Заклёпочные соединения

3. Для  установки заклепок из легких  сплавов в холодном состоянии  требуются другие методы работы, чем при горячей клепке.

4. На  поверхностях деталей из легких  металлов не должно быть никаких  повреждений в зоне шва, возникающих  в результате работы клепального  инструмента и оборудования.

5. Если  при изготовлении агрегатов самолета  детали из легких сплавов соединяют с деталями из пластмассы, кожи, фибры и т. д., то требуется применение специальных заклепок и методов клепки.

Наличие перечисленных выше специфических  особенностей привело конструкторов  и технологов к разработке и применению в авиационной промышленности специальных видов клепального оборудования и способов клепки. 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Расчёт  на прочность элементов  заклёпочного шва

Условия нагружения заклепок подобны условиям нагружения болтов, поставленных без  зазора (рис. 1.4).

При расчетах заклепочных соединений, нагруженных силой в плоскости стыка, допускают, что нагрузка распространяется равномерно между всеми заклепками шва, силы трения в стыке не учитывают. 
На основные размеры заклепочных соединений выработаны нормы, которые рекомендуют выбирать d, /, е и δί в зависимости от толщины листов δ или размеров прокатного профиля . При этом расчет приобретает проверочный характер.

Ниже  рассмотрены некоторые особенности  конструкции и расчета заклепочных  соединений. В соединениях широких  листов (рис. 2.4) за расчетную нагрузку принимают силу Fn действующую на фронте одного шага /. При этом значение Ft обычно определяют по напряжениям растяжения σ' в сечении листа а — а, не ослабленном отверстиями под заклепки. Напряжение σ' полагают известным из основных расчетов конструкции (расчет прочности стенок котла, резервуара и т. п.):

Ft = &tb. 
Прочность листа в сечении b — b 
a = Ftl[(t-d) δΜσ]. 
Отношение 
σ7σ = (ί-έ/)// = φ    (2.1) 
называют коэффициентом прочности заклепочного шва.

Значение  φ показывает, как уменьшается прочность листов при соединении заклепками. Например, для однорядного одно- срезного шва (рис. 2.4, а) при стандартных размерах φ = 0,65, т.е. образование заклепочного соединения уменьшает прочность листов на 35%. Понижение прочности деталей — одна из главных отрицательных характеристик заклепочного соединения. Для увеличения значений φ применяют многорядные и многосрезные швы.     

(см. рис. 1.4 и 1.5).

На рис. 1.5 изображена конструкция прочноплотного трехрядного шва с переменным шагом заклепок в рядах (правая половина шва симметрична и на рисунке изображена частично). В этом шве на фронте основного шва ίγ расположено шесть заклепок. 

 
Рис.1.5.

Каждая  заклепка передает нагрузку, равную (1/6) Ft. В соответствии с этим на рис. 1.5 даны эпюры продольных сил, возникающих в различных сечениях листов и накладок. Сечение листа по первому ряду заклепок нагружено полной силой Ft. Для того чтобы немного ослабить это сечение, в нем поставлена только одна заклепка (две половины заклепки). Сечение по второму ряду нагружено меньшей силой и, соблюдая условия равнопрочностей, в нем можно поставить большее число заклепок и т. д. Малая нагрузка на каждую заклепку, а также две плоскости среза заклепки позволяют значительно уменьшить ее диаметр. Уменьшение диаметра приводит к увеличению коэффициента прочности шва, например для рассматриваемого шва φ%0,9. Однако стремление получить высокое значение φ приводит к сложной и дорогой конструкции соединения.

Расчет  заклепочных соединений ведется  на срез и смятие на основе допущений, указанных в предыдущем параграфе. Между склепываемыми элементами развиваются значительные силы трения, и работа заклепок на срез начинается лишь после того, как внешние силы станут больше сил трения и начнется сдвиг склепанных полос. При расчетах это обстоятельство не учитывают.

 

Рис.1.6.

Склепываемые  элементы (полосы, уголки и т. п.) рассчитывают на растяжение (сжатие) с учетом ослабления их поперечных сечений отверстиями для заклепок.

Расстояние е от центра первой заклепки до края полосы (рис.1.6.) принимают обычно равным удвоенному диаметру заклепки. При таком расстоянии прочность края полосы на срез (выкалывание) обеспечена и специальный расчет не нужен.

Отверстия в склепываемых элементах имеют  диаметр, на 0,5-1 мм больше, чем диаметр непоставленной заклепки. В расчетные формулы входит диаметр d отверстия, так как в выполненном соединении заклепка практически полностью заполняет отверстие.

