Заклепочные соединения. Соединения гибкой

Заклепочным называют неразъемное соединение деталей (обычно листовых) с помощью заклепки – сплошного или полого цилиндрического стержня с закладной головкой.

При сборке заклепку устанавливают в предварительно подготовленное отверстие в деталях (пакете листов) и осадкой (клепкой) специальным инструментом формируют вторую замыкающую головку. При этом пакет стягивается и за счет пластической деформации стержня происходит заполнение начального зазора между стержнем и стенками отверстий; возможно образование натяга. Относительному смещению склепанных деталей препятствуют стержни заклепок и силы трения, возникающие между склепанными деталями.

Заклепочные соединения используют, когда применение сварки, пайки и склеивания затруднено или невозможно по конструктивным или технологическим соображениям (несвариваемые материалы, недопустимость нагрева и т. д.); в конструкциях, подверженных действию вибрационных и ударных нагрузок; для соединения нескольких деталей в один пакет. В приборостроении заклепочные соединения применяют чаще, чем в машиностроении.

По конструкции заклепочные соединения делят на соединения внахлестку (рис.10.9, а) и встык с одной (рис. 10.9, б) и двумя (рис.10.9, в) накладками. Заклепки в соединении располагаются простыми или шахматными рядами.

Рис. 10.9

Использование в конструкциях той или иной формы головки определяется эксплуатационными требованиями (аэродинамическими и т. д.). Заклепки изго­товляют из пластичных материалов: малоуглеродистых сталей (Ст2, СтЗ, 10, 15, 20), низколегированных малоуглеродистых сталей, меди (Ml) латуни (Л62), алюминиевых и титановых сплавов. При выборе материалов заклепок стараются исключить образование гальванических пар и гальванических токов в соединениях.

Отказы заклепочных соединений вызываются обрывом головок и разрушением стержней, смятием (упругопластическими деформациями) стенок отверстий и стержней заклепок, а также разрушением соединяемых листов, ослабленных отверстиями. Таким образом, основные критерии работоспособности соединений – прочность заклепок и листов соединений.

Разрушение стержня заклепки при действии внешней силы происходит в результате среза по сечению, лежащему в плоскости стыка соединяемых деталей. Условие прочностной надежности соединения по допускаемым напряжениям среза имеет вид:

,

Где F – величина внешней силы, А – суммарная площадь поперечного сечения n заклепок диаметром стержня d, ‑ допускаемое напряжение при срезе.

При проектировании соединений определяют их диаметр

.

Соединения с двумя накладками может разрушиться в результате среза по двум сечениям, совпадающим с плоскостями контакта накладок с соединяемыми деталями. Такие соединения называются двухсрезными (рис. 10.10).

Рис. 10.10

При их расчете принимают, что усилие, приходящееся на одно сечение, вдвое меньше общего усилия. Если материал заклепки менее прочен чем материал соединяемых деталей, то при нагружении соединения возможно смятие стержня заклепки.

Контактные напряжения, вызывающие смятие стержня заклепки распределены по его поверхности неравномерно. Расчетные значения этих напряжений находят по приближенной формуле. Условие прочностной надежности в этом случае имеет вид:

,

где ‑ допускаемое напряжение смятия для материала заклепки.

Тогда диаметр заклепки:

Разрушение деталей по нормальному сечению рис ослабленному отверстиями, может произойти под действием больших статических сил. Для обеспечения прочностной надежности соединения нормальное растягивающее напряжение в этом сечении должно удовлетворять условию

,

где – площадь детали в опасном сечении с учетом ослабления ее отверстиями; s – толщина листа; b – ширина листа; d – диаметр отверстия под заклепку; равный диаметру стержня заклепки; z – число заклепок в одном ряду; - допускаемое напряжение при растяжении материала деталей.

Откуда требуемая площадь сечения детали

.

Смятие стенок отверстия нарушает работоспособность соединения и может привести к последующему прорезанию заклепкой соединяемых деталей. Для предотвращения прорезания должно выполняться условие прочности по допускаемым напряжениям среза для материала деталей (листов)

;

где – длина опасного сечения.

В расчетах на срез принимают допускаемые напряжения , напряжения смятия , а допускаемые напряжения при растяжении , - предел текучести материала рассчитываемой детали (заклепки, листа).

Для тонколистовых деталей применяют соединения гибкой. Данный вид соединения осуществляется путем обжима одной из соединяемых деталей лапками другой (парной) детали. Если деталь изготовлена из пластичного материала, соединения могут быть разъемными. Конструкция соединения должна обеспечивать надежный прижим собранных деталей. Прочность соединения такого типа повышают пайкой, сваркой или другими способами.

Решение задач на тему «Заклепочные соединения»

Задача 1

Определить необходимое число заклепок в соединении внахлестку полосы толщиной δ = 10 мм с косынкой (рис. 10.11). Соединение нагружено постоянной осевой силой Р = 225 кН. Материал полосы и косынки – сталь Ст3. Материал заклепок – сталь Ст2; их диаметр d ≈ 2δ. Отверстия под заклепки сверленые.

Рис. 10.11

Решение

Ближайшие по ГОСТ 10299 – 68 диаметр заклепок d = 19 мм, диаметр отверстий d ₀ = 20 мм.

Условие прочности полосы на растяжение в ослабленном сечении (при расположении заклепок в один ряд):

.

Для конструкции из стали Ст3 при действии статической нагрузки [σ ]_p = 160 Н/мм².

Определяем требуемую ширину полосы:

округлив, принимаем b = 165 мм.

Определяем из расчета на срез требуемое число заклепок

где для заклепок из стали Ст 2 при сверленых отверстиях принято [τ ]_ср = 140 Н/мм².

Проверяем заклепочное соединение на смятие при толщине косынки, равной толщине полосы δ _К = δ = 10 мм, и допускаемом напряжении на смятие [σ ]_см= 320 Н/мм²:

.

Поскольку , то условие прочности выполняется.

Задача 2

Определить допустимую нагрузку заклепочного соединения (рис.10.12), если заклепки выполнены из стали Ст2, а соединяемые ласты и накладки из стали СтЗ. Диаметр заклепки d = 16 мм, отверстия под заклепки продавленные.

При силе Q, равной допускаемой, определить нормальные напряжения в сечениях I-I, II-II, III-III листов.

Рис. 10.12

Решение. Допускаемую нагрузку определим из расчета на срез и смятие заклепок, расположенных по одну сторону стыка. Диаметр отверстий d₀ = 16, 5 мм. Допускаемые напряжения: [τ ]_ср = 100 Н/мм²; [σ ]_см = 280 Н/мм²; [σ ]_р = 160 Н/мм².

Выражения для вычисления допускаемой нагрузки:

;

.

Подставив числовые значения, найдем:

.

Здесь z = 5 – число заклепок; i = 2 число плоскостей среза; δ _min = δ =15 мм < 2δ _н.

Окончательно принимаем [ Q ] = 200 кН.