211

Продолжение Табл. 5.2.

С увеличением площади пайки несущая способность соединений возрастает. Внахлесточныхсоединенияхбольшийэффектимеетувеличениеширины пайки, чем увеличение длины нахлестки.

5.2.3. СОЕДИНЕНИЯ СКЛЕИВАНИЕМ

Благодаря созданию высококачественных клеев на основе полимеров соединениюсклеиваниемподвергаютсяпрактическивсепромышленныематериалы (стали, сплавы, серебро, медь, пластики, дерево и др.).

Клеевые соединения по сравнению с заклепочными, сварными и паяными имеют ряд преимуществ: возможность соединения деталей из разнородных материалов, в том числе из тонколистовых, не поддающихся сварке и пайке; равномерное распределение напряжений по всей склеиваемой поверхности и, как следствие, снижение концентрации напряжений и повышение выносливости клеевого соединения; высокую коррозионную стойкость; герметичность; низкую себестоимость.

Основныенедостаткиклеевыхсоединений:старениесовременем;ограниченный диапазон рабочей температуры (от – 60° до + 300° С); малая прочность при неравномерном отрыве (отдире); необходимость сложной оснастки для изготовления сложнопрофильных конструкций и точной пригонки склеиваемых поверхностей; трудность контроля качества склейки.

На рис. 5.7 представлены наиболее распространенные типы клеевых соединений: нахлесточные (а), врезные и стыковые по косому срезу, позволяющие получать гладкие внешнюю и внутреннюю поверхности (б), с накладками

(в).

Для повышения прочности соединения внахлестку выполняют так, чтобы плоскость клеевого слоя находилась в плоскости воспринимаемых им нагрузок, а само соединение работало на сдвиг. Для уменьшения напряжений отрыва, возникающих по краям плоскости склеивания, соединяют детали со скошенными на ус концами нахлестки (рис. 5.7, а). Прочность такого соединения в 1,5...2 раза больше, чем прочность соединения с прямыми концами при прочих равных условиях.

Прочность клеевых соединений зависит от толщины слоя клея. Рекомендуемая толщина составляет 0,05...0,15 мм и зависит от вязкости клея и давле-

212

ния при склеивании. Существует большое разнообразие клеев. Находят широкое применение клеи на основе органических полимерных смол: фенольно-ка- учуковые клеи ВК-25, ВК-32-200, ВК-3, эпоксидные ВК-40, ВК-27, ВК-9, полиуретановые ПУ-2 и т. п. Эти клеи применяют для склеивания деталей, работающихпритемпературахневыше200 С. Выбормаркиклеяопределяетсятехническими требованиями, предъявляемыми к клеевым конструкциям.

б)

а) в)

Рисунок 5.7. Клеевые соединения

Клеевые соединения хорошо работают при сдвиге и равномерном отрыве, плохо – при неравномерном отрыве. В таких случаях для обеспечения надежностипредусматриваютдополнительноемеханическоекреплениесоединяемых деталей клепкой, сваркой, болтами или винтами. Такие соединения называют комбинированными, к ним относятся: клеесварные, клееболтовые. Их применяют для создания особо прочных соединений, хорошо работающих при различных видах нагрузок. Испытания на срез показали, что прочность комбинированных соединений более чем в 2 раза превышает прочность клеевых соединений.

Успешно применяют клеи для стопорения резьбовых соединений, повышения прочности соединения зубчатых колес с валами (например, локайтовсмол, твердеющих при отсутствии воздуха); при установке наружных колец подшипников в корпус.

Расчет клеевых соединений

Расчет клеевых соединений на прочность ведется по формулам, аналогичным для расчета паяных соединений. Например, расчет нахлесточного соединения (Рисунок 5.7) ведут по формуле:

В табл. 5.3 приведены механические характеристики клеевых соединений и области применения некоторых клеев, часто используемых в промышленности.

При определении допускаемых напряжений [τ] принимают коэффициент запаса [n] по отношению к идеальной прочности при сдвиге (табл. 5.3) равным [n]= 2,5...3 при статической нагрузке, [n]= 4...5 при переменных

нагрузках, а при перегрузках, вибрациях, ударных нагрузках и т. п. запас принимают еще больше.

