4. Заклепочные соединения (0,75 часа).

Заклепочное соединение - это соединение двух или нескольких деталей с помощью заклепочного стержня (заклепки). Заклепка представляет собой стержень кругового поперечного сечения с одной головкой, которая называется закладной и изготавливается одновременно со стержнем. Для облегчения постановки заклепки диаметр отверстия соединяемых деталей выполняют несколько большим диаметра заклепочного стержня (рис.4.1.а). В процессе клепки стержень заклепки осаживается, плотно заполняет отверстие, и при этом образуется вторая головка, которая называется замыкающей (рис.4.1.б). Таким образом, диаметр стержня поставленной заклепки будет равен диаметру отверстия под заклепку.

Рис.4.1

В последнее время заклепочные соединения вытеснены сварными из-за ряда недостатков:

1. большой расход металла;

2. большая трудоемкость;

3. высокая стоимость.

Однако, использование заклепочных соединений достаточно широкое вследствие достоинств:

1) они воспринимают интенсивные вибрационные и большие повторно-ударные нагрузки (самолеты, мостовые фермы и др.);

2) достаточно точный контроль качества заклепочных швов;

3) использование в конструкциях, не допускающих сварки из-за опасности коробления деталей или деталей из несвариваемых материалов.

4.1. Виды заклепок и заклепочных швов.

Основные виды заклепок общего назначения стандартизированы. Наиболее широкое применение имеют:

Рис.4.2

а) заклепки с полукруглой головкой (ГОСТ 14797-75, 10299-68) (рис.4.2.а);

б) заклепки с постоянной головкой (ГОСТ 14798-75, 10300-68) (рис.4.2.б);

в) заклепки с полупотайной головкой (ГОСТ 10300-68) (рис.4.2.в);

г) трубчатые заклепки (пистоны) применяются для ненагруженных или малонагруженных соединений (рис.4.3).

Рис.4.3

Во избежание химической коррозии в соединениях заклепки ставят из того же материала, что и соединяемые детали; используется материалы: сталь, алюминий, латунь, медь и др).

Соединение деталей групповой заклепок называется заклепочным швом. По назначению различают прочные заклепочные швы для восприятия внешних нагрузок (в металлических конструкциях и строительных сооружениях) и прочноплотные, обеспечивающие герметичность соединения (паровые котлы, резервуары и трубопроводы для газов и жидкости при боль­ших давлениях).

По расположению заклепок заклепочные швы бывают с рядовым (рис.4.4.а) и шахматным расположением заклепок (рис.4.4.б).

Заклепочное соединение по конструкции разделяют на соединения внахлестку (рис.4.5.а), с одной накладкой (рис.4.5.б), с двумя накладкам и (рис.4.5.в).

По числу сечений заклепок, работающих на срез, заклепочные швы различают односрезные (рис.4.5.б), двухсрезные (рис.4.5.в), многосрезные.

Рис.4.4

Рис.4.5

4.2. Расчёт заклепочных швов

4.2.1Прочные заклёпочные швы.

В прочных швах герметичность соединения не требуется, поэтому силы, действующие на соединение детали, могут быть больше сил трения в стыке деталей. Таким образом, при работе прочного шва возможен и допустим сдвиг одной соединяемой детали относительно другой. Поэтому заклепки прочных швов рассчитывают на срез и на смятие.

Рассмотрим простейший шов - однорядный, односрезный, в нахлестку (рис.4.6). d-диаметр заклепки; D-диаметр головки заклепки; р-шаг заклепочного шва; е расстояние заклепок до края листа; F-сила, действующая на участок шва шириной "р"; [τ_с] - допускаемое напряжение на срез для заклёпок и листами; [σ_ст] - допускаемое напряжение на смятие между заклёпками и листами; [σ_р] - допускаемое напряжение на растяжение для листов; [σ_с] - допускаемое напряжение на срез для листов.

Рис.4.6

1) срез заклёпки (4.1)

Здесь i - число поверхностей среза;

F - сила, действующая на одну заклепку.

2) смятие между заклёпкой и листом

(4.2)

3) растяжение листа по сечению 1-1

(4.3)

4) срез листа по двум сечениям 3-3 (срез происходит по длине d/2)

(4.4)

[σ]=(σ), [τ]=(τ)

Из уравнений (4.1) и (4.2) при [σ_ст]=1,6[τ_с] следует, что d~2δ. Принимают d=2δ.

Из уравнений (4.1) и (4.3) при [σ_р]=[τ_с] и d=2δ, следует, что ρ=2,6d. Принимают ρ=3d.

Из уравнений (4.1) и (4.3) при [τ_с]=0,8[τ_с] и d=2δ получают e~l,5d. Принимают e=(l,5...2)d. Расстояние между рядами заклёпок двух и многорядных швов принимают e_l =(2...3)d.

Из рис.4.6 следует, что расчётное растягивающее напряжение в листе, в ослабленном отверстиями сечении 1-1 можно записать

(4.5)

а в неослабленном сечении 2-2

(4.6)

Отношение φ=σ_р2-2 /σ_р1-1 называется коэффициентом прочности шва. Из формул (4.5) и (4.6) следует, что

При проектном расчете детали допускаемым значением коэффициента прочности

шва задаются в пределах [φ]=0,6...0,85.

4.2.2 Прочноплотные заклёпочные швы.

Так как при проектировочном расчёте прочноплотного шва силу, растягивающую заклёпку и одновременно сжимающую соединенные детали, а соответственно силу трения, возникающую между этими деталями, определить невозможно, но заклёпки прочноплотных швов условно рассчитывают на срез. При этом расчёте герметичность шва обеспечивается выбором соответствующего допускаемого условного напряжения на срез для заклёпок по таблицам.

4.2.3 Допускаемые напряжения при расчёте заклёпочных соединений.

1) При статическом нагружении:

для стальных заклепок (Ст0, Ст2, СтЗ) принимают [τ_с]=140 Мпа; [σ_ст]=(280...320) Мпа.

2) При знакопеременных нагрузках допускаемые напряжения уменьшают на коэффициент γ.

Для сталей: а=1...1,2; b=0,3...0,8;

r=F_min /F_max, F_min и F_max - наименьшая и наибольшая по абсолютному значения силы, действующие на заклёпки, взятые со своими знаками.