Заклепочные соединения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Заклепочные соединения

§1. Общие сведения

Заклепочные соединения относятся к неразъемным. Они используются для соединения листов и фасонных прокатных профилей. Заклепочное соединение образуется расклепыванием стержня заклепки, вставленной в отверстие деталей, как показано на рис.1.

Рис. 1

Заклепка 1, имеющая стержень диаметром d и закладную головку А, свободно вставляется в отверстия деталей, так как диаметр этих отверстий больше диаметра стержня заклепки. Закладная головка устанавливается на поддержке 2, а обжимка 3 в процессе заклепывания формирует замыкающую головку Б. Заклепывание или клепка может быть ручной или машинной. Ручная клепка производится ударами молотка по обжимке, а машинная - на прессах или ручными пневматическими молотками. При этом склепываемые детали прижимаются к поддержке специальным прижимом 4.

Заметим, что при пластическом деформировании в процессе клепки, стержень заклепки увеличивается и заполняет зазор в отверстиях деталей.

Заклепочные соединения стандартизованы. Стандарт регламентирует форму закладной головки, диаметр стержня заклепки и диаметр отверстия в деталях.

Стальные заклепки малого диаметра (до 10 мм) и заклепки из цветных металлов устанавливаются без предварительного нагрева методом холодной клепки. Стальные заклепки с диаметром больше 10 мм устанавливаются после их предварительного нагрева методом горячей клепки.

Заклепочные соединения широко применяются в самолетостроении и вертолетостроении ввиду своей большей надежности по сравнению со сварными соединениями. Кроме того, заклепочные соединения используются в металлоконструкциях (производство подъемных кранов, мостостроение), котлах и резервуарах.

§2. Классификация заклепок и заклепочных соединений

Существует большое количество разнообразных заклепок и заклепочных соединений. Проведем их классификации по конструкции, материалам и назначению.

Заклепки различают по следующим признакам.

1. По конструкции головок:

а) с плоской головкой (рис. 2а);

б) с плоскоконической головкой (рис. 2б);

в) с полукруглой головкой (рис. 2в);

г) с полупотайной головкой (рис. 2г);

д) с потайной головкой (рис. 2д);

2. По конструкции стержня:

а) сплошные; такие заклепки штампуются из калиброванной проволоки с любой из вышеуказанных форм головок;

б) трубчатые (рис. 2е); используются в случаях, когда усилия, приложенные к деталям соединения, невелики; применяются также для соединения деталей из металла и пластмассы, как показано на рисунке;

в) заклепки для односторонней клепки; используются, если нет доступа к замыкающей головке - примером может служить пустотелое крыло самолета; на рис. 2ж показана пустотелая заклепка с коническим отверстием, она вставляется в отверстия соединяемых деталей вместе с конической оправкой и прижимается к этим деталям специальным прижимом; после протягивания оправки через отверстие заклепки она заполняет отверстие и образуется замыкающая головка; на рис. 2з показана заклепка с пороховым зарядом - после его взрыва образуется замыкающая головка и стержень заклепки заполняет отверстие.

Рис. 2

3. По материалу:

а) стальные;

б) медные;

в) латунные;

г) алюминиевые;

д) прочие.

Для облегчения клепки материал заклепок должен быть достаточно пластичным. Материалы заклепок и соединяемых деталей не должны быть разнородными из-за возможности образования гальванических пар, что может быстро разрушить соединение. Поэтому для скрепления алюминиевых деталей используют алюминиевые заклепки, для медных - медные и т.д.

Перейдем теперь к классификации соединений. Для образования неподвижных соединений при помощи заклепок используется большое количество заклепок, установленных в один или несколько рядов. Такое соединение называется заклепочным швом. Швы различают по следующим признакам.

1. По назначению заклепочных швов:

а) прочные (металлоконструкции в мостостроении, судостроении, авиастроении);

б) прочноплотные - помимо прочности такие швы должны обеспечить и герметичность соединения (котлы и резервуары с высоким давлением жидкости или газа);

в) плотные (резервуары с небольшим давлением).

Рис. 3

Заклепки устанавливаются в шве с определенным шагом t (рис. 3а). Каждая заклепка имеет свою зону действия диаметром D, на которую распространяются деформации в стыке деталей. В плотном шве зоны действия соседних заклепок должны пересекаться, как показано на рис. 3а, то есть, должно соблюдаться условие t < D.