Таблица 5.3.

Механические характеристики клеевых соединений

5.2.4. ЗАКЛЕПОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

5.2.4.1. Общие сведения

Заклепочные соединения относятся к классу неразъемных соединений. Они являются одним из наиболее распространенных и надежных способов соединения деталей в общем машиностроении.

214

Кпреимуществамзаклепочныхсоединенийотноситсявозможностьприменения:

для соединения несвариваемых деталей;

вответственных конструкциях, воспринимающих большие вибрационные или повторные нагрузки;

вконструкциях,недопускающихсваркуиз-закоробленияилиопасности отпуска термообработанных деталей.

Кроме того, заклепочные соединения по сравнению со сварными более стабильны, лучше контролируются.

Недостатками заклепочных соединений являются: большая масса соединения; более высокая стоимость изготовления; повышенный расход металла;

шум и вибрация в процессе ручной клепки.

Заклепка представляет собой стержень круглого поперечного сечения с закладной головкой на конце. Закладная головка 1 выполняется одновременно со стержнем, а замыкающая 2 формируется при клепке (рис. 5.8). Диаметр отверстия под заклепку в соединяемых деталях делают на 0,2...0,5 мм больше диаметра стержня заклепки. В результате клепки стержень заклепки осаживается и плотно заполняет отверстие. Наибольшее применение имеют сплошные стержневые заклепки общемашиностроительного применения с закладной головкой различной формы (табл. 5.4), замыкающая головка которых образуется методом прессования или ударом. При прессовой клепке замыкающая головка заклепки формируется равномерным сжатием стержня на полуавтоматических прессах и клепальных автоматах.

Рисунок 5.8. Заклепка

215

Продолжение табл.5.4.

Различаются одиночная и групповая клепка, при которой за один ход пресса расклепываются несколько заклепок, что существенно повышает производительность. Клепка ударом выполняется с помощью пневматических клепальных молотков. Образование замыкающей головки происходит в процессе ударного воздействия и осаживания стержня заклепки. Качество прессовой клепки выше, чем ударной. Поэтому при проектировании заклепочных соединений учитывается возможность применения как одиночной, так и групповой прессовой клепки для заклепок с плоской или потайной головкой.

Также широко используются заклепки с потайной головкой с углом ко-

нуса α = 90 при d =10 мм и α =120 при d = 2...6 мм. Способ выполнения гнезд под головки потайных заклепок зависит от толщины соединяемых деталей. При толщине детали δ больше высоты закладной головки гнездо образу-

етсязенкованием(рис.5.9, а), для детали сδ<1,2мм – штамповкой(рис. 5.9, б)

илиштамповкойоднойдеталиизенкованиемдругой(рис. 5.9, в).Притолщине обшивки меньше высоты головки применяются заклепки с α =120 .

Рисунок 5.9. Заклепки с потайной головкой

216

Для соединения деталей из композиционных материалов (стеклотекстолитов,углепластиковидр.) применяютсяполупустотелыеи пустотелыеметаллические заклепки d =1...10 мм (табл. 5.5). Глухое отверстие в стержне полупустотелой заклепки снижает усилие расклепывания, уменьшает увеличение диаметра стержня заклепки и повышает выносливость соединения. Пустотелые заклепки предназначены для соединения деталей из эластичных материалов и для несиловых соединений металлических деталей.

Заклепки изготовляются из алюминиевых сплавов (В65, Д18П, Д19П, АМг5П и др.), сталей (10, 15, 20Г2, 12Х18Н9Т, ЗОХМА), латуни (Л63) и меди (М2). При соединении деталей из легких сплавов, а также из легких сплавов и стали рекомендуется применять заклепки из алюминиевых сплавов, так как большие усилия клепки, необходимые для расклепывания стальных заклепок, вызываютзначительныедеформациидеталейизлегкихсплавов.Наиболеераспространены заклепки из сплава В65. В конструкциях, работающих при

217

150...250°С, используются заклепки из сплава Д19П. Для соединения деталей из деформируемых сплавов АМц, АМгЗ и неметаллических материалов применяются заклепки из пластичного алюминиевого сплава АМг5П. Детали из титановых сплавов и сталей соединяются стальными заклепками. Заклепки из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н9Т применяются для обеспечения коррозионной стойкости соединения, а также при температурах выше 250 °С.

