 |
Расчет прочности заклепочных швов
|
|
|
|
Билет №20
1. Клёпка (определение, виды заклёпочных швов, контроль клёпки)
2. Приспособления для закрепления заготовок на фрезерных, сверлильных станках
Заклёпочные соединения
Заклепочные соединения состоят из двух или нескольких листов или деталей, соединяемых (склепываемых) в неразъемную конструкцию с помощью заклепок.
Заклепкой называют круглый стержень, имеющий сформированную закладную головку 1 на одном конце и формируемую в процессе клепки замыкающую головку 2 на другом его конце. При этом детали сильно сжимаются, образуя прочное, неподвижное неразъёмное соединение. Форма и размеры заклепок регламентированы стандартом.
Заклепочным швом называют соединение, осуществляемое группой заклепок.
Отверстия под заклепки в деталях продавливают или сверлят. При продавливании образуются мелкие трещины по периферии отверстий. Трещины могут быть причиной разрушения заклепочного шва во время работы. Продавленные отверстия применяют в малоответственных конструкциях. Сверление – процесс малопроизводительный и дорогой. Сверленые отверстия применяют в конструкциях, где требуется высокая надежность. При больших диаметрах отверстий практикуют продавливание с последующим рассверливанием.
Каждая заклепка имеет свою зону действия D, на которую распространяется деформация сжатия в стыке деталей. Если зоны действия соседних заклепок пересекаются, то соединение будет плотным. Вследствие пластических деформаций в процессе клепки стержни заклепок заполняют отверстия и заклепки стягивают соединяемые детали. В результате относительному сдвигу склепанных деталей оказывают сопротивление как стержни заклепок, так и силы трения, возникающие на поверхности стыка.
|
|
|
Для обеспечения плотности шва иногда выполняют чеканку (пластическое деформирование листов, например, пневматическими молотками) вокруг заклепок и по кромкам листов.
Заклепки поставляются как готовые изделия.
Заклепочное соединение получают следующим способом.
В отверстия соединяемых деталей вставляют заклепки. Под закладную головку 1 устанавливают инструмент-поддержку. Специальной клепальной машиной или вручную (ударами молотка, кувалды) выступающий конец заклепки (
) осаживают обжимкой в замыкающую головку 2. Для стальных заклепок с 
мм производят клепку вхолодную, то же относится к заклепкам из цветных металлов и сплавов; с 
мм с нагревом заклепки до светло-красного каления (1000—1100 0С). Этот способ обеспечивает более высокое качество заклепочного шва, так как заклепки укорачиваются при остывании и стягивают детали, создавая на стыке их поверхностей большие силы трения, препятствующие относительному сдвигу деталей при действии нагрузки
Диаметры отверстий под заклепки dОТВ выбирают по стандарту в зависимости от диаметра заклепки. Для холодной клепки можно рекомендовать
dOTB = d3 + 0,05 d3,
для горячей клепки
dOTB = d3 + 0,l d3,
где d3 — диаметр устанавливаемой заклепки.
Достоинства и недостатки заклепочных соединений по сравнению с другими видами неразъемных соединений.
Достоинства:
- высокая надежность соединения;
- удобство контроля качества клепки;
- повышенная сопротивляемость ударным и вибрационным нагрузкам;
- возможность соединения деталей из трудносвариваемых металлов, например из алюминия;
- не дают температурных деформаций;
- детали при разборке не разрушаются.
Недостатки:
- высокая стоимость, так как процесс получения заклепочного шва состоит из большого числа операций (разметка, продавливание или сверление отверстий, нагрев заклепок, их закладка, клепка) и требует применения дорогостоящего оборудования (станки, прессы, клепальные машины).
|
|
|
- повышенный расход материала для этого соединения (из-за ослабления соединяемых деталей отверстиями под заклепки требуется увеличение их толщины, применение накладок и т. п.);
- детали ослаблены отверстиями;
- высокий шум и ударные нагрузки при изготовлении;
- невозможность соединения деталей сложной конфигурации.
Область применения.
В настоящее время в связи с бурным развитием сварки заклепочные соединения имеют ограниченное применение (в конструкциях, для которых методы сварки и склеивания еще недостаточно разработаны или мало эффективны, а также в соединениях, работающих при больших вибрационных или ударных нагрузках при высоких требованиях к надежности соединения). Также в соединениях окончательно обработанных деталей, в которых применение сварки недопустимо из-за их коробления при нагреве. Большой объем клепально-сборочных работ производится при изготовлении летательных аппаратов. Некоторые самолеты имеют более миллиона заклепок. Заклепочные соединения находят применение в подъемно-транспортных машинах, в строительстве железнодорожных мостов, котлостроении и т. п.
Классификация.
Заклепочные швы классифицируют:
- по назначению — прочные швы (мостовые и крановые фермы, самолеты и т. д.), обеспечивающие прочность соединения, прочноплотные (в котлах и резервуарах с высоким давлением), плотные (в резервуарах с небольшим внутренним давлением), обеспечивающие прочность и герметичность;
- по взаимному расположению склепываемых деталей - швы встык с одной или двумя накладками и швы внахлестку
- по числу рядов (для швов встык число рядов учитывается по одну сторону стыка) — однорядные и многорядные
- по расположению заклепок в рядах — параллельные и шахматные (рис. 23) швы;
- по условиям работы (по числу плоскостей среза) — односрезные швы — с одной плоскостью среза в каждой заклепке и многосрезные — с несколькими плоскостями среза каждой заклепки (двухсрезные —).
