поверхности и по модулю одинаковы;

4) разгружающее влияния сил трения, действующих на поверхности контакта, не учитывается и считается, что усилие полностью передается заклепками.

Рис. 38

Рассмотрим расчетные зависимости на примере однорядного шва в нахлестку (рис. 38).

При действии внешней силы разрушение стержня заклепки в результате среза происходит по сечению, лежащему в плоскости стыка соединяемых деталей (на рис. 38 сечение условно показано волнистой линией)

Условие прочности заклепки по допускаемым напряжениям среза имеет вид:

 

где F - внешняя сила, действующая на заклепочное соединение;

d _o - диаметр отверстия;

i - число плоскостей среза стержня заклепки;

- допускаемое напряжение на срез для материала заклепки.

При изготовлении заклепки из менее прочного материала, чем материал соединяемых деталей, то при нагружении соединения внешней силой возможно смятие стержня заклепки. Условие прочности по допускаемым напряжениям смятия имеет вид

 

 

где - меньшая толщина соединяемых деталей;

- допускаемое напряжение на смятие материала заклепки.

Разрушение деталей по нормальному сечению I - I (см. рис. 36), ослабленному отверстиями под заклепки, может произойти под действием большой внешней нагрузки. Для обеспечения прочности соединяемых деталей нормальное растягивающее напряжение в этом сечении должно удовлетворять условию:

 

;

 

где - ширина соединяемых деталей;

- число заклепок в рассматриваемом сечении;

- допускаемое напряжение на разрыв для материала листа.

Условие прочности на срез края соединяемых деталей

 

 

При действии знакопеременной нагрузки на заклепочное соединение, допускаемые напряжения понижаются путем умножения на коэффициент

 

где a, b - коэффициенты, зависящие от материала заклепок.

F _min, F _max - минимальное и максимальное значение действующей силы.

Расчет плотных заклепочных швов. Плотные заклепочные швы должны не только прочными, но и обеспечивать герметичность. Герметичность может быть обеспечена при условии отсутствия взаимного смещения соединяемых деталей.

Величину, характеризующую герметичность, невозможно определить теоретически. Для оценки герметичности вводится понятие коэффициента скольжения.

Коэффициент скольжения - это сила сопротивления проскальзыванию соединяемых деталей, условно отнесенная к единице площади поперечного сопротивления заклепок

 

 

где - усилие, приложенное к листу на участке шага;

- число заклепок, приходящееся на полосу шириной, равной одному шагу;

- допустимый коэффициент скольжения, зависящий от типа шва.

Усилие, приложенное к листу на участке шага, для продольного шва рассчитывают по зависимости а для поперечного заклепочного шва

Расчет плотных заклепочных соединений начинают с определения толщины стенки сосуда.

 

 

где D - внутренний диаметр сосуда;

p - давление на поверхность стенки сосуда;

- коэффициент прочности продольного шва;

- допускаемое напряжение при растяжении материала стенки сосуда;

= 1... 3 мм - припуск на коррозию металла.

Допускаемое напряжение при растяжении при нагреве стенки сосуда до 250⁰С определяют по зависимости:

 

=

 

где - предел прочности материала стенки сосуда при растяжении;

- коэффициент запаса прочности.

Для заклепочного шва в нахлестку = 4, 75, а для заклепочного шва двухрядного и трехрядного в стык с двухсторонними накладками = 4, 00.