Заказать звонок


все коммерческие предложения высылать на [email protected]
для оформления заявок [email protected]



Виды заклепочных соединений


Виды заклепочных соединений

Подробности Категория: Заклепочные соединения Просмотров: 2484

Заклепочное соединение целесообразно нагружать только на сдвиг, разгружая его от действия изгибающих моментов, вызывающих односторонний изгиб стержней заклепок. Возникающие при изгибе напряжения разрыва, складываясь с растягивающими напряжениями, возникающими при склепывании, перегружают стержень и головки заклепки.

В соединениях по рис. 24, а, б под действием растягивающих сил возникает изгибающий момент, приблизительно равный произведению растягивающей силы на толщину материала (виды з, и). Этот момент отчасти погашается сопротивлением изгибу листов, а частично передается на заклепки.

В соединении с двумя накладками (вид в) изгибающий момент вследствие центрального приложения сил не возникает. Кроме того, это соединение двусрезное; благодаря удвоенному числу поверхностей трения сопротивление сдвигу здесь в 2 раза больше, чем в конструкциях (а, б).

Конструкция (г) с отбортованными кромками нерациональна, так как при растяжении заклепки подвергается изгибу.

В угловых соединениях (вид д) с отбортованной кромкой, применяемых иногда для присоединения днищ к обечайкам резервуаров, содержащих газы или жидкости под давлением, деформация стенок резервуаров вызывает изгиб заклепок.

Рациональнее соединения (е, ж), где заклепки работают преимущественно на сдвиг и лишь в незначительной степени — на изгиб. Изгиб тем меньше, чем меньше деформация днища и ближайших к шву стенок обечайки под действием внутреннего давления, т. е. чем ближе заклепки расположены к углу жесткости системы (чем меньше расстояние l заклепки от плоскости днища).

Применяют однорядные (рис. 25, а, г), двухрядные (б, д) и многорядные (в) соединения. В двухрядных и многорядных швах заклепки, как правило, располагают в шахматном порядке с целью более равномерной нагрузки швов, а также для облегчения установки заклепок.

На рис. 25 приведены применяемые в конструкциях общего назначения эмпирические зависимости значений шага (t) и расстояний (е), (е1) от диаметра заклепки (d).

Вследствие ослабляющего влияния отверстий прочность заклепочных соединений меньше прочности целого материала.

Относительная прочность соединений, выраженная в долях прочности целого материала, приведена в таблице.

Увеличение числа швов свыше трех повышает прочность незначительно.

По функциональному признаку различают прочные швы, применяемые в силовых конструкциях, и прочноплотные швы, обеспечивающие наряду с восприятием сил герметичность соединения и применяемые при изготовлении конструкций резервуарного типа. Для прочноплотных швов применяют заклепки с усиленными головками, обычно с коническими подголовками, обеспечивающими герметичность посадки заклепки в отверстии. Заклепки в прочностных соединениях, работающих при высоких температурах, ставят в горячем состоянии независимо от толщины склепываемых деталей. Швы обычно делают двух- или трех рядными.

Герметичность стыка обеспечивают дополнительными средствами, например, смазыванием поверхностей стыка перед склепыванием уплотнительными составами (сурик, разведенный на масле, мази на основе отверждающихся синтетических смол и т. д.). Следует, однако, иметь в виду, что уплотняющие мази, уменьшая коэффициент трения на поверхности стыка, снижают прочность соединения на сдвиг, поэтому мазь лучше наносить не по всей поверхности стыка, а узкой полоской, например, змейкой с обходом отверстий под заклепки.

В соединениях, работающих при высоких температурах, применяют силоксановые эмали с металлическими порошками (Al, Zn), выдерживающие температуру до 600°С.

Другой способ уплотнения — установка на стыке тонких проволок из мягких металлов, расплющиваемых при клепании.

Хорошие результаты дает покрытие предварительно зачищенных поверхности стыка пластичными металлами, наносимыми гальванически или газопламенным напылением. Наибольшей термостойкостью обладают покрытия медью и никелем.

Металлические покрытия увеличивают прочность соединения, так как при повышенной температуре и высоком давлении, существующих на поверхности стыка, происходит взаимодиффузия металлов покрытия с образованием металлического слоя промежуточной структуры.

Иногда применяют подчеканку кромок соединения (рис. 26, а) со скосом кромок под углом 15—20°.

Подчеканенные швы сохраняют герметичность в эксплуатации лишь при условии достаточной жесткости соединения. При недостаточной жесткости герметичность соединения, особенно в условиях циклической нагрузки, быстро нарушается в результате периодической деформации стыка.

Практикуемый иногда способ герметизации путем подварки кромок соединения легким сварным швом (рис. 26, б) нельзя считать рациональным. Жесткость сварных швов, даже малого сечения, значительно больше жесткости заклепочных швов. Вследствие этого сварной шов воспринимает силы, действующие на соединение. Прочность шва и определяет прочность соединения. В таких случаях лучше переходить целиком на сварное соединение швом нормального сечения.

inzhener-info.ru

2.2 Заклепочные соединения

2.2.1 Общие сведения

Заклепочные соединения – соединения, получаемые с помощью заклепок.

З

Рис. 2.25. Формирование замыкающей головки при клепке

аклепка – стержень круглого сечения с головками на концах, одну из которых выполняют заранее (закладная головка), а вторую (замыкающая) формуют при клепке (рис. 2.25). Соединение собирают путем установки заклепок в предварительно подготовленные отверстия в деталях (пакете листов) и последующей осадки (клепки) специальным инструментом замыкающей головки. В процессе клепки производят стяжку (сжатие) пакета, и за счет поперечной упругопластической деформации стержня происходит заполнение начального зазора между стержнем и стенками отверстия, приводящее часто к образованию натяга.

Обычно заклепками соединяют листовые конструкции.

По назначению различают соединения:

  • прочные – для передачи нагрузки;

  • плотные – для обеспечения герметичности;

  • прочноплотные – как для передачи нагрузки, так и для обеспечения герметичности.

Часто для обеспечения герметичности используют клей.

Достоинства заклепочных соединений:

  1. Стабильность и контролируемость качества соединения.

Недостатки заклепочных соединений:

  1. Высокая трудоемкость и низкая технологичность.

  2. Повышенный расход металла.

  3. Неудобные конструктивные формы, связанные с необходимостью наложения листов металла или применения специальных накладок.

Область применения заклепочных соединений:

  1. Заклепочные соединения применяют, в основном, в конструкциях, в которых внешние нагрузки действуют параллельно плоскости стыка, а применение сварки, пайки и склеивания невозможно по конструктивным или технологическим соображениям.

  2. Соединения, в которых нагрев недопустим из-за опасности отпуска термообработанных деталей или коробления окончательно обработанных точных деталей.

  3. Соединения несвариваемых материалов.

  4. В авиастроении.

  5. В автомобилестроении, для рам грузовых автомобилей.

2.2.2 Конструкция заклепок

Заклепки со сплошным стержнем: с полукруглой головкой (рис. 2.26а) (ГОСТ 10299-80, ГОСТ 14797-85), имеющие основные применение в силовых и плотных швах; с полукруглой низкой головкой (рис. 2.26б); с плоской головкой (рис. 2.26в) (ГОСТ 14801-85), предназначенные для работы в коррозионных средах; с потайной головкой (рис. 2.26г) (ГОСТ 10300-80, ГОСТ 14798-85), применяемые при недопустимости выступающих частей (в частности, в самолетах); с полупотайной головкой (рис. 2.26д), для соединения тонких листов.

а

б

в

г

д

Рис. 2.26. Заклепки со сплошным стержнем

Заклепки со сплошным стержнем изготавливаются нормальной точности и повышенного качества (для ответственных соединений).

Заклепки полупустотелые (ГОСТ 12641-80 – ГОСТ 12643-80) и пустотелые (ГОСТ 12638-80 – ГОСТ 12640-80) применяют для соединения тонких листов и неметаллических деталей, не допускающих больших нагрузок.

а

б

в

г

д

е

Рис. 2.27. Заклепки полупустотелые (а-в) и пустотелые (г-е)

Полупустотелые и пустотелые заклепки могут иметь полукруглую (рис. 2.27а,г), плоскую (рис. 2.27б,д) или потайную (рис. 2.27в,е) головку.

Кроме традиционных заклепок применяют:

заклепки из стержней с одновременным расклепыванием обеих головок и образованием гарантированного натяга по цилиндрической поверхности;

заклепки с потайной головкой и компенсатором – местной выпуклостью на головке, деформируемой при клепке и уплотняющей контакт головки;

заклепки для швов с односторонним подходом и с сердечником, который при осевом перемещении распирает заклепку, образует замыкающую головку, а потом обрывается и фрезеруется для обеспечения гладкой поверхности;

взрывная заклепка того же назначения, у которой замыкающая головка образуется в результате взрыва вещества, заложенного в отверстие заклепки. Взрыв вызывается нагревом закладной головки и стержня;

болт-заклепка в виде стержня, устанавливаемого с натягом, и высокой шайбы. При установке болта гайку обжимают на стержне, имеющем в этом месте кольцевые канавки, при этом хвостовую часть стержня обрывают;

заклепка с большим сопротивлением сдвигу в виде твердой пустотелой заклепки с потайной головкой, притягиваемой винтом.

2.2.3 Материалы заклепок

Требования, предъявляемые к материалу заклепок: прочность, пластичность для обеспечения легкости формирования головки, однородность с материалом соединяемых деталей во избежание электрохимической коррозии.

Стальные заклепки обычно изготавливают из сталей Ст2, Ст3, 09Г2 и др. Для соединения элементов из сталей повышенного качества целесообразно применять заклепки из тех же сталей, если возможно по условиям их пластического деформирования.

Из легких сплавов применяют латунь, медь, алюминиевые сплавы. Обычно применяют В65, Д15 и др.

Стальные заклепки диаметром до 8…10 мм и заклепки из легких сплавов расклепывают холодным способом, остальные заклепки – горячим способом.

2.2.4 Конструкция заклепочных соединений

Заклепочные соединения по конструкции разделяют на соединения внахлест (рис. 2.28а), соединения с одной накладкой (рис. 2.28б) и соединения с двумя накладками (рис. 2.28в).

а

б

в

Рис. 2.28. Основные типы заклепочных соединений

Типовыми примерами силовых заклепочных соединений могут служить балки, фермы, колонны в существующих строительных соединениях (рис. 2.29).

а

б

Рис. 2.29. Клепаные балки (а) и узел фермы (б)

При конструировании следует придерживаться следующих правил:

а) в элементах, работающих на растяжение или сжатие для уменьшения их изгиба, заклепки следует располагать возможно ближе к оси, проходящей через центр массы сечений, или симметрично относительно этой оси;

б) в каждом соединении для устранения возможности относительного поворота соединяемых деталей желательно использовать не менее двух заклепок;

в) заклепки по возможности следует размещать таким образом, чтобы соединяемые элементы ослаблялись меньше и их материал использовался более полно, т.е. следует предпочитать шахматное расположение рядному.