Заклепки из легких сплавов и стальные заклепки d <10 мм клепают холодным способом. Клепка стальных заклепок большого диаметра осуществляется горячим способом – разогревом конца заклепки.

Существуют также специальные заклепки.

В силовых соединениях, где действуют значительные срезывающие усилия и прочность заклепок из легких сплавов недостаточна, применяются заклепки с высоким сопротивлением срезу (рис. 5.10, а). Стержень 1 такой заклепки (d = 5...12 мм) изготовляется из сталей 25ХГСА или ЗОХГСА, а кольцо 2 – изалюминиевогосплаваД18.Образованиезамыкающейголовкипроисходит путем обжатия кольца 2 вокруг кольцевой выточки стержня 1. При формировании соединения этими заклепками осаживания стержня не происходит– он должен ставиться в отверстие, обработанное разверткой с допуском Н8.

Болты-заклепки (рис. 5.10, б) рекомендуется применять вместо болта с гайкой при наличии подходов к соединению для использования специального инструмента. Стержень из алюминиевого сплава с диаметром d = 3,5...10 мм

имеет гладкий цилиндрический участок, равный по длине толщине пакета, и участок с накатанными кольцевыми ребрами и отрывной шейкой. Обжимное кольцо изготавливается из алюминиевого сплава или мягких сортов стали. Постановка болтов заклепок не сопровождается шумом и вибрацией, масса такого соединения в1,2... 1,5раза меньше, аусталостнаяпрочность наразрыв– в 2 раза выше, чем у болтового соединения из соответствующих материалов.

При одностороннем доступе к месту клепки используются взрывные за- клепки,заклепкиссердечникомигайки-пистоны.Взрывныезаклепки(рис.5.10, в) имеют в конце стержня камеру 3, заполняемую взрывчатым веществом. Заклепка ставится на место в холодном состоянии и нагревается до 500°С, в камере происходит взрыв, разворачивающий свободный конец стержня.

Заклепки с сердечником (рис. 5.10, г) состоят из двух частей – пистона с потайной или полукруглой головкой 3 (из Д18П или 1Х18Н9Т) и сердечника 4 (из Д16П или 3X13). Образование замыкающей головки происходит при протягивании сердечника через отверстие пистона. Выступающая часть сердечника отрывается.

Гайки-пистоны (рис. 5.10, д) состоят из тонкостенного пистона с внутренней резьбой в конечной его части. При заворачивании винта тонкая стенка пистона деформируется, образуя замыкающую головку заклепки.

218

Рисунок 5.10. Специальные заклепки

Соединение группой заклепок называется заклепочным швом. По конструкциизаклепочныешвывыполняютсявнахлестку(рис. 5.11, а), встыксодной накладкой (рис. 5.11, б) и двумя накладками (рис. 5.11, в). В соединениях с одной накладкой при действии указанных на рис. 5.11 сил возникает изгибающий момент, поэтому более рациональным является соединение встык с двумя накладками. Заклепки в соединении располагаются рядами (рис. 5.11, а, б) или в шахматном порядке (рис. 5.11, в).

Почислусеченийзаклепок,работающихнасрез,соединениеможетбыть

односрезным (рис. 5.11, а, б) и двухсрезным (рис. 5.11, в). По назначению за-

клепочные соединения разделяют на прочные и прочноплотные. Прочные соединения служат для обеспечения прочности, восприятия внешней нагрузки и передачи ее с одного элемента на другой. Прочноплотные соединения при восприятии значительных усилий обеспечивают также герметичность.

Соединение встык с одной накладкой – наиболее распространённый шов в конструкциях самолетов и вертолетов. Его применяют для соединения внешней обтекаемой обшивки со стрингерами, лонжеронами, шпангоутами и т. д. В сочетанииспотайнойклепкойэтосоединениеотвечаеттребованиямсовременной аэродинамики. Встык с двумя накладками соединяются элементы конструкций, передающие большие усилия, например лонжероны, рамы, балки,