5.2.2 Заклепочные соединения

Общие сведения

Заклепочными (рис. 5.6 и5.7) называют неразъемные соединения, в которых сопряжение деталей (обычно листовых) осуществляется с помощью заклепок. Заклепка представляет собой сплошной или полый цилиндрический стержень с закладной головкой. При сборке заклепку устанавливают в подготовленное отверстие (просверленное или пробитое) в деталях и осадкой (клепкой) вручную или автоматически формируют вторую замыкающую головку. При этом за счет поперечной деформации стержня происходит заполнение начального зазора между заклепкой и отверстием. Для стальных заклепок диаметром d ≤ 12 мм производят клепку в холодную, а при d > 12 мм с нагревом заклепки до температуры 1200 …1300 К. При горячем способе обеспечивается более высокое качество заклепочного соединения. Заклепки из цветных металлов и сплавов осаживают без нагрева.

Заклепки изготовляют на станках-автоматах из прутков пластичных материалов: малоуглеродистых сталей Ст2, Ст3, 10,15, КП; легированных сталей 12Х18Н9Т, 30ХМА; меди М1, М3; латуни Л63; алюминиевых сплавов АД1, АД18, АМ5 и др. при выборе материала заклепок стремятся исключить образование гальванических пар и гальванических токов в соединениях.

Заклепки и общие технические требования к ним стандартизованы. Основными параметрами заклепок являются (рис. 5.6): диаметр стержня d, длина стержня ℓ, диаметр головки D, высота головки h, угол конусности головки α.

Рис. 5.6

Рис. 5.7

Стандартом предусмотрены следующие основные типы заклепок нормальной точности с различными по форме головками: с полукруглой (рис. 5.6а) для силовых соединений; с потайной (рис. 5.6б) – для конструкций, у которых выступление головки нежелательно; с полупотайной (рис. 5.6в) – для соединения деталей толщиной до 4 мм; с полукруглой малой высоты (рис. 5.6г), но увеличенным диаметром – для обеспечения герметичности конструкций; с плоской (рис. 5.6д) – для работы в коррозийных средах; трубчатые (рис. 5.6е) – для слабонагруженных соединений и деталей из неметаллических материалов (кожа, фибра и т.п.). Взрывные заклепки применяются для конструкций, у которых невозможно образование замыкающей головки обычными способами.

Соединение деталей несколькими заклепками называется заклепочным швом. Расстояние t между заклепками по длине шва называют шагом заклепочного шва.

По назначению заклепочные соединения делят на прочные и плотнопрочные.

По конструктивным признакам различают заклепочные соединения внахлестку (рис. 5.7а) и встык с одной (рис. 5.7б) или с двумя (рис. 5.7в) накладками; однорядные или многорядные с параллельным или шахматным расположением заклепок в рядах.

Достоинства заклепочных соединений: высокая прочность и надежность соединения; простота контроля качества соединения; возможность соединения деталей из любых материалов; высокая работоспособность при ударных и вибрационных нагрузках.

Недостатки: повышенный расход металла, так как из-за ослабления соединяемых деталей отверстиями требуется увеличение их толщины; трудность или невозможность соединения деталей сложной конструкции; тяжелее сварных при прочих равных условиях на 30…40%.

Применение: для соединения деталей, нагрев которых при сварке недопустим из-за отпуска или коробления; в особо ответственных конструкциях; для соединения деталей из не свариваемых материалов; в конструкциях, работающих при больших ударных и вибрационных нагрузках. Заклепочные соединения широко применяются в конструкциях артиллерийской техники, летательных аппаратах (ракеты, самолеты), в подъемно-транспортном оборудовании, в приборостроении и т.д.

Причинами отказов заклепочных соединений являются: обрыв головок и разрушение (срез) стержня заклепок; смятие стенок отверстий и стрежней заклепок; разрушение соединяемых деталей (листов), ослабленных отверстиями. Поэтому основным критерием работоспособности соединений является прочность заклепок и соединяемых деталей.

Расчет заклепочных соединений

а). Расчет стержня заклепки.

При действии внешней силы , стремящейся сдвинуть одну деталь относительно другой, возможен срез стержня заклепки по сечению в плоскости стыка деталей и смятие поверхностей между заклепкой и деталью (рис. 5.8а).

Условия прочности:

на срез стержня

τ_с = F/(A_CМZ) = 4F/(πίZd²) ≤ [τ_С]; (5.14)

на смятие поверхностей стенок заклепки

σ_СМ = F/(A_СМZ) = F/(Zdδ) ≤ [σ_СM], (5.15)

где А_С, А_СМ – площадь среза и смятия одной заклепки;

Z - число заклепок;

d - диаметр заклепки;

ί – число срезаемых плоскостей заклепок;

δ – наименьшая толщина соединяемых деталей.

Допускаемые напряжения [τ_С] на срез и [σ_СМ] на смятие выбираются в зависимости от материала заклепок по таблицам справочников или рассчитываются по следующим соотношениям:

[τ_С] = (0,2…0,3) σ_Т – при переменной нагрузке;

[τ_С] = 0,4 σ_Т – при постоянной нагрузке;

[σ_СМ] = 0,6 σ_Т, где σ_Т – предел текучести материала.

При проектировочном расчете из условий прочности определяется требуемый диаметр заклепки

d = 4F/(πίZ[τ_С]); d = F/(Zδ[σ_СM]). (5.16)

Выбирается большее значение d и принимается стандартным. Если диаметр заклепок известен, то по формулам (3.14) и (3.15) определяется число заклепок Z и принимается большее число.

При действии на заклепку растягивающей силы _р может произойти обрыв головки. В этом случае производится расчет на растяжение

σ_Р = 4F_p/ (πd²) ≤ [σ_Р], (5.17)

где [σ_Р] = (0,4…0,5) σ_Т.

Рис. 5.8

б). Расчет соединяемых деталей.

Прочность соединяемых деталей (рис.3.8) проверяют на растяжение в сечениях, ослабленных отверстиями под заклепки,

σ_Р = F/A_НЕТТО = F/ [δ (в – dz_p)] ≤ [σ_Р] (5.18)

и на срез края детали (листа) одновременно по двум сечениям "mm" и "ff" по условию:

τ_С = F/A_C = F/[2δz_p(e – 0,5d)] ≤ [τ_С], (5.19)

где А_НЕТТО – площадь в опасном сечении детали с учетом уменьшения ее отверстия;

z_p - число заклепок в ряду опасного сечения;

δ – толщина листа;

в – ширина листа (детали);

е – расстояние от края листа до центра заклепки;

(в – dz_p) – длина соответствующих опасных сечений;

(е – 0,5d) – длина - // -.