Заклепочные соединения

Заклепочным называют неразъемное соединение де­талей (обычно листовых) с помощью заклепки — сплошного или полого цилиндрического стержня с закладной головкой (рис. 30.1). Соединение собирают путем установки заклепки в предварительно подготовленное отверстие в деталях (пакете листов) и последующей осадки (клепки) специальным инстру­ментом второй замыкающей головки (рис. 30.2). В процессе клепки производят стяжку (сжатие) пакета и за счет попереч­ной упругопластической деформации стержня происходит заполнение начального зазора между стержнем. И Стенками отверстия, приводящее часто к образованию натяга.

Рис.30.1.Конструктивные Рис.30.2. Схема формирования замыкающей

формы заклепок головки при клепке:

1-обжимка; 2-прижим; 3-формируемая головка;

4-поддержка.

Соединения применяют в основном в конструкциях лета­тельных аппаратов, металлоконструкциях и других изделиях, в которых внешние нагрузки действуют параллельно плоскости стыка, а применение сварки, пайки и склеивания оказывается невозможным по конструктивным или технологическим соображениям (несвариваемые материалы, недопустимость нагре­ва и т. п.).

Рис. 30.3. Заклепочные соединения:

а — нахлесточное (d = S + 8 мм; t = 2d+ 8 мм; l =1,35 d ); б — стыковое с одной накладкой [d = S + 8 мм;

t = 2 d + 8 мм; l =(1,35/ l,5) d; S = (1 /1,25)S]; в — стыковое с двумя накладками [d = S + (5/6) мм; S, = (0,6 / 0,7) S;

t = 2,6 d + 10 мм; /= l= 1,35 d; l, = 3d]

Рис. 30,4. Схемы расположения заклепок

)

По конструкции различают нахлесточные соединения (рис. 30.3 а) и соединения стыковые с одной накладкой (рис. 30.3, б) или с двумя (рис. 30.3, в).

Заклепки в соединении располагают простыми рядами (рис. 30.4, а) или в шахматном (рис. 30.4, 6) порядке.

Использование в конструкции той или иной формы го­ловки (см. рис. 30.1) определяется преимущественно эксплуата­ционными требованиями (аэродинамическими и т. п.).

Основные недостатки соединений связаны с невысокой тех­нологичностью и высокой трудоемкостью изготовления, а также сложностью контроля качества.

Заклепки изготовляют из пластичных (%) сталей (на­пример, сталей 15, 20, 09Г2 и др.), алюминиевых и титано­вых сплавов, латуни.

РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СИММЕТРИЧНОМ НАГРУЖЕНИИ

Задача расчета соединения, как обычно, состоит в определении размеров деталей, исключающих повреждения или разрушения.

При действии симметричной (относительно центра тяжести сечений заклепок) нагрузки принимают, что нагрузка равно­мерно распределяется между всеми заклепками.

Расчет стержня заклепки. Разрушение стержня заклепки нахлесточного соединения происходит по сечению, лежащему в плоскости стыка соединяемых деталей и показанному волни­стой линией (рис. 30..5, а). Номинальные напряжения среза

а) б)

Рис. 30.5. Схемы к расчету заклепочных соединений

(касательные напряжения) будут одинаковыми во всех точках сечения, и условие прочности стержня заклепки по допускае­мым напряжениям примет вид

где F — усилие среза в плоскости стыка; А — суммарная пло­щадь поперечного сечения п заклепок с диаметром стержня d; — допускаемое напряжение при срезе.

Требуемый диаметр заклепки

(30.1)

Соединение с двумя накладками (см. рис. 30.3, в) может разрушиться путем среза по двум сечениям, совпадающим с плоскостями контакта накладок с соединяемыми деталями. Такие соединения называют двухсрезными. При их расчете принимают, что усилие, приходящееся на одно сечение, вдвое меньше общего усилия.

Расчет соединяемых деталей (листов). Разрушение деталей по сечению Б — Б (см. рис. 30.5, б), ослабленному отверстиями, может происходить под действием больших статических нагрузок. Номинальное растягивающее напряжение в этом се­чении также должно удовлетворять условию прочности по допускаемым напряжениям при растяжении для материала деталей

,

где — площадь детали в опасном сечении с учетом ослабления ее отверстиями; S и b — толщина и ширина листа; d — диаметр отверстия под заклепку, равен диаметру стержня заклепки; z — число заклепок в одном ряду; [] — допуска­емое напряжение при растяжении материала деталей.