Зависимости для проверочных расчетов имеют  следующий вид:

     а) на срез

(1)

где i — общее число заклепок, передающих заданную нагрузку  ; в конструкциях типа, представленного на рис.6.11,а и 6.12,б, — это общее число заклепок, а в соединениях встык (рис.6.11,б и 6.12,а) — это число заклепок по одну сторону стыка; к — число плоскостей среза одной заклепки: для конструкций по рис.6.11 —k = 1 и по рис.6.12 — k = 2;

     б) на смятие

(2)

     При односрезных соединениях (рис.1.6.) вместо   надо подставлять в формулу значения меньшей из толщин склепываемых элементов, а при двухсрезных— меньшей из величин   или   (рис.1.7, а).

      а) 
 

      б) 

     Рис. 1.7.  

Для соединения по рис.1.7. ,б под   надо понимать толщину полки уголка.

При проектировочном расчете заклепочного соединения диаметром заклепок задаются, принимая его примерно равным  . При различной толщине склепываемых элементов под   понимают меньшую из них. Затем определяют допускаемое усилие на одну заклепку:

     а) из условия прочности на срез

(3)

     б) из условия прочности на смятие

(4)

     По меньшему из допускаемых усилий определяют требуемое число заклепок:

(5)

     Для заклепочных соединений стальных конструкций  промышленных и гражданских сооружений, а также подъемных кранов допускаемые напряжения на срез и смятие принимают по следующим данным (табл. 1).

Таблица 1

Допускаемые напряжения на срез и смятие

Материал  конструкции	Допускаемые напряжения, Н/мм2
	При продавленных отверстиях		При сверленных или рассверленных отверстиях
Сталь Ст.2	100	240	140	280
Сталь Ст.3	100	280	140	320

 

  
 
 
 
 
 
 

     Примеры расчётов к главе 4:

Пример  1. Проверить прочность заклепочного соединения изображенного на рис. 2.1. Допускаемые напряжения:     

Рис.2.1. К примеру 1

     Решение 

1.     Проверяем полосу на растяжение. 

На рис.2.1. показана эпюра продольных сил для полосы, построенная на основе допущения, что каждая заклепка передает усилие   Расчет выполняется для сечения I — I, в котором возникает наибольшая продольная сила  , и для сечения II — II, усилие в котором меньше, чем  , но и расчетная площадь также меньше.

     Для сечения I — I:

       

     Здесь   — так называемая площадь нетто сечения I — I, т. е. полная площадь за вычетом ослаблений отверстиями для заклепок.

     Для сечения II — II:

     

     2. Проверяем заклепки на срез:

     

     3. Проверяем соединение на смятие, учитывая, что 

     

Расчет  показывает, что прочность соединения обеспечена. Возможно даже небольшое  уменьшение толщины полосы, так как  расчеты на растяжение и смятие обнаруживают некоторые резервы прочности. 

Пример  2. Стержень фермы, состоящий на двух швеллеров №18а, соединен с фасонным листом (косынкой) узла фермы заклепками расчетным диаметромd = 17 мм (рис.2.2.). Определить требуемое число заклепок, если продольное усилие в стержне N = 580 кН и допускаемые напряжения       Проверить прочность стержня.

Рис.2.2. К примеру 2.

     Решение

     Допускаемое усилие на одну заклепку из условия  прочности на срез

     

     Здесь принято k = 2 — заклепки двухсрезные.

     Допускаемое усилие на одну заклепку из условия  прочности на смятие

     

     Толщина косынки меньше удвоенной толщины  стенки швеллеров, поэтому она и  принята в качестве расчетной.

     Требуемое число заклепок определяем из условия  прочности на смятие, так как

     

     

     Принимаем  = 12.

     Напряжение  в опасном сечении (I — I) стержня

       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение.

Варианты  технологического процесса выполнения сборочно-клепальных работ могут отличаться видом применяемого оборудования, оснастки и инструмента; характером подготовки деталей к сборке; формой организации производства и т.д.

Существует бесконечное число вариантов технологического процесса сборки- клепки узлов, панелей, отсеков и агрегатов.

Оптимальный вариант процесса сборки устанавливают  на основании эффективности капиталовложений или технологической себестоимости. Если сравниваемые варианты значительно отличаются один от другого применением различного вида оборудования и оснастки, определяют сроки окупаемости оборудования, т. е. эффективность капиталовложений. Если же сравниваемые варианты незначительно отличаются по применяемому в процессе сборки оборудованию, оптимальный вариант выбирают по наименьшей технологической себестоимости процесса. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников и литературы

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. - М.: Машиностроение., 2006 г., - 236 стр.
2. Вафин Р. Расчёты на прочность элементов машиностроительных конструкций. – М.: ООО «ТНТ»., 2006г., - 580стр.
3. Ерохин М. Детали машин и основы конструирования. – М.: КолосС., 2011г., - 512 стр.
4. Иванов М.Н. Детали машин. – М.: Высшая школа., 2010г., - 408 стр.
5. http://distance.net.ua/Russia/Sopromat/lekcia/razdel6.htm - сайт  Дистанционное обучение по специальности «Инженерная механика».   (Сопротивление материалов. Лекционный курс)
6. http://ru.wikipedia.org/ - Википедия.