Диаметр заклепок d в односрезных силовых соединениях выбирают равным d = (1,8…2)s, в двухсрезной – d = (1,2…1,8)s, где s – толщины соединяемых элементов; большие значения – при малых s. В авиастроении принимают .

Минимальный шаг размещения заклепок определяется удобством клепки, максимальный – условиями плотного соприкосновения листов и зависят от жесткости соединяемых элементов.

2.2.5 Расчет заклепочных соединений

При нагружении заклепочного соединения продольной силой F (в пределах сил трения на поверхности контакта) нагрузка передается силами трения, которые в соединениях горячей клепкой без чеканки соответствуют условному напряжению заклепки на срез 80…90 МПа. Затем в работе начинает принимать участие тело заклепки, подвергаясь изгибу, смятию и сдвигу.

В плотном и точном соединениях необходимо, чтобы вся внешняя нагрузка во избежание местных сдвигов воспринималась силами трения.

2.2.5.1 Расчет заклепочных соединений при действии поперечной нагрузки

Расчет заклепок в соединении, находящемся под действием продольной нагрузки (рис. 2.30), сводится по форме к расчету их на срез и смятие.

Напряжения среза:

,

где - площадь среза;

–диаметр заклепки;

i – количество площадок среза;

–допускаемые напряжения на срез для материала заклепки.

а

б

Рис. 2.30. Расчетные схемы односрезного и двухсрезного заклепочного соединения

Напряжения смятия:

,

где – площадь смятия;

s – толщина соединяемой детали;

–допускаемые напряжения на смятие.

Напряжение смятия действует в двух направлениях. Смятие одинаково действует как на боковую поверхность заклепки, так и на внутреннюю поверхность отверстия детали. Поэтому в качестве допускаемых напряжений на смятие принимаются допускаемые напряжения более слабого материала. Если материал соединяемых деталей одинаков, а толщина разная, то в качестве расчетной площади смятия принимается меньшая площадь, например, если (рис. 2.30б), то .

2.2.5.2 Расчет заклепочных соединений при действии продольной нагрузки

При работе заклепки на отрыв деталей (рис. 2.31) стержень заклепки испытывает растяжение, нижняя поверхность головки заклепки подвергается смятию, головка подвергается срезу по цилиндрической поверхности, являющейся продолжением стержня.

Напряжения растяжения в стержне заклепки:

,

где – площадь поперечного сечения стержня заклепки.

Напряжения смятия на нижней поверхности головки:

,

г

Рис. 2.31. Расчетная схема при работе заклепки на отрыв

де– площадь поверхности смятия.

Напряжения среза в головке:

,

где – площадь поверхности среза.

2.2.5.3 Расчет групповых заклепочных соединений

Расчет группового заклепочного соединения сводится к определению максимальной нагрузки, приходящейся на одну заклепку и расчету ее как одиночной. Расчетные схемы составляются по правилам для групповых резьбовых соединений (см. п. 2.1.10).

studfiles.net

1.3. Основные типы заклепок

Форма головки выбирается в зависимости от назначения заклепочного шва и определяет тип заклепки. Наибольшее применение имеют заклепки с полукруглыми головками (рис. 1.2, а). Заклепки с потайными головками (рис. 1.2, б) применяют тогда, когда конструктивно недопустимы выступы головок. Трубчатые заклепки (рис. 1.2, г) применяют в слабонагруженных металлических соединениях, а также в соединениях неметаллических материалов (фибра, текстолит и др.). Замыкающая головка трубчатой заклепки получается развальцовкой свободного конца. Все заклепки стандартизированы (см. справочную литературу [7] и др.).

Рис. 1.2. Основные типы заклепок: а - c полукруглой головкой; б - с потайной головкой;

в - с полупотайной головкой; г - трубчатая

1.4. Классификация заклепочных швов

В зависимости от назначения заклепочные швы бывают:

прочные, обеспечивающие основной критерий работоспособности —прочность. Применяются в металлоконструкциях (фермы, рамы и др.);

плотные, обеспечивающие прочность и герметичность. Применяются в различных резервуарах. В настоящее время плотные заклепочные швы заменяют сварными соединениями.

В зависимости от взаимного расположения склепываемых деталей различают заклепочные швы внахлестку (рис. 1.3) и встык, с одной (рис. 1.4) или с двумя (рис. 1.5) накладками.

В зависимости от числа рядов заклепок швы бывают однорядные (см. рис. 1.3) и многорядные (см. рис. 1.4 н 1.5). Для швов встык число рядов учитывается по одну сторону стыка.

В зависимости от расположения заклепок в рядах различают швы параллельные (см. рис. 1.4) и шахматные (см. рис. 1.5).

В зависимости от числа плоскостей среза одной заклепки швы делят на односрезные (см. рис. 1.3 и рис. 1.4) и двухсрезные (см. рис. 1.5).

Рис. 1.3. Однорядный односрезный заклепочный шов внахлестку

Рис. 1.4. Двухрядный односрезный параллельный заклепочный шов с одной накладкой

Рис. 1.5. Многорядный двухсрезный шахматный

заклепочный шов с двумя накладками

1.5. Краткие сведения о материалах заклепочных соединений

Основными материалами склепываемых деталей являются мало-углеродистые стали Ст.0, Ст.2, Ст.3, цветные металлы и их сплавы.

К материалу заклепки предъявляются требования:

1. Высокая пластичность для облегчения процесса клепки.

2. Одинаковый коэффициент температурного расширения с материалом деталей во избежание дополнительных температурных напряжений в соединении при колебаниях температуры.

3. Однородность с материалом склепываемых деталей для предотвращения появления гальванических токов, сильно разрушающих соединения. Для стальных деталей применяются только стальные заклепки. Для дюралюминиевых деталей применяются алюминиевые заклепки, а для медных деталей — медные.

Заклепки изготовляют на высадочных автоматах из прутков малоуглеродистых сталей Ст.2, Ст.3, 10кп, 20кп, из сплавов цветных металлов Л62, МЗ, АД1 и др.

Рис. 1.6. К расчету однорядного односрезного заклепочного шва

На практике при расчете прочных заклепочных швов пользуются следующими соотношениями, полученными совместным решением уравнений при условии равнопрочности всех элементов шва:

1. Диаметр отверстий под заклепки для швов внахлестку (см. рис. 1.6) или с одной накладкой (см. рис. 1.4)

d0≈2s (1.5)

2. Шаг заклепочного шва (см. рис. 1.6.)

t=(36)d0 (1.6)

3. Расстояние от края детали до оси заклепки (см. рис. 1.6)

при продавленных отверстиях

е=2d0 (1.7)

при сверленых отверстиях

е=1,65d0 (1.8)

4. Расстояние между рядами заклепок (см. рис. 1.4)

а≥0,6t, (1.9)

5. Толщина накладок (см. рис. 1.5)

s1=0,8s (1.10)

Необходимое число заклепок z определяют расчетом из условий прочности па смятие и срез по формулам (1.1) и (1.2).

Контрольные вопросы

1. Изложите последовательность образования заклепочного шва.

2. Дайте классификацию заклепочных швов но назначению и конструктивным признакам.

3. Из каких соображений устанавливают соотношения размеров элементов заклепочного шва?

Рис. 1.8. Пример соединения полосы с проушиной

studfiles.net

Виды заклепочных соединений.

Виды заклепочных соединений. 4.67/5 (93.33%) проголосовало 12

Заклепочные соединения относятся к неразборным или глухим соединениям. При этом соединения двух деталей осуществляется с помощью металлического стержня в форме цилиндра с головкой на одном конце. Этот металлический стержень называется заклепкой.

По форме головок заклепки различают (рис. 1):

  • с полукруглой;
  • конусной;
  • цилиндрической;
  • потайной;
  • полупотайной головкой;
  • бочкообразной головкой и коническим подголовком.

Рис. 1 Виды заклепок:

а, б — с полукруглой головкой; в — с конусообразной головкой; г — с цилиндрической головкой; д — с конической потайной головкой; е — с полупотайной головкой; ж — с бочкообразной головкой; з — с бочкообразной головкой и конусообразным подголовком.

Читайте другую мою статью: размеры и вес стальных заклепок по ГОСТ 10299-80.

Выполнение заклепочных соединений.

Операция клепки заключается в следующем. В отверстие, проходящее через соединяемые детали, вставляется нагретая или холодная заклепка, один конец которой несколько выступает над поверхностью детали. Выступающий из отверстия стержень ударами или давлением осаживается, и образуется вторая заклепочная головка. Первая головка заклепки называется природной или закладной, я вторая, образуемая в процессе клепки — замыкающей.

Материалы для изготовления заклепок.

Материалом для заклепок служит мягкая тонковолокнистая и мелкозернистая сталь. Стальные сосуды и котлы клепаются стальными заклепками, медные — медными.

Ручная и пневматическая клепка.

Ручная клепка осуществляется специальными клепальными молотками, пневматическая – пневматическими клепальными молотками. Машинная клепка выполняется переносными либо постоянными электрическими, гидравлическими или пневматическими клепальными машинами.

Вставленная в отверстие заклепка подпирается со стороны природной головки неподвижной поддержкой, а выступающий за поверхность детали второй конец стержня осаживается ударами мoлотка или давлением поршня клепальной машины.

Осаживание стержня заклепки заканчивается образованием замыкающей головки. Сначала по всей длине заклепочного шва, в промежутках между сборочными болтами, ставят несколько заклепок, а затем ставят остальные и только после этого заменяют сборочные болты заклепками. Если клепку вести по порядку с одного конца шва до другого, то даже вследствие небольших неточностей в клепке отверстия окажутся смещенными.

Листы с пробитыми отверстиями при сборке располагают расширенной частью отверстий наружу. При таком расположении заклепка лучше заполняет отверстие (рис. 2).

Рис. 2. Соединения листов:

а — правильное; б — неправильное.

Диаметр заклепки выбирают с расчетом, чтобы нагретый стержень заклепки туго входил в отверстие. Для этого заклепки изготовляют из калиброванного металла, а отверстие калибруют развертками.

Как определить длину стержня заклепки?!

Длина стержня определяется по формуле:

l = δ + δ1 + … + δn + 1,5d,

Где:

δ — толщина склепываемых листов;

d — диаметр заклепки.

Длина 1,5d соответствует длине заклепочной головки с прибавлением на усадку стержня при заполнении отверстия. Расстояние центра заклепочного отверстия от кромки склепываемого листа достаточно иметь 1,5 диаметра заклепки, но, учитывая требования прочности, принимают:

1,5d для листов толщиной менее 20 мм;

1,5d + 5 мм для листов толщиной 20—30 мм;

1,5d + 10 мм для листов толщиной свыше 30 мм.

Расстояние между центрами заклепок принимают до 6d, но не менее 2d (рис. 3).

Рис. 3. Расстояние между цент рами заклепок.

Рядовая и разрозненная клепка при монтажных работах является наиболее сложной, так как чаще всего она происходит сбоку и на большой высоте. Работы выполняются с лесов и подмостков, которые стесняют движения рабочего. Также при клепке некоторых узлов количество заклепок ограничено и расположены они на разной высоте и больших расстояниях друг от друга. Все эти условия усложняют работы по заклепке.

