Заклепочные соединения

Заклепочные соединения

 

Заклепочными   называются соединения деталей с применением заклепок   — крепежных деталей из высокопластичного материала, состоящих из стержня 1 и закладной головки 2; конец стержня расклепывается для образования замыкающей головки 3 (рис. 1).

 

                            

                                 

Рис. 1

 

Клепаное соединение является неразъемным и неподвижным, так как в нем отсутствует возможность относительного движения составных частей.

Клепаные соединения применяют  для изделий из листового, полосового материала или профильного проката в конструкциях, работающих в условиях ударных или вибрационных нагрузок (авиация, водный транспорт, металлоконструкции мостов, подкрановых балок и т. д.) при небольших толщинах соединяемых деталей, для скрепления деталей из разных материалов, деталей из материалов, не допускающих нагрева или несвариваемых. В наше время клепаные соединения вытесняются более экономичными и технологичными сварными и клееными соединениями, так как отверстия под заклепки ослабляют сечения деталей на 10—20%, а трудоемкость изготовления и масса клепаной конструкции обычно больше, чем сварной или клееной. Образование замыкающей головки клепаного соединения производится либо вручную с помощью молотка и поддержки, либо клепальными пневматическими молотками ударного действия (малопроизводительные процессы, качество соединения зависит от квалификации рабочего), либо клепальными машинами (переносные или стационарные прессы, а также автоматы). На автоматах выполняется весь комплекс операций: выравнивание поверхностей и сжатие склепываемых деталей, сверление и зенкование отверстий, вставка заклепок, клепка и перемещение изделия на шаг клепки.

По функциональному назначению клепаные соединения подразделяют на прочные и плотные; последние обеспечивают не только прочность, но и герметичность соединения.

По конструкции клепаные соединения бывают нахлесточные и стыковые с одной или двумя накладками. Ряды поставленных заклепок образуют заклепочный шов, который может быть однорядным и многорядным, односрезным или двухсрезным.

                                                    

Рис. 2

 

На рис. 2 показаны: двухрядный односрезный нахлесточный шов (а), однорядный односрезный стыковой шов с одной накладкой (б), однорядный двухсрезный стыковой шов с двумя накладками (в).

Конструкция  и  размеры  заклепок   нормальной   точности и повышенного качества стандартизованы.

 

Рис. 3

 

По форме головок заклепки бывают (рис. 3) с полукруглой (а), потайной (б), полупотайной (в), плоской (г), полукруглой низкой и другими головками.

В тех случаях, когда нежелательно или недопустимо клепаное соединение подвергать ударам, применяют полупустотелые заклепки (рис. 3, г), замыкающая головка которых образуется развальцовкой.

Для соединения тонких листов и неметаллических материалов, а  также когда в конструкции  нужны отверстия для электрических, крепежных или других деталей, применяют пустотелые заклепки (рис. 3, д).

В случае отсутствия доступа  к месту образования замыкающей головки обычными способами (ударами  или развальцовкой) применяют специальные, например, взрывные заклепки (типа полупустотелой); в стержень такой заклепки закладывается взрывчатое вещество, которое при нагревании закладной головки взрывается, образуя замыкающую головку.

Расчет прочных  клепаных соединений. Основным критерием работоспособности таких конструкций является прочность, причем при расчетах предполагается, что напряжения в сечениях распределены равномерно.

 

Рис. 4

 
      Рис. 5

 

Обычно клепаные соединения нагружены силами, действующими параллельно  плоскости контакта соединяемых  деталей, поэтому разрушение соединения может произойти в результате следующих причин; срез заклепок по сечению 1— 1 под действием касательных напряжений (рис. 4); смятие отверстий соединяемых деталей и заклепок под действием напряжений смятия (рис. 4), в результате чего оси заклепок перекашиваются, возникает внецентренное растяжение и может произойти отрыв головок от стержня; разрыв соединяемой детали по сечению, ослабленному отверстиями под заклепки (рис. 5); срез соединяемых деталей по двум сечениям 2—2 (рис.5).

 В процессе клепки  материал заклепки осаживается  и заполняет отверстие, поэтому  расчет соединения ведут по  диаметру поставленной заклепки (т. е. по диаметру d₀ отверстия под заклепку). Кроме того, предполагается, что нагрузка F распределяется между заклепками шва равномерно, а сила трения, возникающая между склепанными деталями, в расчете на прочность не учитывается. В нахлесточном соединении (см. рис.4) внешняя сила F образует пару сил, моментом которой, ввиду малого плеча, пренебрегаем.

 

Расчетные формулы на прочность клепаного соединения имеют следующий вид:

 

1. Прочность заклепок на срез ( рис. 4)

 

t_ср=F/(zA_ср)<[ t_ср ]

 

где                                                    А_ср = iПd₀²/4 ;

 

 i — число плоскостей среза; z — число заклепок шва; А_ср — площадь среза заклепки.

 

2. Прочность соединения на смятие

 

σ _см=F/(zA_см)<[ σ _см ]

 

где                                                      А_см = d_oδ_min ;

 

 δ_min — меньшая из толщин соединяемых деталей (как известно из сопромата, при расчете на смятие цилиндрических поверхностей в расчет вводится не действительная, а условная площадь смятия, равная площади диаметрального сечения сминаемой части детали).

 

3. Прочность соединяемых деталей на растяжение (рис. 5)

 

σ _р=F/(zA_р)<[ σ_р ]

 

 

где                                                 A_р=(p-d₀)δ_min

 

р – шаг заклепочного шва.

 

где

 

 

4. Прочность соединяемых деталей на срез

 

t’_ср=F/(zA’_ср)<[ t’_ср ]

 

 

где                                                А'_ср  = 2(е - d_o/2)δ_min

 

 (здесь длина сечения 2—2 уменьшена на d/2, так как вначале материал сминается на эту величину и лишь затем происходит срез).

Из условия равнопрочности соединений принимают шаг заклепок р=(3...6)d, расстояние между рядами заклепок берется равным t=(2...3)d, расстояние от заклепки до края листа e=(1,5…2)d, где d— диаметр заклепки.