3.1. Заклепочные соединения

Заклепочные соединения неразъемные и неподвижны. Применяют их для изделий из листового, полосового или профильного проката в конструкциях, работающих при знакопеременных нагрузках (ударных, вибрационных), для соединения деталей, материал которых плохо сваривается или не допускает нагрева.

Соединение образуют применением заклепок – крепежных деталей из высокопластичного материала. Чаще всего заклепка состоит из стержня 1, имеющего закладную головку 2. Форма головки может быть различной (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Типы заклепок с головками: а) – полукруглой; б) – потайной;

в) – полупотайной; г) - плоской

Заклепку устанавливают в отверстия соединяемых деталей и, деформируя выступающую часть стержня, образуют вторую головку – замыкающую.

По назначению заклепочные соединения разделяют на прочные (в металлоконструкциях), плотные (в резервуарах с небольшим внутренним давлением) и прочноплотные (в котлах и резервуарах с высоким давлением). Вместе с соединяемыми деталями заклепки образуют заклепочные швы, которые могут быть однорядными и многорядными.

Недостатками заклепочного соединения являются: ослабление сечения деталей отверстиями под заклепки (на 10-20%), высокая трудоемкость изготовления и увеличение массы клепаной конструкции. Поэтому в настоящее время клепаные соединения вытеснены более экономичными и технологичными сварными и клееными соединениями.

3.1.1. Расчет прочных клепаных соединений

Основным критерием работоспособности таких конструкций является прочность. При расчете принимаются следующие допущения:

• нагрузка F распределяется между заклепками шва равномерно;

• силы трения между склепанными деталями не учитываются;

• напряжения в сечениях распределены равномерно;

• момент пары сил F в нахлесточных соединениях, ввиду малого плеча С, не учитывается.

В процессе клепки материал заклепки осаживается и заполняет отверстие, поэтому расчет ведут по диаметру уже поставленной заклепки (т.е. по диаметру d₀ отверстия).

Рис.3.2. Схема к расчету прочного клепаного соединения

Расчетные формулы имеют следующий вид:

а) прочность заклепок на срез (в сечении 1-1)

,

где Z – число заклепок шва;

А_ср – площадь среза заклепки, ,

i – число плоскостей среза;

d₀ – расчетный диаметр заклепки.

б) прочность заклепок на смятие

,

где А_см – площадь смятия заклепки, ,

- меньшая из толщин соединяемых деталей.

в) прочность соединяемых деталей на растяжение (в сечении 3-3)

,

где А_р – площадь поперечного сечения детали на фронте одного шага Р, ,

Р – шаг установки заклепок, Р=(3…6)d,

d – диаметр заклепки.

г) прочность соединяемых деталей на срез (в сечениях 2-2)

,

где А_ср – площадь соединяемой детали, работающая на срез,

,

е – расстояние от центра заклепки до края листа, .

Длина сечения 2-2 уменьшена на величину d₀/2, т.к. материал сначала сминается на эту величину, а потом происходит срез.

Заклепки изготавливают из различных материалов: стали, алюминия, меди, латуни. Материал должен быть пластичным, это облегчает клепку и способствует равномерному распределению нагрузки по заклепкам. При выборе материала для заклепок необходимо, чтобы температурные коэффициенты линейного расширения заклепок и соединяемых деталей были равными или близкими. В противном случае при колебаниях температуры в соединении появятся температурные напряжения. Допускаемые напряжения для заклепок из стали (сталь Ст.0, Cт.2, Ст.3) принимаются в пределах: [σ_см] – 280…320 МПа, [τ_ср] – 100…140 МПа.