Статья оказалась Вам полезной?! Поделитесь с друзьями в социальных сетях!!!

mechanicinfo.ru

Виды заклепочных соединений

Поиск Лекций

Тема 11. Жестяницкие и клепательные работы. Клепка.

Занятие 1

Клепкой называется процесс соединения двух или нескольких деталей при помощи заклепок. Этот вид соединения относится к груп­пе неразъемных, так как разъединение склепанных деталей возможно только путем разрушения соответствующих частей заклепок.

Заклепочные соединения широко применяют при изготовлении металлических конструкций мостов, ферм, рам, балок, а также в котлостроении, самолетостроении.

Процесс клепки состоит из следующих основных операций:

образование отверстия под заклепку в соединяемых деталях сверлением или пробивкой;

образование гнезда под закладную головку заклепки (при потай­ной клепке);

вставка заклепок в отверстия;

образование замыкающей головки заклепки, т. е. собственно клепка.

Клепка разделяется на холодную, т. е. выполняемую без нагрева заклепок, и горячую, при которой стальные заклепки перед постанов­кой их на место нагревают до 1000—1100° С.

Практикой выработаны следующие рекомендации по применению холодной и горячей клепки в зависимости от диаметра заклепок:

до (d= 8 мм — только холодная клепка;

при (d = 8—12 мм — смешанная, т. е. как горячая, так и холод­ная;

при d > 12 мм — только горячая.

При выполнении слесарных работ обычно прибегают только к холодной клепке. Горячую клепку выполняют, как правило, в спе­циализированных цехах. Холодная клепка широко применяется в са­молетостроении.

Преимущество горячей клепки заключается в том, что стержень лучше заполняет отверстие в склепываемых деталях, а при охлажде­нии заклепка лучше стягивает их. Образование замыкающей головки может происходить при быстром (ударная клепка) и при медленном (прессовая клепка) действии сил.

Клепка может быть ручная, при которой используется слесарный молоток; механизированная, когда применяются пневматические кле­пальные молотки, и машинная с использованием стационарных кле­пальных машин (прессов).

Однако клепаные соединения имеют ряд существенных недостат­ков, основными из которых являются увеличение веса клепаных кон­струкций; ослабление склепываемого материала в местах образования отверстий под заклепки; значительное число технологических опера­ций, необходимых для выполнения заклепочного соединения (сверление или пробивка отверстий, зенкование или штамповка гнезд под потайную головку, вставка заклепок и собственно клепка); значитель­ный шум и вибрации (колебания) при работе ручными пневматически­ми молотками, вредно влияющие на организм человека, и др.

Поэтому, кроме совершенствования самого процесса клепки, при­меняют и другие способы получения неразъемных соединений, напри­мер электрической и газовой сваркой, соединением металлов термо­стойкими клеями ВК-32-200; ВК-32-2-50; ИП-9 и др. Так, например, детали мостов через реку Москву в районе Фили — Шелепиха и через реку Дон в Ростове-на-Дону соединены эпоксидным клеем.

Однако в ряде отраслей машиностроения, например в авиастрое­нии, в производстве слесарно-монтажного инструмента клепку еще широко применяют, особенно для соединения конструкций, работаю­щих при высоких температурах и давлениях.

Типы заклепок

Заклепка — это цилиндри­ческий металлический стержень с го­ловкой (закладкой) на одном конце. Соединение деталей осуществляется деформированием (расклепыванием) выступающего стержня заклепки, из которого образуется другая головка (замыкающая).

По форме головок различают: Рис. 380

Рис. 380. Виды заклепок:

а — с полукруглой высокой головкой, б — с полукруглой низкой головкой, в — с плоской головкой, г — с потай­ной головкой, д — с полупотайной головкой, е — взрывная двухкамерная

заклепки с полукруг­лой высокой головкой (рис. 380, а) с диаметром стерж­ня от 2 до 36 мм и длиной от 2 до 180 мм; заклепки с полу­круглой низкой головкой (рис. 380, б) со стержнем диаметром от 2 до 10 мм и длиной от 4 до 50 мм; заклепки с плоской головкой (рис. 380, в, слева) со стержнем диамет­ром от 2 до 36 мм и длиной от 4 до 180 мм и (рис. 380, в, справа) со стержнем диаметром от 2 до 36 мм и длиной от 4 до 180 мм; заклеп­ки с потайной головкой (рис. 380, г) со стержнем диа­метром от 1 до 36 мм и длиной от 2 до 180 мми заклепки с по­лупотайной головкой (рис. 380, д) со стержнем диа­метром от 2 до 36 мм и длиной от 3 до 210 мм,

Указанные типы заклепок изготовляются из углеродистой стали 10кп и 20кп, легированной стали 09Г2, нержавеющей стали Х18Н9Т, цветных металлов и сплавов Л62, М3, АД1 и Д18П.

Как правило, заклепки должны быть из того же материала, что и соединяемые детали; в противном случае возможно появление корро­зии и разрушение места соединения.

Наиболее широкое применение в машиностроении получили за­клепки с полукруглой головкой. В некоторых случаях применяют специальные типы заклепок — взрывные (АН-1504) и с сердечником (АН-831) и др.

Заклепки взрывные (рис. 380, е) имеют в свободном конце стержня углубление (камеру), заполненное взрывчатым вещест­вом, которое защищено от проникновения атмосферной влаги слоем лака.

Взрывные заклепки изготовляются диаметром 3,5; 4; 5 и б мм из проволоки марки Д18П. Длина стержня взрывных заклепок от 6 до 20 мм, толщина склепываемого пакета от 1,6—2,5 до 14,1—15 мм.

Заклепки с сердечником (рис. 381) имеют полый стержень (пистон) 1, в который помещен сердечник 2 с утолщенной частью 3 на конце. При втягивании сердечника утолщенная часть «раздает» конец стержня заклепки, .образуя замыкающую головку, после чего сердечник «откусывается» инструментом.

Заклепки с сердечником изготовляют двух типов: с потайной и полукруглой головками. Наружный диаметр пистона от 3,5 до 5 мм. Этот тип заклепок применяют для соединения деталей, подвергающих­ся незначительной нагрузке.

Заклепки ЦАГИ, как заклепки с сердечниками, состоят из двух частей: пистона 1 (рис. 382) и сердечника 2 (из стали ЗОХМА), который закаливается. Пистон с сердечником вставляют в отверстие, а затем ударами молотка забивают сердечник в пистон, у которого при этом отгибаются разрезанные концы, образующие замыкающую головку 3.

Виды заклепочных соединений

Один или несколько рядов заклепок, расположенных в определен» ном порядке для получения неразъемного соединения, называется заклепочным швом (рис. 383).

Рис. 383. Заклепочные швы

В зависимости от характеристики и назначения заклепочного сое­динения заклепочные швы делятся на три вида: прочные, плотные и прочно-плотные

Прочный шов применяют для получения соединений повы­шенной прочности. Прочность шва достигается тем, что он имеет несколько рядов заклепок. Эти швы применяются при клепке балок, колонн, мостов и других металлических конструкций.

Плотный шов применяют для получения достаточно плот­ной и герметичной конструкции.

Рис. 384. Виды швов: а — однорядный внахлестку, б — одноряд­ный встык с одной накладкой, в — одно­рядный встык с двумя накладками, г — двухрядный с шахматным расположени­ем заклепок встык с одной накладкой

Соединения с плотным швом выполняют обычно холодной клепкой. Для достижения необходимой герметичности шва применяют различ­ного рода прокладки из бумаги, ткани, пропитанные олифой или суриком, или подчеканку шва. Эти швы применяют при изготов­лении резервуаров, не подвергаю­щихся высоким давлениям (откры­тые баки для жидкости), некото­рых других изделий.

Прочно-плотный шов применяют для получения проч­ного и вместе с тем непроницаемого для пара, газа, воды и других жид­костей соединения, например в па­ровых котлах и различных резерву­арах с высоким внутренним давле­нием.

Прочно-плотные швы выполня­ют горячей клепкой при помощи

клепальных машин с последующей подченканкой головок заклепок и кромок листов.

В каждом заклепочном соединении заклепки располагают в один, два и более рядов. В соответствии с этим заклепочные швы делятся на однорядные, двухрядные, многорядные, параллельные и шахмат­ные (рис. 384, г).

В зависимости от расположения соединяемых деталей различают: соединения внахлестку (рис. 384, а), в которых край одного листа накладывается на край другого;

Соединения встык, которые характеризуются тем, что соеди­няемые детали своими торцами плотно примыкают друг к другу и сое­диняются при помощи одной или двух накладок (рис. 384, б, в.);

Различают клепку ручную и механизированную, при которой применяют пневматические клепальные молотки, и машинную, вы­полняемую на прессах одинарной и групповой клепки.

При ручной клепке применяют слесарные молотки, поддержки, обжимки, натяжки и чеканки.

Слесарные молотки для клепки имеют квадратный боек. Вес мо­лотка выбирают в зависимости от диаметра заклепки:

Поддержки являются опорой при расклепывании стержня заклепок. Форма и размеры поддержек зависят от конструкции скле­пываемых деталей и диаметра стержня заклепки, а также от выбран­ного метода клепки (прямой или обратный). Поддержка должна быть в 3—5 раз тяжелее молотка.

Обжимки служат для придания замыкающей головке заклеп­ки после осадки требуемой формы.

Натяжка представляет собой бородок с отверстием на конце. Диаметр отверстия обычно делается на 0,2 мм больше диаметра стерж­ня заклепки.

Чекан представляет собой слесарное зубило с плоской рабочей поверхностью и применяется для создания герметичности заклепоч­ного шва, достигаемой обжатием (подчеканкой) замыкающей головки и края листа.

Рис. 386. Процесс клепки прямым методом:

а — сверление отверстия, б —осаживание склепываемых листов при помощи натяжки, в —осаживание стержня заклепки, г — придание формы замыкаю­щей головке при помощи молотка, д — окончательное оформление замыка­ющей головки при помощи обжимки;

1 — натяжка, 2 — поддержка, 3 — обжимка

__________________________________________________

« _____» _________________ 20___ г.

poisk-ru.ru

Лекции

Содержание

Соединения деталей машин

Заклёпочные соединения

Достоинства и недостатки заклепочных соединений по сравнению с другими видами неразъемных соединений

Область применения заклепочных соединений

Классификация заклепочных соединений и заклепок

Материалы

Расчет заклепочных швов

Проектировочный расчет прочных заклепочных швов при заданной нагрузке и заданном типе шва

Расчет плотных заклепочных швов

Расчет соединений при несимметричном нагружении

Рекомендации по конструированию заклепочных швов

Соединение деталей с гарантированным натягом (прессовые соединения)

Достоинства  и недостатки соединений с натягом

Расчет соединений с натягом

Способы получения соединений с натягом

Проверка прочности деталей цилиндрического соединения с натягом

Вопросы для самопроверки

Задачи для самостоятельного решения

Соединения деталей машин

Каждая машина состоит из деталей, число которых зависит от сложности и размеров машины. Так автомобиль содержит около 16 000 деталей (включая двигатель), крупный карусельный станок имеет более 20 000 деталей и т.д.

