Клёпаные соединения

Клепаным называется соединение деталей с применением деталей из высокопластичного материала, состоявших чаще всего из стержня 1 и закладной головки 2; конец стержня расклепывается для образования замыкающей головки 3 (рис. 2.1).

Рисунок 2.1- Клепаное соединение

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.

Рисунок 2.2- Клепаные соединения:

(а)двухрядный односрезный нахлесточный шов, (б) однорядный односрезный стыко­вой шов с одной накладкой, (в) однорядный двухсрезный стыко­вой шов с двумя накладками

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. На рис. 2.2 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 качества стандартизованы. По форме головок заклепки бывают (рис. 2.3) с полукруглой (а), потайной (б), полупотаинои (в), пло­ской (г), полукруглой низкой и другими головками.

В тех случаях, когда нежелательно или недопустимо клепаное соеди­нение подвергать ударам, применяют полупустотелые заклепки (рис. 2.3, г), замыкающая головка которых образуется развальцовкой.

Рисунок 2.3- Типы заклепок:

(а) с полукруглой формой, (б) с потайной формой, (в) с полупотайной формой, (г) с пло­ской формой, (д) пустотелая

Для соединения тонких листов и неметаллических материалов, а также когда в конструкции нужны отверстия для электрических, крепеж­ных или других деталей, применяют пустотелые заклепки (рис. 2.3, 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.

Заклепки повышенного качества предназначены для соединений с повышенными требованиями к их надежности.

Заклепки изготовляют из низкоуглеродистых сталей, цветных металлов (например, медь) или их сплавов (латунь, алюминиевые сплавы). Клепка стальных заклепок диаметром до 10 мм, заклепок пустотелых и из цветных или легких металлов и сплавов выполняется в холодном состоянии. Стальные заклепки большего диаметра клепают в горячем состоянии, т.е. конец заклепки предварительно нагревают до 1000...1100 °С. За счет тепловой деформации заклепок соединяемые элементы сжимаются с большей силой, чем при холодной клепке.

При выборе материалов желательно, чтобы коэффициенты линейного расширения заклепок были примерно равными (во избежание температурных напряжений). Необходимо, чтобы в соединении не было сочетаний разнородных материалов, образующих гальванические пары (во избежание возникновения гальванических токов, быстро разрушающих соединения) поэтому для медных деталей применяют медные заклепки, для алюминиевых — алюминиевые и т.

Диаметр заклепок для стальных металлоконструкции d=(1.5…2)δ, а толщина накладок δ_н = 0,8δ (при одной накладке δ_н = =1,25δ), где δ — толщина соеди­няемых деталей.

Подбор заклепок по длине, раз­меры замыкающих головок и диаметры отверстий под заклепки peгламентированы ГОСТ 14802-85.

Отверстия под заклепки продавливают или сверлят; второй способ менее производителен, но обеспечивает более высокую точность и проч­ность соединений.

В зависимости от диаметра d заклепки и точности сборки диаметр d0 отверстия под заклепку принимают d0 = d + (0,2...2) мм, а длину L закле­пок нормальной точности ориентировочно берут равной толщине склепы­ваемых деталей с прибавлением 1,5d на образование головки (см. рис. 2.1) и округляют до ближайшей стандартной величины. Длину заклепок повы­шенной точности подбирают по номограмме, имеющейся в справочной литературе.

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

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. 2.4);

смятие отверстий соединяемых деталей и заклепок под действием напряжений смятия (рис. 2.4), 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. 2.5);

срез соединяемых деталей по двум сечениям 2-2 (рис. 2.5).

Рисунок 2.4- Смятие отверстий соединяемых деталей и заклепок под действием напряжений смятия

Рисунок 2.5 - Разрыв соединяемой детали по сечению, ослабленному отвер­стиями под заклепки

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. 2.4) 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 (см. рис. 2.4)

,

где А_ср = iπd₀²/4; i — число плоскостей среза; z — число заклепок шва; А_ср — площадь среза заклепки.

2. Прочность соединения на смятие

,

где A_см = d₀δ_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. 2.5)

,

где А_р = (р – d₀)δ_min

4. Прочность соединяемых деталей на срез |

,

где А'_ср = 2(е – d₀/2)δ_min (здесь длина сечения 2—2 уменьшена на d₀/2, так как вначале материал сминается на эту величину и лишь затем происходит срез).

Значения допускаемых напряжений, входящих в приведенные выше формулы, имеются в справочниках.

Из условия равнопрочности соединений принимают шаг заклепок р = (3…6)d, расстояние между рядами заклепок берется равным (2...3)d, где d — диаметр заклепки.