15. Заклепочные соединения. Условия нагружения заклепок. Прочные и прочноплотные заклепочные соединения. Применяемые материалы.

Заклепка представляет собой стержень круглого сечения с головками на концах, одну из которых, называемую закладной, выполняют на заготовке заранее, а вторую, называемую замыкающей, формируют при клепке. Заклепки стягивают соединяемые детали, в результате чего часть или вся внешняя продольная нагрузка на соединения передается силами трения на поверхности стыка.

Рисунок – Заклёпка с полукруглыми головками и простейшее заклёпочное соединение

Заклепочные соединения разделяют на: 1) силовые (иначе называемые прочными соединениями), используемые преимущественно в металлических конструкциях машин, в строительных сооружениях;

2) силовые плотные (иначе называемые плотнопрочными соединениями), используемые в котлах и трубах, работающих под давлением.

Материал заклепок должен быть достаточно пластичным для обеспечения возможности формирования головок и однородным с материалом соединяемых деталей во избежание электрохимической коррозии. Стальные заклепки обычно изготовляют из сталей Ст2, Ст3, 09Г2 и др.

В соответствии с обычными условиями работы заклепочных соединений основными нагрузками для них являются продольные силы, стремящиеся сдвинуть соединяемые детали одну относительно другой. В плотном и точном соединениях необходимо, чтобы вся внешняя нагрузка во избежание местных сдвигов воспринималась силами трения.В заклепочном соединении допустимая нагрузка, отнесенная к одной заклепке:

где d - диаметр стержня заклепки; [τ]ср - условное допускаемое напряжение заклепки на срез; i - число срезов.

а, б — со сферическими и плоскими головками, в, г — с головкой впотай,

д — с углублением под пуансон, е — с прошиванием отверстия пуансоном)

и процесс клепки (ж — начало, з — конец)

16. Валы и оси. Расчет по сопротивлению усталости. Запас сопротивления усталости.

Валы - детали, предназначенные для передачи крутящего момента вдоль своей оси и для поддержания вращающихся деталей машин. Вал воспринимает силы, действующие на детали, и передает их на опоры. При работе вал испытывает изгиб и кручение.

Оси предназначены для поддержания вращающихся деталей, полезного крутящего момента не передают. Оси не испытывают кручения. Оси могут быть неподвижные и вращающиеся. Валы и оси бывают: гладкие (пост. диаметра) и ступенчатые.

Прямой вал: 1 — вал; 2 — опоры вала; 3 — цапфы; 4 — шейка

Основный вид разрушения – усталостное разрушение.

Усталостная прочность вала (оси) обеспечена, если соблюдается условие

,

где s и [s] — фактический (расчетный) и допускаемый коэффициенты запаса прочности для опасного сечения; (обычно [s] = 1,5 ÷ 2,5; для валов передач [s]> 1,7 ÷ 3).

При расчете на усталостную прочность необходимо установить характер цикла изменения напряжений. При расчете валов (осей) на усталостную прочность принимают, что напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу, а напряжения кручения — по пульсирующему (отнулевому) циклу.

Для опасных сечений определяют коэффициенты запаса сопротивления усталости и сравнивают их с допускаемыми. При одновременном действии напряжений изгиба и кручения коэффициент запаса сопротивления усталости определяют по формуле

где s_σ – коэффициент запаса сопротивления усталости по нормальным напряжениям при изгибе; s_τ – коэффициент запаса сопротивления усталости по касательным напряжениям при кручении

В этих формулах σ_-1 и τ_-1 – пределы выносливости соответственно при изгибе и при кручении при симметричном цикле изменения напряжений. Это характеристики материала, которые выбираются по справочникам или по приближенным формулам:

σ_-1 = (0,4...0,5) σв; τ_-1=(0,2...0,3)τв;

σ_а и τ_а – амплитуды переменных составляющих циклов напряжений;

σ_m и τ_m– средние напряжения циклов соответственно при изгибе и кручении.

Согласно принятому условию (см. рис. 11), при расчете валов

; ;

и — коэффициенты, учитывающие влияние асимметрии цикла напряжений на прочность вала соответственно при изгибе и при кручении. Эти значения зависят от механических характеристик материала.

Kd – масштабный фактор, то есть коэффициент, учитывающий влияние размеров сечения вала на прочность (выбирают по справочникам в зависимости от диаметра и марки материала); KF – фактор шероховатости поверхности (выбирают по справочникам в зависимости шероховатости поверхности и предела прочности стали); К – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении (выбирают по табл.).