Чтобы выполнять свои функции в машине детали соединяются между собой определенным образом, образуя подвижные и неподвижные связи. Например, соединение коленчатого вала двигателя с шатуном, поршня с гильзой цилиндра (подвижные связи). Соединение штока гидроцилиндра с поршнем, крышки разъемного подшипника с корпусом (неподвижные связи).

Наличие подвижных связей в машине обусловлено ее кинематической схемой. Неподвижные связи обусловлены целесообразностью расчленения машины на узлы и детали для того, чтобы упростить производство, облегчить сборку, ремонт, транспортировку и т. п.

Соединение деталей – конструктивное обеспечение их контакта с целью кинематического и силового взаимодействия либо для образования из них частей (деталей, сборочных единиц) механизмов, машин и приборов.

С точки зрения общности расчетов все соединения делят на две большие группы: неразъемные и разъемные соединения.

Неразъемными называют соединения, которые невозможно разобрать без разрушения или повреждения деталей. К ним относятся заклепочные, сварные, клеевые соединения, а также соединения с гарантированным натягом. Неразъемные соединения осуществляются силами молекулярного сцепления (сварка, пайка, склеивание) или механическими средствами (клепка, вальцевание, прессование).

Разъемными называют соединения, которые можно многократно собирать и разбирать без повреждения деталей. К разъемным относятся резьбовые, шпоночные и шлицевые соединения, штифтовые и клиновые соединения.

По форме сопрягаемых поверхностей соединения делят на плоское, цилиндрическое, коническое, сферическое, винтовое и т.д.

Проектирование соединений является очень ответственной задачей, поскольку большинство разрушений в машинах происходит именно в местах соединений. Многие аварии и прочие неполадки в работе машин и сооружений обусловлены неудовлетворительным качеством соединений.

Так, например, опытом эксплуатации отечественных и зарубежных самолетов установлено, что долговечность фюзеляжа определяется прежде всего усталостными разрушениями, из которых до 85% приходится на резьбовые и заклепочные соединения. Отметим, также, что в конструкциях тяжелых широкофюзеляжных самолетов (например, ИЛ-96, АН-124) насчитывается до 700 тыс. болтов и до 1,5 млн заклепок.

К соединениям в зависимости от их назначения предъявляются требования прочности, плотности (герметичности) и жесткости.

Основным критерием работоспособности и расчета соединений является прочность. Необходимо стремиться к тому, чтобы соединение было равнопрочным с соединяемыми элементами. Наличие соединения, которое обладает прочностью, составляющей, например, 0,8 от прочности самих деталей, свидетельствует о том, что 20% нагрузочной способности этих деталей или соответствующая часть металла конструкции не используется.

При оценке прочности соединения стремятся приблизить его прочность к прочности соединяемых элементов, т.е. стремятся обеспечить равнопрочность конструкции.

Требование плотности является основным для сосудов и аппаратов, работающих под давлением. Уплотнение разъемного соединения достигается за счет:

1) сильного сжатия достаточно качественно обработанных поверхностей;

2) введения прокладок из легко деформируемого материала.

При этом рабочее удельное давление q в плоскости стыка должно лежать в пределах q = (1,5…4)p,  p – внутренне давление жидкости в сосуде.

Экспериментальные исследования показали, что жесткость соединения во много раз меньше жесткости соединяемых элементов, а поскольку жесткость системы  всегда меньше жесткости наименее жесткого элемента, то именно жесткость соединения определяет жесткость системы.

Желательно, чтобы соединение не искажало форму изделия, не вносило дополнительных элементов в его конструкцию и т. п. Например, соединение труб болтами требует образования фланцев, сверления отверстий под винты, установку самих винтов с гайками и шайбами. Соединение труб сваркой встык не требует никаких дополнительных элементов. Оно в наибольшей степени приближает составное изделие к целому. С этих позиций соединение болтами может быть оправдано только разъемностью.

Выбор типа соединения определяет инженер.

Заклёпочные соединения

Заклепочные соединения состоят из двух или нескольких листов или деталей, соединяемых (склепываемых) в неразъемную конструкцию с помощью заклепок (рис. 1).

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.

Заклепочным швом называют соединение, осуществляемое группой закле­пок (рис. 3).

Рис. 1. Заклепочные со­единения

Рис. 2. Формирование заклепочного шва

Рис. 3. Однорядное за­клепочное соединение

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 (см. рис. 2). Под закладную головку 1 устанавливают инструмент-поддержку. Специ­альной клепальной машиной или вручную (ударами молотка, кувалды) вы­ступающий конец заклепки (l1≈1,5d3) осаживают обжимкой в замыкающую головку 2. Для стальных заклепок с d3≤12 мм производят клепку вхо­лодную, то же относится к заклепкам из цветных металлов и сплавов; с d3≥12 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 + 0,05d3,

для горячей клепки

dOTB = d3 + 0,ld3,

где d3 — диаметр устанавливаемой заклепки.

Клёпку проводят вручную или машинами. При машинной клёпке отверстие заполняется металлом лучше, что благоприятно сказывается на работе заклёпочного соединения. Во избежание химической коррозии в соединениях заклёпки ставят из того же материала, что и соединяемые детали.

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;

- неизменность физико-химических свойств материалов соединяемых деталей в процессе клепки.

- не дают температурных деформаций;

- детали при разборке не разрушаются.

Дополнительно отметим, что, так как заклепки изготовляют из высокопластичных материалов, их разрушению предшествуют значительные остаточные деформации, которые в некоторых случаях как бы сигнализируют об опасности разрушения, что и позволяет принять предупредительные меры. При разборке соединения (разрушении заклепок) соединяемые детали обычно почти не повреждаются и могут быть использованы повторно.

Клепаная конструкция с большим количеством заклепок вместо сварки (авиация, котлы, мосты) хотя и создает высокую концентрацию напряжений вблизи отверстий соединяемых деталей, при возникновении трещины не позволяет ей распространяться на всю ширину детали, а лишь от одного отверстия до другого.

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.). Вес заклёпок составляет 4% от веса конструкции (вес сварных швов – 1,5%).

- детали ослаблены отверстиями;

- высокий шум и ударные нагрузки при изготовлении;

- нарушение плотности швов при эксплуатации;

- невозможность соединения деталей сложной конфигурации.

- соединение деталей встык требует применения специальных накладок, что приводит к дополнительному увеличению массы конструкций.

- заклепки и соединяемые детали должны быть однородными (в местах соединений разнородных металлов возникают гальванические токи, разрушающие соединение) с одинаковым температурным коэффициентом линейного расширения. Указанные недостатки весьма существенны, поэтому они привели к резкому сокращению применения заклепочных соединений и замене их сварными, паяными и клеевыми соединениями.

Область применения заклепочных соединений

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 малоэффективны, 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. Особенно широко употребляются заклёпки для соединения разнородных или нагортованных (подвергнутых холодной деформации) материалов (сталь – алюминиевые сплавы; холоднокатаный лист; соединение металла с неметаллом).

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 заклепочных соединений и заклепок         

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 (см. рис. 1) и швы внахлестку (см. рис.3);

- по числу рядов (для швов встык число рядов учитывается по одну сто­рону стыка) — однорядные (см. рис. 3) и многорядные (рис. 4);

- по расположению заклепок в рядах — параллельные (рис.  5) и шахматные (рис. 6) швы;

- по условиям работы (по числу плоскостей среза) — односрезные швы — с одной плоскостью среза в каждой заклепке (см. рис. 3, 5) и многосрезные — с несколькими плоскостями среза каждой заклепки (двухсрезные — см. рис. 1; 6).

Рис. 4.  Многорядное  заклепочное соединение

Рис.5. Многорядное заклепочное соединение

с параллельным расположением заклепок

Рис.6. Многорядное заклепочное соединение

с шахматным расположением заклепок

Основные типы заклепок.                              

Разнообразие заклепочных соединений порождает соответственно большое число разновидностей самих заклепок. Выбор формы закладной головки зависит от назначения заклепочного шва. В швах, требующих большой прочности и плотности, применяют за­клепки с полукруглой головкой ГОСТ 10299-80, 14797-85 (рис. 7, а). Заклепки с потайной или полупо­тайной головкой ГОСТ 10300-80, 14798-85 (рис. 7, б, в) 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 (рис. 7, г) 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 (рис. 7, д) применяют для соединения тонколистовых (до 1,5 мм) материалов, трубчатые заклепки (пистоны) ГОСТ 12638-80, 12640-80 (рис. 7, е) — в слабонагруженных металлических соединениях, а также в соединениях неметаллических материалов (фибра и др.). Трубчатые заклёпки применяются также для того, чтобы использовать их отверстие в заклёпочном соединении для пропуска электрических проводников, крепёжных или других деталей. Полупустотелые заклёпки применяются в тех случаях, когда не желательно или не допустимо заклёпочные соединения подвергать ударам.

Рис.7. Основные типы заклепок

В случае невозможности образования замыкающей головки обычными способами (в труднодоступных — «узких» местах) применяют взрывные за­клепки (рис. 7, ж).

Большая часть типоразмеров заклёпок стандартизована. Обозначение заклёпки в конструкторской документации обычно включает номер стандарта, диаметр стержня и длину тела заклёпки, выбираемую из ряда нормальных линейных размеров с учётом запаса длины на формирование замыкающей головки.

Материалы

В качестве склепываемых материалов могут быть уг­леродистые и легированные стали, цветные металлы и их сплавы, неметал­лические материалы, применяемые в общем машиностроении. Заклепки изготовляют из низкоуглеродистых сталей Ст2, СтЗ, Ст2кп, СтЗкп, 10, 15, Юкп, 15кп, легированной стали 12Х18Н9Т, меди МЗ, латуни JT63, алюми­ниевых сплавов АД1, Д18, АМг5 и др. Материал заклёпки должен быть достаточно пластичным.

К материалу заклепки предъявляются требования:

1. Высокая пластичность для облегчения процесса клепки.

2. Одинаковый коэффициент температурного расширения с материалом деталей во избежание дополнительных температурных напряжений в соединении при колебаниях температуры.

3. Однородность с материалом склепываемых деталей для предотвращения появления гальванических токов, сильно разрушающих соединения.

Для стальных деталей применяют только стальные заклепки, для дюралюминиевых – алюминиевые, для медных – медные.

При выборе материала заклепок должно быть такое сочетание материалов, которое бы исключало образование гальванических пар и гальванических токов в соединении.

Расчет заклепочных швов

Расчет заклепочного шва заключается в определении диаметра и числа заклепок, шага заклепочного шва, расстояния заклепок до края соединяемой детали и расстояния между рядами заклепок.

После клепки шва соединенные детали оказываются сжатыми заклепками. При этом заклепки работают на растяжение, а между соединенными деталями возникают силы трения. Для отсутствия сдвига деталей и, следовательно, обеспечения необходимой герметичности при работе прочноплотного заклепочного шва силы, действующие на соединенные детали, должны целиком восприниматься силами трения. Так как при проектировочном расчете прочноплотного шва силу, растягивающую заклепку и одновременно сжимающую соединенные детали, а соответственно и силу трения, возникающую между этими деталями, определить невозможно, то заклепки прочноплотных швов условно рассчитывают на срез. При этом расчете герметичность шва обеспечивается выбором соответствующего допускаемого условного напряжения на срез для заклепок. В прочных швах герметичность соединения не требуется, поэтому силы, действующие на соединенные детали, могут быть больше сил трения, развиваемых между ними. Таким образом, при работе прочного шва возможен и допустим сдвиг одной соединяемой детали относительно другой. Поэтому заклепки прочных швов рассчитывают на срез и на смятие.