Отсюда требуемая площадь сечения детали

Смятие (упругопластическое обжатие) стенок отверстия нарушает работоспособность соединения и может привести к последующему прорезанию заклепкой (заклепками) соединя­емых деталей (см. рис. 30.5, б; следы разрушения показаны продольными волнистыми линиями). Для предотвращения этого прорезания должно также выполняться условие проч­ности по допускаемым напряжениям среза для материала деталей (листов)

где (t — 0,5d) — длина опасного сечения.

Если заклепка изготовлена из менее прочного материала, чем соединяемые детали, то при нагружении соединения воз­можно смятие стержня заклепки.

Действительные контактные напряжения, вызывающие смя­тие стержня заклепки, существенно неравномерно распределены по его поверхности (см. рис. 30.5, штриховая линия). Однако расчетные значения этих напряжений находят по приближен­ной формуле

Из этого условия следует, что диаметр заклепки

Допускаемые напряжения при срезе обычно принимают , напряжения на смятие , где — предел прочности материала детали. Для заклепок из сталей марок СтО, Ст2 и СтЗ принимают [] = 140 МПа и [] = 280 /320 МПа при просверленных отверстиях в дета­лях (листах). В случае продавливания отверстий допускаемые напряжения понижают на 20 — 30 %.

РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОМ НАГРУЖЕНИИ

Если соединяемые элементы подвержены изгибу (случай несимметричного нагружения), то нагрузка между оди­ночными заклепочными соединениями распределяется неравно­мерно. В этом случае расчет групповых соединений сводится обычно к определению наиболее нагруженной заклепки и оценке ее прочности.

Рассмотрим соединение, содержащее п заклепок одинако­вого диаметра d под действием силы F (рис. 30.6, а). Примем для упрощения, что трение между соединяемыми деталями отсутствует и вся внешняя нагрузка передается через заклепки. Будем считать, что деформации (изгиб, сдвиг) соединяемых деталей малы по сравнению с деформациями стержней закле­пок. При этих допущениях можно полагать, что возможный взаимный поворот соединяемых деталей (листов) произойдет вокруг точки С (см. рис. 30.6, а) — центра тяжести поперечных сечений стержней заклепок. Следовательно, точку С можно использовать в качестве центра приведения внешней силы F.

В результате приведения внецентренной силы F в точку С задача расчета группового соединения сводится к определению наиболее нагруженной заклепки от действия центральной силы F (или ее осевых составляющих) и вращающего момента Т= FL

Рис. 30.6.. Расчетные схемы заклепочного соединения при несимметричной нагрузке

(рис. 30.6, б; L—расстояние от точки С до линии действия силы F, см. рис. 30.6, а).

Если соединение подвержено действию нескольких сил F_u F₂,...,F_n, то в результате приведения их к точке С оно будет нагружено главным вектором и главным моментом от этих сил.

При упругой деформации заклепок действие каждого сило­вого фактора F и Т можно рассматривать независимо. Тогда усилие, приходящееся на каждую заклепку, от силы F (рис. 30.6, в) равно, как обычно,

где i — номер заклепки, i = 1, 2,3,..., п.

Момент Т вызовет в каждой заклепке реактивное усилие ,направленное перпендикулярно радиусу-вектору r_t, проведен­ному из точки С в центр сечения i-й заклепки (рис. 30.6, г). Усилие будет пропорционально перемещению сечения в резуль­тате деформации сдвига. Так как сдвиги сечений заклепок прямо пропорциональны их расстояниям до центра тяжести, то можно записать

откуда

(30.2)

Если учесть, что внешний момент Т уравновешивается моментами от усилий на заклепки, т. е.

то после подстановки в это уравнение равенств (30.2) получим

или усилие на i-ю заклепку

(30.3)

Усилие на наиболее нагруженную заклепку (рис. 30.6, д)

откуда модуль этого усилия

где - угол между векторами сил Q_F и Q_iT,

Диаметр заклепки при известном значении Q_max и ее ма­териале находим по формуле (30.1).

Дата добавления: 2014-01-13