Основные типы заклепок.
Выбор формы закладной головки зависит от назначения заклепочного шва. В швах, требующих большой прочности и плотности, применяют заклепки с полукруглой головкой. Заклепки с потайной или полупотайной головкой используют в том случае, когда выступающие закладные головки заклепок мешают перемещению каких-либо деталей или в случае больших гидродинамических и аэродинамических сопротивлений (в судостроении и самолетостроении). Заклепки с бочкообразной головкой применяют там, где они омываются горячими газами, в топках парового котла и т. п.; в процессе эксплуатации головки обгорают и приобретают полукруглую форму, сохраняя необходимую прочность.
|
|
|
Заклепки с широкой головкой применяют для соединения тонколистовых (до 1,5 мм) материалов, трубчатые заклепки — в слабонагруженных металлических соединениях, а также в соединениях неметаллических материалов (фибра и др.).
Расчет прочности заклепочных швов
Введем обозначения: d3 — диаметр заклепки; 
и 
- толщина склепываемых деталей (листов); t — расстояние между заклепками в ряду (или шаг заклепок); е — расстояние от центра заклепки до края детали (листа); z — число заклепок в ряду.
При расчете на прочность силы трения на стыке деталей не учитывают (принимают, что нагрузка передается только заклепками); считают, что нагрузка между заклепками распределяется равномерно, а диаметр заклепки равен диаметру отверстия (d3 = d0TB).
Параметр d3 определяется из расчета на прочность.
Причинами разрушения заклепочного соединения могут быть следующие: срез заклепок вплоскости соединения деталей; смятие заклепок и листов; разрыв листов в сечении, ослабленном отверстиями; срез кромки листа (в сечении ab и cd) у отверстия под заклепку.
Расчет заклепочного шва заключается в определении d3, t и е. Расчет ведется по эмпирическим соотношениям, полученным из условия равнопрочности заклепок и соединяемых листов, с последующей проверкой листов на прочность и уточнением коэффициента прочности шва.
Расчет параметров заклепки.
Диаметр заклепки определяют из условия прочности на срез (
) по формуле проектировочного расчета
(11)
где Fr — поперечная сила, действующая на заклепки, Н; i — число плоскостей среза одной заклепки; для заклепки, показанной на рис. 25 i = 1; z — число заклепок (задается конструкцией шва); 
- допускаемое напряжение на срез для заклепок, МПа (табл. 2).
|
|
|
Полученный по формуле (11) размер d3 округляют до ближайшего большего стандартного значения (табл. 2).
Расчет на срез обеспечивает прочность – заклепок, но не гарантирует надежность соединения в целом. Если толщина соединяемых элементов (листов) недостаточна, то давления, возникающие между стенками их отверстий изаклепками, получаются недопустимо большими. В результате стенки отверстий обминаются и соединение становится ненадежным. Давления, возникающие между поверхностями отверстий и соединительных деталей, принято условно называть напряжениями смятия и обозначать 
.
Заклепочное соединение проверяют на смятие по формуле
(12)
, (13)
где и 
- расчетное и допускаемое напряжения на смятие для заклепочного соединения, МПа (см. табл. 2): 
— толщина самой тонкой склепываемой детали, мм
В формуле (13) принимают для менее прочного из контактирующих материалов (заклепок или соединяемых листов).
Вывод формулы диаметра заклепки.
Условие прочности на срез одной заклепки для рассматриваемой расчетной схемы (см. рис. 25):
.
Здесь А — площадь опасного сечения заклепки, мм2. Отсюда
получим (см. 11)
Расчет параметров заклепочного шва и проверка прочности соединяемых деталей (листов).
1. Геометрические параметры заклепочного шва (см. рис. 25) определяют по эмпирическим формулам.
Шаг заклепочного шва в зависимости от числа рядов
, (14)
для однорядного шва внахлестку t= 3 d3 (для двухрядного (t =4 d3)); для однорядного шва с двумя накладками t= 3,5d3 (для двухрядного (t= 6 d3).
Расстояние от центра заклепки до края детали (листа):
для отверстий, полученных сверлением,
e= 1,65 d3;
для продавленных отверстий
е = 2 d3. (15)
Толщина накладок (см. рис. 23)
. (16)
Толщина склепываемых деталей (листов) (см. рис. 23)
. (17)
Расстояние между рядами заклепок (см. рис. 22)
. (18)
2. Прочность соединяемых деталей (листов) проверяют: на растяжение в сечении I-I (см. рис. 25, г) по формуле
(19)
где 
и 
— расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для соединяемых деталей (листов) (см. табл. 2).
Коэффициент прочности шва
Отверстия под заклепки снижают прочность соединяемых деталей на растяжение. Число, показывающее, во сколько раз прочность на растяжение детали с отверстиями под заклепки меньше прочности на растяжение той же детали без отверстий, называют коэффициентом прочности шва и обозначают буквой 
.
(20)
всегда меньше единицы. Чем больше значение, тем лучше использован материал склепываемых деталей. Значения коэффициента зависят от конструкции шва.
|
|
|
Для однорядного шва внахлестку = 0,65;
Для двухрядного шва внахлестку = 0,75;
Для однорядного шва с двумя накладками = 0,71;
Для двухрядного с двумя накладками = 0,84.
Для повышения значения уменьшают dз и увеличивают t,т.е. применяют многорядные двухсрезные швы.
|
|
|