Методику определения основных соотношений размеров прочных швов рассмотрим на примере однорядного шва внахлестку, нагруженного поперечной силой Fr (рис. 8).

Рис. 8. К расчету соединений заклепками

Введем обозначения: d3 — диаметр заклепки; δ1 и δ2 - 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.

1) 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).

2) касательные напряжения среза распределены по поперечным сечениям заклепок равномерно;

3) напряжения смятия в каждой точке поверхности контакта заклепки и стенки отверстия нормальны к этой поверхности и по модулю одинаковы;

4) разгружающее влияния сил трения, действующих на поверхности контакта, не учитывается и считается, что усилие полностью передается заклепками.

В нахлесточных и стыковых соединениях с одной накладкой, называемых односрезными, заклепки работают на срез и изгиб из-за несовпадения плоскостей действия сил F, то есть под действием момента M=Fa (рис. 9). Момент возрастает с увеличением толщины листов; он воспринимается стержнем и головками заклепки, вызывая их деформации (сдвиг и изгиб). В результате контактные напряжения σk между листами и стержнем заклепки, уравновешивающие силы F, будут неравномерно распределяться по высоте заклепки и в окружном направлении, концентрируясь вблизи стыка листов.

Характер распределения нагрузки по высоте заклепки будет зависеть от соотношения изгибных податливостей головки и стержня. При податливой головке нагрузка по длине соединения распределяется так, что часть изгибающего момента воспринимается головкой. В заклепке с очень податливой головкой последняя не воспринимает изгибающего момента. Изгиб головки вызывает концентрацию напряжений в зоне сопряжения её со стержнем, а также концентрацию контактных напряжений на опорных поверхностях. Это создает угрозу усталостного обрыва головки (опасное сечение показано волнистой линией) и возникновения фреттинг-коррозии и трещин в зонах контакта. Отверстия в соединяемых листах являются источником значительной концентрации (ασ=σmax/σH=2÷3 в точке В) и причиной возникновения усталостных трещин и разрушения листов (опасное сечение показано волнистой линией).

Рис.9

Причинами разрушения заклепочного соединения могут быть следую­щие: срез заклепок в плоскости соединения деталей (см. рис. 8, б); смя­тие заклепок и листов (см. рис. 8, в); разрыв листов в сечении, ослаб­ленном отверстиями (см. рис. 8, г); срез кромки листа (в сечении ab и cd) у отверстия под заклепку (см. рис. 8, д).

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

где Fr — поперечная сила, действующая на заклепки, Н; i — число плоско­стей среза одной заклепки; для заклепки, показанной на рис. 8 i= 1;  z — число заклепок (задается конструкцией шва);  - допускаемое на­пряжение на срез для заклепок, МПа.

Допускаемые напряжения назначаются в зависимости от прочностных показателей материала заклёпок и склёпываемого металла, от качества подготовки соединения под клёпку (чистота и точность обработки отверстий, точность их совмещения, прилегание склёпываемых деталей и т.п.), от характера рабочей нагрузки (статическая, отнулевая, знакопеременная), а также от внешних условий, в которых дол­жно работать соединение (температура, агрессивность среды и др.).

Допускаемые напряжения для заклёпок из малоуглеродистой стали, работающих при статической нагрузке можно принять в соответствии с табл. 1. Для швов работающих при отнулевой (пульсирующей) нагрузке, допускаемое напряжение должно быть снижено на 10…20%, а для швов, нагруженных знакопеременной (циклической) нагрузкой – на 30…50%.

Таблица 1. Допускаемые напряжения для заклёпок из малоуглеродистой стали

Вид напряжений

Характер обработки отверстия и материал заклёпки

Пробитое отверстие

Сверлёное отверстие

Стали 10 и 20

Сталь Ст3

Стали 10 и 20

Сталь Ст3

Срез [τ], МПа

100

240

140

100

Смятие [σ], МПа

240

280

280

320

В соединениях с двумя накладками, соединение может разрушаться путем среза по двум сечениям, совпадающим с плоскостями контакта накладок с соединяемыми деталями. Такие соединения называют иногда двухсрезными. При их расчете принимают, что сила, приходящаяся на одно сечение, вдвое меньше общей силы.

Полученный по формуле (1) 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 и заклепками, 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 σсм.

Заклепочное соедине­ние проверяют на смятие по формуле

где σсм и [σ]см - расчетное и допускаемое напряжения на смятие для закле­почного соединения, МПа (см. табл. 1): δ — толщина самой тонкой склепываемой детали, мм.

Таблица 2. Размеры (мм) заклепок с

полукруглой головкой (см. рис. 7, а)

D

Н

R

r, max

l

6

11

3,6

6

0,4

10-42

7

12,8

4,2

7

0,4

14-50

8

14

4,8

7,5

0,4

16-60

10

16

6

9

0,5

16-85

13

21

8

11

0,5

22-100

16

25

9,5

13

1

26-110

19

30

11

16

1

32-150

22

35

13

18

1

38-180

25

40

15

21

1

52-180

28

45

17

23,5

1,5

55-180

В формуле (3) σсм  принимают для менее прочного из контактирую­щих материалов (заклепок или соединяемых листов).

При действии знакопеременной нагрузки на заклепочное соединение, допускаемые напряжения понижаются путем умножения на коэффициент γ

где a, b - коэффициенты, зависящие от материала заклепок. 

      Fmin , Fmax - минимальное и максимальное значение действующей силы.

Вывод формулы диаметра заклепки.

Условие прочности на срез одной заклепки для рассматриваемой рас­четной схемы (см. рис. 8):

Здесь А — площадь опасного сечения заклепки, мм2. Отсюда

получим (см. 1)

Расчет параметров заклепочного шва и проверка прочности соеди­няемых деталей (листов).

1. Геометрические параметры заклепочного шва (см. рис. 8) опреде­ляют по эмпирическим формулам.

Приблизительно диаметр заклепок в односрезном силовом соединении   определяют по зависимости:

dз=2s,

где s - толщина соединяемых элементов.

Для двухсрезных заклепочных соединений  диаметр заклепки определяют из соотношения

dз=1,5s.

В конструкциях из легких сплавов формирование замыкающей головки происходит в холодном состоянии, поэтому силы сжатия соединяемых деталей  и силы трения в заклепочном соединении небольшие. В связи с этим заклепки в основном работают на срез. Поэтому рекомендуется рассчитывать  диаметр заклепки по зависимости:

dз=1,5s+2 мм.

Минимальный шаг t размещения заклепок определяется из условия удобства формирования замыкающей головки. Максимальный шаг заклепочного соединения определяется условием плотного соприкосновения листов и зависит от жесткости соединяемых элементов. Обычно он изменяется в пределах

t=(3÷6)d3,                                                                (4)

для однорядного шва внахлестку t=3d3 (для двухрядного (t=4d3)); для од­норядного шва с двумя накладками t= 3,5d3 (для двухрядного (t= 6d3).

Расстояние от центра заклепки до края детали (листа):

для отверстий, полученных сверлением,

e=1,5d3;

для продавленных отверстий

е = 2d3.                                                                           (5)

В конструкциях из легких сплавов - е = 2d3.

Расстояние e1 от центра заклепки до края листа в направлении, перпендикулярном линии действия силы  e1=1,5d3;

Толщина накладок (см. рис. 6)

δ≈0,5                                                                  (6)

Толщина склепываемых деталей (листов) (см. рис. 6)

s1≈s2≈0,8δ.                                                                (7)

Расстояние между рядами заклепок (см. рис. 5)

a≥0,6t.                                                                          (8)

2. Прочность соединяемых деталей (листов) проверяют: на растяжение в сечении I-I (см. рис. 8, г) по формуле

где σp и [σ]p — расчетное и допускаемое напряжения на растяжение для со­единяемых деталей (листов) (см. табл. 1).

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 φ.

φ  всегда меньше единицы. Чем больше значение φ, тем лучше использован материал склепываемых деталей. Значения коэффициента φ зависят от конструкции шва.

Для однорядного шва внахлестку φ = 0,65;

Для двухрядного шва внахлестку φ = 0,75;

Для однорядного шва с двумя накладками φ = 0,71;

Для двухрядного с двумя накладками φ = 0,84.

Для повышения значения φ  уменьшают dз и увеличивают t, т.е. применяют многорядные двухсрезные швы.

Проектировочный расчет прочных заклепочных швов при заданной нагрузке и заданном типе шва

С учетом материала, изложенного в предыдущем пункте, при известных парамет­рах Fr и φ (φ характеризует тип шва) расчет прочных заклепочных швов вы­полняют в следующей последовательности.

1. По заданному типу шва выбирают коэффициент прочности шва ([φ]=0,65…0,84, см. выше).

2.  Определяют необходимую площадь сечения A скрепляемых деталей (листов) из условия прочности на растяжение с учетом ее ослабления от­верстиями под заклепки по формуле

где Fr — нагрузка, действующая на заклепочное соединение; [φ] - прини­маемый коэффициент прочности шва; [σ]p - допускаемое напряжение на растяжение материала деталей (см. табл.1).

3. По формулам (4)-(8) определяют диаметр заклепки (d3≈25) и параметры шва t, e, а.

4. Число заклепок в шве определяют из условий прочности на срез

и на смятие

Принимают большее из двух полученных значений z. Для исключения возможности поворота соединяемых деталей число за­клепок принимают z≥2.

5.  Разрабатывают конструкцию заклепочного шва (при этом уточняют параметры шва t, e, a, s).

6.  Спроектированный заклепочный шов проверяют по формуле (9) на разрыв деталей (листов).

7. По формуле (10) определяют действительное значение φ и сравни­вают его с предварительно принятым [φ]. Если φ

где Ft - усилие, приложенное к листу на участке шага;

     z0 - число заклепок, приходящееся на полосу шириной, равной одному шагу;

    [ξ] - допустимый коэффициент скольжения, зависящий от типа шва.

Усилие, приложенное к листу на участке шага, для продольного шва рассчитывают по зависимости , а для поперечного заклепочного шва .

Расчет плотных заклепочных соединений  начинают с определения толщины стенки сосуда.

где D - внутренний  диаметр сосуда;

      p - давление на поверхность стенки сосуда;

     φ - коэффициент прочности продольного шва;

    [σp] - допускаемое напряжение при растяжении материала стенки сосуда;

     ∆= 1 ... 3 мм - припуск на коррозию металла.

Допускаемое напряжение [σp] при растяжении при нагреве стенки сосуда до 2500С определяют по зависимости:

где σв - предел прочности материала стенки сосуда при растяжении;

     [sв] - коэффициент запаса прочности.

