Классификация клепаных (заклепочных) соединений

В зависимости от назначения клепаные соединения бывают:

• прочные (силовые), обеспечивающие основной критерий работоспособности – прочность. Применяют для деталей общего назначения, в металлоконструкциях, в самолетостроении;

• прочноплотные, обеспечивающие прочность и герметичность соединения. Применяют в различных резервуарах. В настоящее время этот вид соединений вытеснили сварные соединения.

В зависимости от взаимного расположения склепываемых деталей различают соединения внахлестку и встык, с одной или сдвумя накладками.

В зависимости от числа рядов заклепок соединения бывают однорядными и многорядными. Для соединений встык число рядов учитывается по одну сторону стыка.

В зависимости от расположения заклепок в рядах различают соединения рядные и шахматные.

В зависимости от числа плоскостей среза одной заклепки различают односрезные и двухсрезные соединения.

***

Материал клепаных соединений и заклепок

Основными материалами склепываемых деталей являются низкоуглеродистые стали марок Ст0, Ст2, Ст3, цветные металлы и их сплавы.

К материалу заклепок предъявляются следующие требования:

• высокая пластичность для облегчения процесса клепки;

• одинаковый температурный коэффициент расширения с материалом склепываемых деталей во избежание дополнительных температурных напряжений в соединении при колебаниях температуры;

• однородность с материалом склепываемых деталей для предотвращения появления гальванических токов, сильно разрушающих соединения. Для стальных деталей применяют только стальные заклепки, для медных – медные, для алюминиевых – алюминиевые.

Заклепки изготавливают на высадочных автоматах из прутков стали или сплавов, аналогичных по составу материалу склепываемых деталей.  Наиболее часто для изготовления заклепок применяют стали марок Ст2, Ст3, 10, 15 и др. Из цветных металлов и сплавов часто используют Д18, В65 (алюминиевые), ВТ16, ОТ4 (титановые), М2 (медь), Л63 (латунь).

***



Допускаемые напряжения в клепаных соединениях

Допускаемые напряжения для материала заклепок и склепываемых деталей прочных и прочноплотных соединений принимают в соответствии с рекомендациями, основанными на опыте эксплуатации.

Так, для склепываемых деталей изготовленных из сталей Ст2 или Ст3 допускаемые напряжения на растяжение не должны превышать 140-160 МПа, а напряжения среза – не более 90-140 МПа.  Заклепки, выполненные из такого же материала допускают напряжения на срез – до 100 МПа, на смятие – 240-320 МПа.  Указанные напряжения для заклепок зависят от способа изготовления отверстия – для отверстий, изготовленных сверлением, допускаются большие напряжения.

При действии переменных нагрузок допускаемые напряжения уменьшаются на 10…25%, а при холодной клепке допускаемые напряжения для заклепок уменьшают на 30%.

***

Расчет на прочность клепаных (заклепочных) соединений

Расчет на прочность – основной критерий работоспособности прочных клепаных соединений – основан на следующих допущениях:

1. Силы трения на стыке деталей не учитывают, считая, что вся нагрузка передается только заклепками (наличие трения учитывают приближенно при выборе значений допускаемых напряжений).

2. Расчетный диаметр заклепки равен диаметру d₀ отверстия.

3. Нагрузка между заклепками распределяется равномерно.

41. Расчет на прочность элементов заклепочного шва

По назначению заклепочные соединения разделяют на прочные (в металлоконструкциях); прочноплотные (в котлах и резервуарах с высо¬ким давлением); плотные (в резервуарах с небольшим внутренним давлением). Каждая заклепка имеет свою зону действия D (рис. 2.3), на которую распространяются деформации сжатия в стыке деталей. Если зоны действия соседних заклепок пересекаются,то соединение будет ПЛОТНЫМ. Для обеспечения плотности шва иногда выполняют чеканку (пластическое деформирование листов, например, пневматическими молотками) вокруг закле¬пок и по кромкам листов. По конструктивному признаку различают заклепочные соединения внахлестку и встык, однорядные и многорядные, односрезные и многосрезные. На рис. 2.4: а — однорядный односрез- ный шов внахлестку; б— однорядный двухсрезный шов встык с двумя на¬кладками. Заклепочные соединения применяют для деталей, материал которых плохо сваривается, и в тех конструкциях, где важно растянуть во времени развитие про¬цесса разрушения. Например, разрушение одной или нескольких из тысяч закле¬пок крыла самолета еще не приводит к его разруше¬нию, но уже может быть обнаружено и устранено РИС 2.4    ПРИ контроле и ремонте. В сварных соединениях образование трещин сопровождается высокой концентрацией напряжений, что приводит к ускорению процесса разрушения. § 2.2. Расчет на прочность элементов заклепочного шва   Условия нагружения заклепок подобны условиям нагружения болтов, поставленных без зазора (ср. рис. 2.4 и 1.21). Поэтому для заклепок остаются справедливыми расчетные формулы (1.21) и (1.22), которые определяют прочность по  напряжениям среза τ и смятия асм. При расчетах заклепочных соединений, нагруженных силой в плоскости стыка, допускают, что нагрузка распространяется равномерно между всеми заклеп¬ками шва, силы трения в стыке не учитывают. На основные размеры заклепочных соединений выработаны нормы, которые рекомендуют выбирать d, /, е и δί в зависимости от толщины листов δ или размеров прокатного профиля (см. справочники [1, 4]). При этом расчет приобретает проверочный характер.

Ниже рассмотрены некоторые особенности конструкции и расчета заклепочных соединений. В соединениях широких листов (рис. 2.4) за расчетную нагрузку принимают силу Fn действующую на фронте одного шага /. При этом значение Ft обычно определяют по напряжениям растяжения σ' в сечении листа а — а, не ослабленном отверстиями под заклепки. Напряжение σ' полагают известным из основных расчетов конструкции (расчет прочности стенок котла, резервуара и т. п.): Ft = &tb. Прочность листа в сечении b — b a = Ftl[(t-d) δΜσ]. Отношение σ7σ = (ί-έ/)// = φ    (2.1) называют коэффициентом прочности заклепочного шва.

Заклепки изготовляют из стали, меди, латуни, алюминия и других металлов. Материал заклепок должен обладать пластичностью и не принимать закалки. Высокая пластичность материала облегчает клепку и способствует равномерному распределению нагрузки по заклепкам. При выборе материала для заклепок необходимо стремиться к тому, чтобы температурные коэффициенты линейного расширения заклепок и соединяемых деталей были равными или близкими. В противном случае при колебаниях температуры в соединении появляются температурные напряжения. Особую опасность представляет сочетание разнородных материалов, которые способны образовывать гальванические пары. Гальванические токи быстро разрушают соединение. Такое явление наблюдается в химической промышленности и судостроении. Поэтому для скрепления алюминиевых деталей применяют алюминиевые заклепки, для медных — медные. Допускаемые напряжения для заклепок (табл. 2.1) зависят в основном от характера обработки отверстия (продавленные или сверленые) и характера внешней нагрузки (статическая, динамическая).