Для большей надежности плотного шва иногда выполняют чеканку (пластическое деформирование) кромок соединяемых листов с помощью пневматического молотка, оснащенного инструментом, называемым «чекан». В ряде случаев для этой же цели делают подварку соединяемых листов по кромкам (рис. 3б).

2. По конструкции заклепочных швов различают следующие соединения:

а) внахлестку (рис. 4а);

б) встык с одной накладкой (рис. 4б);

в) встык с двумя накладками (рис. 4в).

Рис. 4

Ниже будет показано, что заклепки работают на срез, поэтому соединения внахлестку и с одной накладкой называются односрезными, а с двумя накладками - двухсрезными.

3. По числу рядов заклепок в каждом листе различают швы:

а) однорядные;

б) многорядные (двухрядные, трехрядные и т.д.)

Многорядные швы могут быть с рядовым (рис. 5а) и шахматным (рис. 5б) расположением заклепок. Оба шва, показанные на рис. 5. являются двухрядными с двумя накладками.

Рис.5

§3. Расчет на прочность заклепочных соединений

Условия работы и расчет заклепок подобны условиям работы и расчету болтов, поставленных без зазора. При расчетах заклепочных швов, нагруженных сдвигающей силой, принимается, что нагрузка распространяется равномерно между всеми заклепками, а сила трения в стыке деталей не учитывается. Расчет производится на срез и смятие заклепки. При этом следует учитывать, что на заклепочные соединения существуют нормативы [10], которые рекомендуют выбирать основные размеры в зависимости от толщины листов. Поэтому расчет приобретает проверочный характер.

Напряжение среза

- для односрезного шва (рис. 6):

(1)

- для многосрезного шва (обычно n = 2):

(2)

Для заклепок из Ст2 и Ст3 [ф_cр] = (100 130) МПа.

Рис. 6

Напряжение смятия:

(3)

где д - наименьшая толщина соединяемых деталей.

Для заклепок из Ст2 и Ст3 [у_см] = (250 300) МПа.

Кроме расчета заклепок следует проверить соединяемые листы, учитывая, что их прочность уменьшилась из-за просверленных для заклепок отверстий. При соединении листов заклепочными швами за расчетную нагрузку принимают силу F_t, действующую на длине одного шага t установки заклепок (рис. 7).

Рис. 7

Отверстия диаметром d под заклепки ослабляют соединяемые листы с толщиной д. Чтобы определить степень этого ослабления, определим напряжения в листе от действия растягивающей силы в сечении а - а, не ослабленном отверстиями, и в сечении б - б, проходящем по заклепкам.

Напряжение растяжения в сечении а - а:

(4)

Напряжение растяжения в сечении b - b:

(5)

Отношение меньшего напряжения у (4) к большему (в ослабленном сечении) у_З (5) называется коэффициентом прочности заклепочного шва

(6)

Эта формула показывает, как уменьшается прочность листов при соединении заклепками. Например, для однорядного односрезного заклепочного шва при стандартных размерах ц = 0,65, то есть, образование заклепочного соединения уменьшает прочность листов на 35 %. Для увеличения значения ц, применяют многорядные и многосрезные швы.

заклепочный профиль прочность

Литература

1. Авиационные зубчатые передачи и редукторы. Справочник. Под редакцией Булгакова Э.Б. Москва, «Машиностроение», 1981.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В трех томах. Москва, «Машиностроение», 1982.

3. Детали машин. Атлас конструкций. Под ред. Решетова Д.Н. Москва, «Машиностроение», 1989.

4. Детали машин. Сборник материалов по расчету и конструированию в двух книгах. Под редакцией Ачеркана Н.С. Москва, Машгиз, 1953.

5. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. Москва, 1978.

6. Иванов М.Н. Детали машин. Москва, «Высшая школа», 1991.

7. Конструирование машин. Справочно-методическое пособие в двух томах. Под редакцией Фролова К.В. Москва, «Машиностроение», 1994.

8. Кудрявцев В.Н. и др. Курсовое проектирование деталей машин. Ленинград, 1984.

9. Основы расчета и конструирования деталей летательных аппаратов. Под ред. Кестельмана В.Н. Москва, 1989.

10. Справочник машиностроителя, том 4, книги I и II. Под редакцией Ачеркана Н.С. Москва, Машгиз, 1963.

11. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. Под редакцией Крагельского И.В. и Алисина В.В. Москва, «Машиностроение», 1978.

Размещено на Allbest.ru