Для заклепочного шва в нахлестку [sв] = 4,75, а для заклепочного шва двухрядного и трехрядного в стык с двухсторонними накладками [sв] = 4,00.

Расчет соединений при несимметричном нагружении

Если соединяемые элементы подвержены изгибу (несимметричное нагружение), то нагрузка между одиночными заклепочными соединениями распределяется неравномерно. В этом случае расчет групповых соединений сводится обычно к определению наиболее нагруженной заклепки и оценке её прочности. Рассмотрим соединение, содержащее n заклепок одинакового диаметра d, под действием силы F (рис. 10, а).

а)                                  б)                                  в)

Рис.10

Примем для упрощения, что трение между соединяемыми деталями отсутствует, вся внешняя нагрузка передается через заклепки, деформации соединяемых де-талей малы по сравнению с деформацией стержней заклепок. При этих упрощениях можно полагать, что взаимный поворот соединяемых деталей произойдет вокруг точки С – центра масс поперечных сечений стержней заклепок. Следовательно точку С можно использовать в качестве центра приведения внешней силы. В результате приведения внецентренной силы F в точке С задача расчета группового соединения сводится к определению  наиболее нагруженной заклепки от действия центральной силы F и вращающего момента M=Fl (рис.10, б). Если соединение подвержено действию нескольких сил F1, F2,… Fn, то в результате приведения их к точке С оно будет нагружено главным вектором и главным моментом от этих сил (рис.10, в).

При упругой деформации заклепок действие каждого силового фактора F и M можно рассматривать независимо. Тогда сила, приходящаяся на каждую заклепку от F, будет равна

Момент М вызывает в каждой заклепке реактивную силу, направленную перпендикулярно к радиусу-вектору , проведенному из точки С в центр сечения i-ой заклепки. Эта сила пропорциональна перемещению сечения в результате деформации сдвига. Так как сдвиг сечений заклепок прямо пропорционален их расстояниям r1, r2… ri, до центра масс, то можно записать:

Откуда

Если учесть что внешний момент М уравновешивается моментами от сил, действующих на заклепки, т. е.

то после подстановки уравнений (12) получим

или сила, действующая на i-ю заклепку

Сила, действующая на наиболее нагруженную заклепку

а модуль этой силы

где φi  - угол между векторами сил QF и QiM.

По этой силе находится диаметр заклепки.

Рекомендации по конструированию заклепочных швов

Заклепки в шве располагают так, чтобы ослабление соединяемых деталей отверстиями было наименьшим.

Во избежание возникновения изгиба соединяемых деталей заклепки по возможности располагают на оси, проходящей через центр тяжести склепываемых деталей или симметрично относительно этой оси (рис.11).

Рис.11

Не рекомендуется в одном шве применять заклепки разных диаметров.

Для предотвращения поворота соединяемых деталей относительно друг друга число заклепок в шве принимают не менее двух, то есть z > 1.

Следует симметрично располагать плоскости среза относительно линии действия сил, чтобы избежать отрыва головок.

При выборе материала для заклепок необходимо стремиться к тому, чтобы температурные коэффициенты линейного расширения заклепок и соединяемых деталей были равными или близкими.

Особую опасность представляет сочетание разнородных материалов, которые способны образовать гальванические пары. Гальванические токи быстро разрушают соединение.

Соединение деталей с гарантированным натягом (прессовые соединения)

Соединение деталей может осуществляться за счет посадки одной детали на другую.

В посадках (рис. 12, а) обеспечивается зазор в соединении. В этом случае детали легко перемещаются относительно друг друга.

В посадках с натягом (рис. 12, б) в соединении обеспечивается натяг. Такие посадки (на рис. 13 - показаны поля допусков посадок по ГОСТ 25347—82) могут обеспечивать передачу вращающего момента без применения шпонок, клиньев, болтов и т. п.

Основной задачей расчета соединения с гарантированным натягом являет­ся выбор посадки, обеспечивающей передачу заданного вращающего момента.

Соединения деталей с натягом – это напряженные соединения, в которых натяг создается необходимой разностью посадочных размеров вала и втулки. Для закрепления деталей используют силы упругости предварительно деформированных деталей.

Соединения с натягом можно разделить на две группы:

- соединение деталей по цилиндрическим или коническим поверхностям (здесь отсутствуют какие-либо специальные соединительные детали);

- соединения деталей по плоскости с помощью стяжных колец или планок.

Основное применение в машиностроении имеют соединения первой группы (по цилиндрическим поверхностям).

В машиностроении применяют переходные посадки, при которых воз­можно получение как зазора, так и натяга.

Соединение деталей с гарантированным натягом относится к соеди­нениям, передающим рабочие нагрузки за счет сил трения между валом и от­верстием.

Достоинства  и недостатки соединений с натягом

К основным достоинствам цилиндрических соединений с гарантированным натягом относятся: простота конструкции, возможность передачи больших нагрузок как статических, так и динамических (ударных), обеспечение хорошего центрирования соединяемых деталей; возможность применения при очень больших осевых нагрузках и вращающих моментах. Шлицевые и особенно шпоночные соединения при динамическом нагружении быстро обминаются.

Характерной особенностью соединений с натягом является то, что они могут воспринимать произвольно направленные силы и моменты, а соединения по цилиндрическим и коническим поверхностям дополнительно обеспечивают хорошее центрирование и не требует специальных крепёжных деталей.

Обычно соединения с гарантированным натягом относят к неразъемным соединениям, однако цилиндрические соединения допускают разборку (распрессовку) и сборку (запрессовку) деталей.

К основным недостаткам цилиндрических соединений с гарантированным натягом относятся: сложность сборки и разборки соединений, возможность уменьшения величины расчетного натяга соединяемых деталей и повреждения их посадочных поверхностей при сборке (запрессовке), требование пониженной шероховатости посадочных поверхностей и высокие требования к точности их изготовления, повышенная концентрация напряжений, большое рассеивание сил сцепления в связи с рассеиванием действительных посадочных размеров в пределах допусков и коэффициентов трения, ограниченность несущей способности при вибрационной нагрузке за счет фреттинг - коррозии (разрушение сопряжённых поверхностей при очень малых колебательных относительных перемещениях).

Характерными примерами соединение с натягом могут служить кривошипы, пальцы кривошипов, детали составных коленчатых валов двигателей автомобилей, венцы зубчатых и червячных колес, ступиц колес с валом, колёсные центры на ось и бандажи железнодорожных колёс, диски турбин, роторы электродвигателей, гребные винты кораблей, подшипники качения, штампы и т.д.

На практике часто применяют комбинацию прессового соединения со шпоночным. При этом прессовое соединение может быть и основным и вспомогательным. Точный расчет комбинированного соединения ещё не разработан. Его сложность заключается в определении долей нагрузки, которые передаёт каждое из соединений.

Соединения с натягом обладают сравнительно невысоким сопротивлением усталости. Разрушение схватываемой детали происходит при напряжениях в 1,5-3 раза ниже предела выносливости стандартного гладкого образца из такого же материала. Это объясняется высокой концентрацией напряжений на краях соединения после сборки и в процессе эксплуатации.

Соединения с натягом применяют не только для тел вращения, но и для фасонных деталей. Сегодня рассмотрены задачи, в которых схватывающая деталь представляет собой пластину с наружным контуром в виде квадрата и эллипса, эксцентрик, венец зубчатого колеса с зубьями, подшипник, звено цепи. Весьма эффективно и перспективно использование ЭВМ для расчета параметров соединений с натягом.

Рис. 12. Соединения с гарантированным натягом: а — посадка с зазором; б — посадка с натягом

Натягом называют положительную разность размера вала dB и отвер­стия do до сборки:

N= dВ -do>0.                

После сборки соединения на сопрягаемых контактных поверхностях деталей вследствие упругих деформаций возникает давление р (рис.13) и соответствующее ему трение, обеспечивающее необходимую неподвижность сопрягаемых деталей соединения.

Разность между размерами отверстия и вала и определяют характер соединения - так называемую стандартную посадку, то есть большую или меньшую свободу перемещения одной детали относительно другой или степени их неподвижности.

Например:

Минимальный натяг  Nmin = 18 мкм

Максимальный натяг Nmax = 59 мкм

Если размер отверстия больше размера вала, то положительная разность между этими размерами называется зазором.

Рис. 13. Схема расположения полей допусков

Расчет соединений с натягом

Необходимая величина натяга соединения определяется потребным давлением p на посадочной поверхности, которое должно быть таким, чтобы силы трения оказались больше внешних сдвигающих сил (рис. 14).

При нагружении соединения осевой силой Fa (рис.14,а):

где: N - сила нормального давления на сопрягаемые поверхности;

d, ℓp – диаметр и длина посадочной поверхности;

f – коэффициент трения (см. табл. 3);

k – коэффициент запаса сцепления (k ≈1,5…2).

Рис. 14. Расчетные схемы соединений с натягом

Таблица 3. Усредненные значения коэффициента трения f при расчете посадок с натягом

Способ сварки соединения

Сталь

Чугун

Алюминиевые и магниевые сплавы

Латунь

Пластмассы

Механический

0,06–0,13

0,07–0,12

0,02–0,06

0,05–0,10

0,6–0,5

Тепловой

0,14–0,16

0,07–0,09

0,05–006

0,05–0.14

Откуда посадочное давление p равно:

При нагружении соединения крутящим моментом T (рис.14,б):

откуда:

При одновременном нагружении соединения крутящим моментом T и осевой силой Fa (рис.14,в) расчёт ведут по равнодействующей осевой и окружной силе:

Откуда

В соединениях с натягом нагрузка по длине распределяется резко неравномерно и у торца ступицы со стороны передачи крутящего момента возникают острые пики напряжений.

Несущая способность соединения может быть существенно повышена оксидированием, а также гальваническими покрытиями хромом и никелем. Большой эффект даёт введение в соединение порошка корунда (при сборке температурным деформированием); в этом случае коэффициент трения покоя возрастает больше чем в 2 раза.

При нагружении соединения изгибающим моментом M на равномерную эпюру давлений от посадки накладывается эпюра давлений, характерная для изгиба (рис. 15).

Наиболее давление в соединении от изгиба:

где:  - множитель, учитывающий серпообразный характер эпюры давлений по окружности цапфы;

W = d ℓ2/6 – момент сопротивления изгибу диаметрального сечения цапфы.

Рис.15. Эпюра давлений в соединении при нагружении изгибающим моментом

Изгибающий момент может достигать такой величины, когда давление на посадочной поверхности снижается до 0,25p (т.е. p1 ≈0,25p). Исходя из этого условия допустимый момент изгиба не должен превышать величины:

Как видно из выражения (16), допустимый изгибающий момент пропорционален квадрату длины цапфы. Поэтому при нагружении соединения значительным изгибающим моментом необходимо увеличивать её длину.

Посадочное давление р связано с натягом δ зависимостью Ляме.

где

здесь d – посадочный диаметр сопряжения;

d1 – диаметр отверстия охватываемой детали (для сплошного вала d1);

d2 – наружный диаметр охватывающей детали;

Е1, Е2 – модули упругости материалов деталей;

𝜇1 , 𝜇2 – коэффициенты Пуассона (сталь μ = 0,3; чугун μ = 0,25);

Поскольку измерение реальных деталей осуществляется по вершинам микронеровностей, то измеряемый натяг δu, больше расчётного натяга δ на величину обмятия микронеровностей (рис. 16):

где: Rz1, Rz2 – высота микронеровностей для соответствующего класса шероховатости.

