Часть 2

ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

2.1.Общие сведения

Соединение, осуществляемое заклепками, относится к неразъемным соединениям, т. к. для того чтобы разъединить детали необходимо разру­шить заклепки.

Заклепки применяют в соединениях, для которых методы сварки и склеивания малоэффективны или непригодны: в соединениях деталей из разнородных материалов, цветных металлов и сплавов, где нагрев недопус­тим из-за коробления; в особо ответственных случаях; в соединениях рабо­тающих при вибрационных нагрузках (авиация) и др.

Заклепка представляет собой стержень круглого поперечного сечения с головками по концам, одна из которых, называемая закладкой, изготовля­ется вместе со стержнем, а другая, называемая замыкающей, выполняется в процессе клепки.

Существуют различные формы заклепок, установленные ГОСТом (рис. 1.10).

Достоинства:

• высокая прочность и надежность соединения;

• возможность соединения деталей из любых материалов;

• высокая работоспособность при ударных и переменных нагрузках. Недостатки:

• ослабление соединяемых деталей отверстиями под заклепки;

• сложность технологического процесса изготовления клепаных конст­рукций;

• соединение встык требует дополнительных деталей-накладок.

Рис. 1.10. Формы заклепок:

а — с полукруглой головкой; б, в — с потайной или полупотайной головкой (судостроение, самолетостроение); г — с бочкообразной головкой; д — с широкой головкой для соединения тонколистовых материалов; е — трубчатые заклепки, применяются в соединениях неметалли­ческих слабонагруженных соединениях; ж — взрывные заклепки, применяются в труднодос­тупных местах для образования замыкающей головки

Рис. 1.11. Заклепочные соединения внахлестку:

а — однорядные; б — двухрядные; в — двухрядные с шахматным расположением заклепок; р — шаг между осями заклепок; е — расстояние от оси заклепок до края детали (листа); е1 — рас­стояние между рядами заклепок; при нахлесточном соединении заклепок — обозначения те же

2.2.Классификация заклепочных соединений

а) по назначению:

прочные соединения (металлоконструкции);

прочноплотные (резервуары высокого давления);

плотные (емкости с небольшим давлением).

б) по конструктивному признаку:

соединения нахлесточные одно-, двух- и многорядные (рис. 1.11);

соединения встык (рис. 1.12).

2.3.Критерии работоспособности и их расчет

Опыт эксплуатации конструкций показал, что нарушения соединений вызываются обрывом головки с разрушениями стержней, смятием стенок отверстий и стержней, а также разрушением соединяемых листов,

Рис. 1.12. Заклепочные соединения встык

а — односрезные заклепочные соединения; б — двухсрезные заклепочные соединения; в — двух-срезные заклепочные соединения с шахматным расположением заклепок

ослабленных отверстиями. Следовательно, основными критериями работоспо­собности являются прочность заклепок и листов соединений.

При расчете прочных швов предполагается, что нагрузка F распределя­ется между заклепками шва равномерно, а сила трения, возникающая меж­ду соединенными деталями, в расчете не учитывается.

В нахлесточном соединении (рис. 1.13, а) внешние нагрузки F образуют пару сил, момент которой мал в связи с малым плечом.

Расчетные формулы на прочность следующие:

1. Условие прочности заклепок на срез (рис. 1.13, а):

где

-число плоскости среза (на рис.1.13, а =1, на рис. 1.13, б =2);

z - число заклепок шва

- табл. 1.5.

2. Условие прочности соединяемых деталей на смятие (рис. 1.14).

г де

- меньшая из толщины соединяемых деталей

z – число заклепок в ряду

3. У словие прочности соединяемых деталей на растяжение:

ш аг р заклепочного соединения принимают р=(3…6)d;

d-диаметр заклепки;

Таблица 1.5. Выбор допускаемых напряжений

Вид напряжений	Обработка отверстия	Допускаемые напряжения, МПа
		СТО и Ст2	СтЗ
Срез Срез Смятие Смятие Смятие	Сверление	140	140
	Продавливание	100	100
	Сверление	280	320
	Продавливание	240	280

Примечание. При переменных нагрузках допускаемые напряжения рекомендуют пони­жать в среднем на 10...20 %.

Задача 1. Проверить прочность изображенного на рис. 1.14 заклепочно­го соединения, если F= 87 кН. Допускаемые напряжения на растяжение листов [ ]_р=140 МПа, на смятие [ ]_см = 280 МПа, на срез заклепок [ ]_ср = 100 МПа. Толщина листов _Л соединяемых встык деталей равна 10 мм, толщина накладок _Н каждой равна 6 мм. Диаметр заклепок d = 17 мм, ширина листов b= 150 мм.

Решение.

1.1.Проверка прочности листа на растяжение в сечении, ослабленного отверстиями под заклепки:

1.2.Проверка прочности заклепок на срез, учитывая, что в данном со­единении заклепки двухсрезные.

где z — число заклепок на половине стыка, z = 2.

1.3.Проверка прочности листов на смятие (рис. 1.14):

Итак, проверка прочности листов на растяжение, заклепок на срез и листов на смятие проведена, прочность листов и заклепок обеспечена.

Рис. 1.14. Конструкция клепаного узла фермы

Задача 2. Две полосы соединены внахлест­ку пятью заклепками (рис. 1.15). Определить напряжения в сечении II—II, ослабленном от­верстиями под заклепки. Толщина каждого листа = 7 мм. Проверить прочность заклепок СтЗ, диаметр заклепок d=14 мм, допускаемое напряжение на срез [ ]_ср = 140 МПа, нагрузка на соединение F= 90 кН.

Решение.

2.1. Определить напряжения в сечении II—II листа. Полоса работает на растяжение.

2.2. Проверить прочность заклепок на срез:

здесь z — общее число заклепок;

_ср= 116 МПа<[ ]_ср 140 МПа.

Задача 3. Узел фермы (рис. 1.16) состоит из фасонки (листа), раскоса и стойки, которые крепятся заклепками. Диаметр заклепок d = 17 мм. Уси­лия в раскосе N1= 110кН, в стойке N₂ = 80 кН. Толщина фасонки = 6 мм. Определить необходимое число заклепок, если[ ]_ср = 140 МПа; [ ]_см = 300 МПа.

Решение.

1. Определить число заклепок z для раскоса, заклепки двухсрезные.

Рис. 1.16. Узел фермы

Рациональное раз

заклепок

следовательно

Число заклепок из условия смятия листа

следовательно

Из полученных значений z принимаем большее, округляя до целого числа z = 4.

3.2. Определить число заклепок для стойки из условия среза:

2. Число заклепок из условия смятия листа

Рис. 1.17. Смещенные заклепки

Принимаем для стойки z= 3.

Встречаются конструкции, в которых со­единяемые части располагаются под углом друг к другу (например, узлы ферм, каркасов зданий). Узлы состоят из стандартных про­катных профилей (уголки, швеллеры).

В расчетах таких соединений необходимо учитывать:

А. Стержни (уголки и др.) следует располагать так, чтобы линии действия сил N1, N₂, N₃, проходящие через центры тяжести сечений, пересекались в одной точ­ке. В противном случае появляются моменты.

Б. Заклепки располагать ближе к оси, проходящей через центр тяжести сечения.

Разъемные соединения