2.2.Неразъемные соединения

2.2.1.Заклепочные соединения (Вопрос 37)

Заклепочным называется неразъемное соединение деталей (как правило, листовых), выполненное с использованием вспомогательных элементов – заклёпок. Заклёпка представляет собой стержень круглого поперечного сечения с головками на концах. Заклепка устанавливается в отверстие, имеющее несколько больший диаметр, нежели у самой заклепки. В результате клепки специальным инструментом образуется плотное соединение (Рис.1.А). Для облегчения сборки, или процесса клепки, заклепка изготовляется из пластичного материала, а в отдельных случаях она может быть полой (Рис.1.Б).

Рис.1. (А и Б). Виды заклёпок.

Заклепочные соединения главным образом применяются в самолето- и судостроении в таких конструкциях, которые нагружаются переменной во времени силой большой величины, особенно если нагрузка параллельна плоскости стыка. Заклепки применяются также в конструкциях, когда соединяемые детали, выполнены из не допускающих использование сварки материалов (например: дюралюминий и титан, задний лонжерон закрылка: накладки титановые, стенка лонжерона и пояса - дюралюминиевые).

По своему назначению заклепки бывают силовыми и прочноплотными. Силовое заклепочное соединение, применяемое обычно в металлоконструкциях, обеспечивает прочность, а прочноплотное, помимо прочности – герметичность соединения за счет использования различных покрытий. Прочноплотные заклепочные соединения используются в топливных баках (корабли, самолеты), котлах, резервуарах и т.п.

По конструктивному решению соединение может быть выполнено внахлестку (Рис.2.А) и встык с использованием одной или двух накладок (Рис.2.Б).

Рис. 2.(А и Б). Заклёпочное соединение внахлёстку и встык.

Заклепки в соединении, как правило, устанавливаются группами по несколько заклепок, образуя при этом заклепочные швы, выполненные внахлест или встык. Количество и размеры заклепок определяется расчетом, однако диаметр d заклепки не рекомендуется брать больше 10мм.

Заклепки изготовляются из алюминиевых сплавов, сталей, меди, латуни и сплавов из них.

Расчет единичной заклепки (Вопрос 38)

Методику расчета заклепочного соединения рассмотрим на примере изолированной заклепки. (Рис.1.А).

Основной вид нагружения заклепочного соединения – силами и моментами, действующими в плоскости соединяемых деталей. Предположим, что внешняя сдвигающая сила Fs, приложенная к заклепочному соединению, действует в плоскости соединяемых листов и проходит через центр тяжести поперечного сечения заклепки. Разрушение соединения оказывается возможным в зоне действия наибольших касательных напряжений. По характеру разрушения этот случай не отличается от случая расчета винтов, установленных в отверстие без зазора.

Основной причиной разрушения заклепки является ее срез, вызванный высоким уровнем касательных напряжений דs. Условие статической прочности или условие прочности на сопротивление сдвигу записывается в виде:

ד_s=F_s /А = 4 F_s / π d² ≤ ד_аs (1)

А – площадь сечения заклепки, ד_аs – допускаемое касательное напряжение при сдвиге.

Из условия прочности на срез (1) можно определить диаметр d заклепки:

d ≥ √ (4 F_s / π ד_аs ) (2)

Для соединения с двумя накладками срез может происходить по двум поверхностям. В таком случае при выполнении проектировочного расчета предполагается, что внешняя сила распределяется по поверхностям среза равномерно.

Допускаемое касательное напряжение при сдвиге דаs при расчете статической прочности рекомендуется определять из соотношения

ד_аs = 0.2 σ_в (3)

где σ_в – Значение предела прочности материала заклепки.

Кроме того, соединения малой толщины, следует проверить на отсутствие пластических деформаций в контакте от действия нормального давления на цилиндрической поверхности заклепки, т.е. на смятие. По аналогии с болтовыми соединениями, установленными без зазора, условие прочности заклепочного соединения на смятие имеет вид:

σ_с= F_s / δ d ≤ σ_ас (4)

где δ – минимальная толщина листа соединения.

Рекомендуемое значение допускаемого напряжения смятия при расчете статической прочности равно:

σ_ас=(0.4÷0.5) σ_в (5)

где σ_в – наименьшее значение предела прочности по отношению ко всем находящимся в контакте деталям.

В тех случаях, когда количество заклепок велико и отверстия под заклепками сильно ослабляют соединяемые листы, необходимо выполнить расчет прочности этих листов.

Диаметры и длины заклепок стандартизированы и выбираются из нормального ряда чисел.

В том случае, если заклепки работают в условиях действия переменных сил, расчет прочности на срез выполняется аналогично рассмотренному выше (смотри формулу 2), а переменный характер нагружения учитывается умножением допускаемых напряжений ד_аs на коэффициент γ (γ ≤ 1).

d ≥ √ (4 F_s / π ד_аs γ) (6)

Расчет группового заклепочного соединения полностью аналогичен расчету группы винтов.