Рис.16. Расчетная схема для определения стандартной посадки с натягом

По приведённым выше зависимостям (13-15) рассчитывают посадочное давление p (17), затем расчётный натяг δ (18) и измеряемый натяг δu (18), по которому и подбирают посадку из числа стандартных таким образом, чтобы максимальный натяг стандартной посадки был бы меньше измеряемого натяга δu, полученного из зависимости (18) (рис. 17).

Для большинства соединений с натягом суммарные напряжения на посадочной поверхности не должны по возможности превышать предела текучести материала, однако для некоторых деталей, например, для колец подшипников, посадочный натяг ограничивают изменением диаметров свободной не посадочной поверхности. Уменьшение рационального зазора в подшипнике в этом случае может привести к заклиниванию тел качения.

В этом случае задаются допустимым уменьшением радиального зазора и по нему считают допустимое посадочное давление и натяг.

Рис.17. Поля допусков в системе отверстия деталей соединений с натягом:

ТD – поле допуска на размер диаметра отверстия; Td – поле допуска на размер диаметра вала.

В случае тонкой  втулки  необходимо проверить в не нормальное и касательное напряжения (рис.18) Эпюры распределения нормальных напряжений (окружных и радиальных).

Рис. 18. Эпюры распределения  напряжений в деталях соединений с натягом

Как правило, наибольшие напряжения возникают у внутренней поверхности охватывающей детали:

а наибольшее эквивалентное напряжение

Наибольшее напряжение охватываемой детали возникают также на внутренней поверхности  и являются сжимающими

Напряжения σэкв и σT не должны  по возможности превышать предела текучести материала.

Способы получения соединений с натягом

Соединения с натягом (прессовые соединения) могут быть получены тремя способами:

- запрессовкой, простейший и высокопроизводительный способ, обеспечивающий удобного контроля измерения силы запрессовки, но связанный с опасностью повреждения поверхностей и затрудняющий применение покрытий;

- нагревом охватывающей детали до температуры ниже температуры отпуска – способ, обеспечивающий повышения прочности сцепления более чем в 1,5 раза по сравнению с запрессовкой, так как при запрессовке неровности на контактных поверхностях деталей частично срезаются и сглаживаются, что приводит к ослаблению прочности соединения.

- охлаждением охватываемой детали – способ, преимущественно применяемый для небольших деталей при их установке в массивные корпуса с помощью твёрдой углекислоты (сухой лёд -790С) или в жидком воздухе (температура -1900С) в последнем случае нужно быть особенно осторожным и обеспечить тщательное обезжиривание деталей.

- комбинированной, например, гидропрессовкой, при которой одновременно с осевым усилием в зону контакта сопрягаемых деталей подается масло под высоким давлением для получения необходимой поперечной деформации.

Применение нагрева или охлаждения для сборки особенно удобно для деталей с большой длиной (валы, оси) при этом температура нагрева должна быть ниже температуры низкого отпуска. До 1500С нагрев мелких деталей осуществляется в масле, а также в электрической или газовой печи. Температура масла, должна быть не более 250°С, т.к. если выше, то в закаленных деталях могут происходить структурные изменения, снижающие твердость.

При сборке цилиндрического соединения с нагревом охватывающей или охлаждением охватываемой детали необходимая разность температур ∆t соединяемых деталей определяется по формуле

где Nmax – наибольший натяг выбранной для соединения посадки;

S – зазор, необходимый для сборки соединения, принимаемый обычно равным наименьшему зазору посадки движения;

α – коэффициент линейного расширения нагреваемой или охлаждаемой детали, принимаемый для стали α=12∙10-6, для чугуна α=10,5∙10-6, для оловянных бронз α=17∙10-6, для латуни α=18∙10-6, для алюминиевых сплавов α=23∙10-6;

d – номинальный посадочный диаметр.

Монтаж соединений путем охлаждения охватываемой стали, вызывает повышение предела прочности и твердость стальных деталей и не изменяет их пластические свойства, исключение составляют, стали с остаточным аустенитом. Мартенситное превращения таких сталей начинается при положительной температуре, а заканчивается при отрицательной и сопровождается увеличением объема детали, например, превращение 10% аустенита в мартенсит вызывает увеличение диаметра вала d=100 мм на 130 мкм, что превышает величину натяга при горячей посадке и приводит к появлению в деталях напряжений текучести.

Для некоторых деталей, например, для колец подшипников качения, посадочный натяг ограничивают  изменением диаметров свободной (непосадочной) поверхности, т.к. уменьшение  радиального зазора в подшипнике может привести к заклиниванию тел качения. В этом случае задаются  допустимым уменьшением радиального зазора  и по нему считают допустимое посадочное давление и натяг.

Соединения с гарантированным натягом снижают усталостную прочность валов, что связано с концентрацией напряжений и контактной коррозией на посадочных поверхностях.  Для повышения усталостной прочности валов под ступицей применяют следующие мероприятия:

- разгружающие выточки в охватывающей детали снижают эффект концентрации напряжений на 40…50% (рис.19,а, в).

- разгружающие канавки у вала, нанесенные путем накатки или выдавливания повышают усталостную прочность на 40% (рис.19,б).

- резкое повышение усталостной прочности дает азотирование подступичной части вала глубиной 0,2…0,3мм.

- обкатка роликами поверхностный наклёп повышает предел выносливости на 80…100%;

Рис.19. Конструктивные средства повышения усталостной прочности в местах посадок с натягом

Проверка прочности деталей цилиндрического соединения с натягом

Надежность соединения деталей с гарантированным натягом в первую очередь зависит от прочности ступицы. При недостаточной прочности сту­пицы возможно нарушение посадки вследствие деформации охватываю­щей детали или ее разрыву при осуществлении посадки.

Проверку прочности деталей цилиндрического соединения выполняют по наибольшему возможному натягу Nmax выбранной посадки и соответствующего ему наибольшего расчетного натяга Nmaxp, определяемого по формуле

а также возможного максимального давления pmax на контактной поверхности соединяемых деталей, определяемого по формуле

Для охватывающей детали, как известно из курса сопротивления материалов, опасными являются точки ее внутренней поверхности. Для этих точек радиальное σr и окружное (кольцевое) σt нормальные напряжения определяют по формулам

В этих точках возникает плоское напряженное состояние, при этом главные напряжения σ1=σt; σ2=0 и σ3=σr. Условие прочности для охватывающей детали из пластичного материала по гипотезе наибольших касательных напряжений (третьей теории прочности):

Для охватываемой детали кольцевого поперечного сечения опасны также точки внутренней поверхности. В этих точках возникает одноосное сжатие, при этом

Штрихи указывают, что напряжения относятся к охватываемой детали.

Условие прочности для охватываемой детали, составленное как и для охватывающей детали по третьей теории прочности, имеет вид

Если охватываемая деталь представляет собой сплошной вал, то в любой его точке возникает двухосное сжатие; главные напряжения  и  одинаковы, а = 0:

Условие прочности в этом случае

На основании практических данных установлено, что цилиндрические соединения с гарантированным натягом могут быть вполне надежными даже при наличии на внутренней поверхности охватывающей детали пластических деформаций. Это обстоятельство позволяет принимать при расчетах более высокие, чем обычно, допускаемые напряжения.

Вопросы для самопроверки

- Что понимают под неразъемным соединением?

- Каковы достоинства и  недостатки клепаных соединений? Область их применения.

- Как образуется клепаное соединение? Типы клепаных соединений.

- Какие конструкции швов применяют для увеличения коэффициента φ?

- Как рассчитывают заклепочное соединение?

- Особенности конструкции заклепочных соединений ферм?

- Что такое коэффициент φ прочности клепаного соединения? Какие типы соединений применяют для увеличения коэффициента φ?

- Почему за расчетный диаметр заклепки принимают диаметр отверстия d0.

- Где и когда применяются заклёпочные соединения?

- Каковы критерии прочностного расчёта заклёпок?

- Перечислите достоинства и недостатки заклепочных соединений. Крат­ко обоснуйте перечисленные недостатки.

- Охарактеризуйте область применения заклепочных соединений.

- Какие требования следует предъявлять к материалам заклепок?

- По каким напряжениям рассчитывают заклепки прочных швов?

- Каким способом осуществляется посадка с натягом?

- В чем преимущества и недостатки соединений с натягом по сравнению с другими видами соединений?

- Почему соединение температурным деформированием считается более надежным, чем запрессовкой?

- Как обеспечивается свободная сборка деталей при соединении их температурным деформированием?

- Как определяется значение минимального контактного давления в соединении с натягом при одновременном действии осевой силы и крутящего момента?

- Как образуется соединение с натягом и за счет каких сил оно передает нагрузку?

- Какими способами можно собрать соединение  с натягом по  цилиндрическим поверхностям?

- Каковы преимущества и недостатки соединений с натягом по сравнению с другими видами соединений? В каких случаях их применяют?

- От каких факторов зависит нагрузочная способность соединения с натягом?

- Как создают натяг в конических соединениях?

- Каковы условия, обеспечивающие взаимную неподвижность деталей цилиндрических соединений с натягом при нагружении соединения осевой силой или вращающим моментом и одновременно осевой силой и вращающим моментом?

- От чего зависит нагрузочная способность соединения с натягом?

- Как осуществляют сборку соединения с натягом при использовании температурного деформирования?

- Оценка соединения с натягом по сравнению со шпоночным и шлицевым?

- По каким натягам рассчитывают прочность соединения и прочность деталей?

- Почему в соединении с натягом наблюдается коррозионно-механическое изнашивание? Способы его уменьшения?

- Вспомните из курса «Метрология», какие бывают системы посадок.

- Где применяются заклепочные соединения?

1. В корпусах судов

2. В фермах железнодорожных мостов

3. В авиастроении

4. В автомобилестроении

- Покажите на рисунке закладную головку заклепки

1. Поз. 1

2. Поз. 2

3. Определить нельзя

- Как называется заклепочный шов, показанный на рисунке?

1. Односрезный, двухрядный, встык с одной накладкой, шахматный

2. Двусрезный, двухрядный, встык с одной накладкой, шахматный

3. Односрезный, двухрядный, внахлестку, шахматный

4. Односрезный, четырехрядный, встык с одной накладкой, шахматный

5. Односрезный, двухрядный, встык с одной накладкой, параллельный

- Покажите на рисунке заклепку с полупотайной головкой

1. а

2. б

3. в

- Выберите материал заклепок для ответственных металлоконструкций мостов

1. СтЗ

2. Ст5

3. 40ХН

4. Д18

- На какой вид деформации рассчитывают за­клепку?

1. На срез, растяжение и сжатие

2. На срез и смятие

3. На срез и растяжение

- Холодным способом производят клепку заклепок из…..

1) меди

2) алюминиевых сплавов

3) стали любых диаметров

4) стали диаметром до 10 мм

- Горячим способом производят клепку заклепок из…..

1) меди

2) алюминиевых сплавов

3) стали диаметром до 10 мм

4) стали диаметром боле 10 мм

- Недостатками заклепочных соединений являются…..

1) ослабление деталей отверстиями

2) невозможность соединения деталей из несвариваемых материалов

3) повышенный расход металла

4) высокая стоимость

-Пустотелые заклепки применяют…..

1) в силовых соединениях

2) в плотных соединениях

3) для соединения тонких листов и неметаллических деталей

4) для соединения толстых листов

- Заклепки в соединениях рассчитывают на…..

1) срез и смятие

2) сжатие

3) изгиб

4) кручение

- Диаметр заклепок определяется из условия прочности при…..

1) срезе

2) смятии

3) растяжении

4) кручении

- Проверочный расчет заклепочного соединения производят из условия прочности при…..

1) срезе

2) смятии

3) растяжении

4) кручении

- При увеличении диаметра заклепок в заклепочном соединении в 2 раза прочность соединения по напряжениям среза заклепок…..

1) увеличивается в 2 раза

2) увеличивается в 4 раза

3) уменьшается в 2 раза

4) уменьшается в 4 раза

- При выборе материала заклепок необходимо…..

1) чтобы коэффициенты линейного расширения материалов заклепок и соединяемых деталей были близкими друг к другу

2) чтобы коэффициенты линейного расширения материалов заклепок и соединяемых деталей значительно отличались друг от друга

3) чтобы материалы заклепок и соединяемых деталей были разнородными

4) чтобы материалы заклепок и соединяемых деталей были однородными

- Более нагруженной является заклепка …..

1) 1

2) 2

- Большей нагрузочной способностью из условия прочности при срезе при одинаковом поперечном сечении заклепок обладает конструкция на рисунке…

 

1) А

2) В

- По какой формуле определяют шаг одноряд­ного шва внахлестку, если известно значение диаметра заклепки?

1) 1,65d3

2) 2,0d3

3) 0,5d3

4) 3d3

5) 6d3

- По каким формулам рассчитывают проч­ность склепываемых листов в заклепочном шве?

1.

2.

3.

4.

- От каких параметров зависит коэффициент прочности шва φ?

1. Толщины листов δ

2. Диаметра заклепки d3

3. Шага t

4. Расстояния между заклепками а

5. Действующей нагрузки F

- По какой формуле следует рассчитывать число заклепок в шве?

1.  

2.

- В какой из перечисленных областей применения заклепочные соединения почти полностью вытеснены сваркой?

1. Соединения деталей, не допускающих нагрева.

2. Соединения, требующие герметичности.

3. Соединения неметаллических деталей.

4. Соединения, работающие в условиях вибрационных нагрузок.

- Какая запись сделана неверно?

1. Создать прочное заклепочное соединение холодной клепкой.

2. Создать прочное заклепочное соединение горячей клепкой.

3. Создать прочноплотное заклепочное соединение холодной клепкой.

4. Создать прочноплотное заклепочное соединение горячей клепкой.

- Выберите материал заклепки для горячей клепки:

1. Ст. 3;       

2. Ст. 4;     

3. Ст. 5;      

4. Ст. 6.

- При одинаковом диаметре и количестве заклепок, какое из соединений имеет большую нагрузочную способность?

1. Внахлестку.

2. С одной накладкой.

3. С двумя накладками.

4. Равноценны.

- Стандартные заклепки отличаются друг от друга по форме головки:

1. Полукруглая головка.

2. Потайная.

3. Полупотайная.

4. Плоская.

Какие заклепки применяют для работы в коррозионных средах?

- Если прочное заклепочное нахлесточное соединение заменить соединением с одной накладкой (общее число заклепок возросло в два раза), как изменится его нагрузочная способность?

1. Не изменилась.

2. Уменьшилась в два раза.

3. Увеличилась в два раза.

4. Увеличилась в четыре раза.

- Прочное центрально-нагруженное заклепочное нахлесточное соединение должно передавать сдвигающую силу F=1200Н. Сколько заклепок диаметром 2 мм из ст.0 ([τ]ср=100 МПа) нужно поставить в таком соединении?

1. Две.    

2. Три.    

3. Четыре.    

4. Пять.

- Соединение с одной накладкой заменили соединением с двумя накладками. Как изменится его нагрузочная способность по прочности тела заклепки на смятие?

1. Уменьшилась в два раза.

2. Не изменилась.

3. Увеличилась в два раза.

4. Увеличилась в четыре раза.

Примечание. Толщины накладок и детали одинаковые.

- С точки зрения прочности соединяемых деталей как следует расположить 24 заклепки.

1. В один ряд (24 шт.).

2. В два ряда (по 12 шт.).

3. В три ряда (по 8 шт.).

4. В четыре ряда (по 6 шт.).

- Что такое коэффициент прочности заклепочного шва?

1. Отношение площади отверстий под заклепки в опасном сечении детали к площади оставшегося сечения.

2. Отношение площади отверстий под заклепки к площади всего сечения.

3. Отношение площади оставшегося сечения к площади всего сечения.

4. Отношение площади всего сечения к площади оставшегося сечения.

- Какими считаются соединения с гарантированным натягом?

1. Разъемными.

2. Частично разъемными.

3. Разъемными в некоторых случаях.

4. Неразъемными.

- Сборка соединений с гарантированным натягом может осуществляться:

1. прессованием;

2. прессованием с подогревом охватывающей детали;

3. нагреванием охватывающей детали;

4. охлаждением охватываемой детали.

Какой метод повышает надежность и несущую способность соединения?

- Для определения температуры нагрева или охлаждения детали t°, обеспечивающей свободную сборку соединений с гарантированным натягом, используется формула

где d — номинальный диаметр посадки, мм; α — коэффициент теплового расширения; t1 — температура окружающей среды, °С; δmax; δ0 — соответственно натяг посадки и минимальный зазор для свободной сборки.

В каких единицах надо подставлять δmax и δ0 в эту формулу?

1. В метрах.

2. В сантиметрах.

3. В миллиметрах.

4. В микрометрах.

- Как можно нагружать соединение с гарантированным натягом?

1. Только осевой силой.

2. Только крутящим моментом.

3. Только изгибающим моментом.

4. Осевой силой, крутящим и изгибающим моментами одновременно.

- Ниже приведены формулы, используемые для расчетов нагрузочной способности цилиндрического соединения с гарантированным натягом:

1) ≤fpπdl;      

2) ≤fpπd2l/2;           

 3) ≤pdl2/3;            

4. Не приведена.

где f—коэффициент трения; р—удельное давление на поверхности контакта; d—номинальный диаметр соединения; l — осевая длина соединения.

Какую из формул следует использовать для определения максимального крутящего момента, который может передать соединение?

- В соединении с гарантированным натягом посадочное давление р и натяг δ связывает формула Ляме:

где d — посадочный диаметр, мм; d1 — диаметр отверстия в охватываемой детали, мм; d2,—наружный диаметр охватывающей детали, мм; Е1, 𝜇1, Е2, 𝜇2— соответственно модуль упругости в МПа и коэффициент Пуассона охватываемой и охватывающей деталей.

В каких единицах подставляется в формулу натяг?

1. В метрах.

2. В сантиметрах.

3. В миллиметрах.

4. В микрометрах.

- При проверке прочности соединения с гарантированным натягом выяснилось, что ступица (охватывающая деталь) недостаточно прочна. Было предложено:

1. Увеличить ее длину.

2. Увеличить длину и наружный диаметр.

3. Увеличить наружный диаметр.

4. Улучшить материал.

Какое из предложений лишено физического смысла?

- Как соединение с гарантированным натягом влияет на усталостную прочность валов?

1. Снижает.

2. Повышает.

3. Не влияет.

4. В зависимости от конструкции может и снижать и повышать.

- При каком из указанных ниже способов сборки соединения с гарантированным натягом следует стремиться к максимальной чистоте обработки контактирующих поверхностей?

1. Прессование.

2. Прессование с подогревом охватывающей детали.

3. Нагреванием охватывающей детали.

4. Охлаждением охватываемой детали.

- В соединениях с гарантированным натягом меняют первоначальные размеры - непосадочные диаметры деталей. Если полый вал заменить сплошным, каким станет наружный диаметр ступицы при прочих равных условиях?

1. Больше.

2. Меньше,

3. Не изменится.

4. Будет зависеть от первоначального соотношения посадочного и внутреннего диаметров вала.

Задачи для самостоятельного решения

- Дано: d=6 мм, количество заклепок n=5, F=104 Н; обработка отверстия – продавливание, материал – сталь 2. Определить прочность соединения на срез. Дать оценку конструкции.

- Определить силу F, которую может передавать соединение из условия его прочности на сжатие. Дано: d=10 мм,   количество заклепок n=4; обработка отверстия – сверление, материал – сталь 2.

- Определить прочность соединения на смятие. Дать оценку конструкции. Дано: d=4 мм,   количество заклепок n=10, F=104 Н; обработка отверстия - продавливание, материал – сталь 2.

- Определить минимальное значение толщины листа  из условия прочности соединения на сжатие. Дано: d=4 мм, количество заклепок n=6, F=104 Н; обработка отверстия - сверление, материал – сталь 2.

- Определить коэффициент прочности заклепочного соединения. Дано: d=3 мм,  количество заклепок n=10, F=103 Н, шаг t=10 мм,

- Определить число заклепок. Дано: d=5 мм, δ=4 мм, шаг t=12 мм, коэффициент прочности заклепочного соединения

- Определить прочность соединения на смятие. Дано: d=6 мм,  количество заклепок n=10, F=104; обработка отверстия – сверление, материал – сталь 2.

- Определить необходимое количество заклепок из условия прочности на смятие. Дано: d=5 мм,  F=104 Н; обработка отверстия – продавливание, материал – сталь 3.

- Определить необходимый диаметр заклепок из условия прочности на сжатие. Дано: количество заклепок n=4, F=104 Н; обработка отверстия – продавливание, материал – сталь 2.

- Дано: d=5 мм, δ=4 мм, количество заклепок n=10, F=104 Н, коэффициент прочности заклепочного соединения  Определить шаг t в соединении деталей.

- Дано: d=6 мм, δ= 3 мм, количество заклепок n=4, шаг t=20 мм, коэффициент прочности заклепочного соединения . Определить силу F, передаваемую соединением.

- Определить прочность соединения на срез. Дано: =6 мм, А=104 Н; количество заклепок n=3; обработка отверстия – сверление, материал – сталь 2.

- Определить число заклепок из условия прочности соединения на срез. Дано: d=3 мм, F=104 Н, обработка отверстия – сверление, материал – сталь 3.

- Определить силу F, которую может передавать соединение из условия прочности на срез. Дано: d=5 мм, количество заклепок n=4; обработка отверстия – сверление, материал – сталь 2.

- Определить диаметр заклепки. Дано: количество заклепок n=10, F=104 Н; обработка отверстия – сверление, материал – сталь 3.

email: [email protected]

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

Теоретическая механика   Сопротивление материалов

Прикладная механика  Строительная механика  Теория машин и механизмов

www.detalmach.ru


Смотрите также