3.1.4. Заклепочные соединения
Заклепочное соединение состоит из листов, соединенных с помощью заклепок, вставленных в отверстия в деталях. Соединение образуется расклепыванием стержня, при этом формируется и замыкающая головка. В процессе расклепывания стержень заклепки осаждается и полностью заполняет отверстие.
По назначению заклепочные соединения делят на прочные (для восприятия внешних нагрузок) и прочноплотные, обеспечивающие также герметичность соединения.
Достоинства заклепочных соединений:
хорошо работают в конструкциях, подверженных вибрациям и повторным динамическим нагрузкам, где сварные соединения недостаточно надежны;
применяют для соединения материалов, не поддающихся сварке или трудносвариваемых, не допускающих нагрев при сварке, коробящихся или меняющих механические характеристики.
Недостатки заклепочных соединений:
повышенная металлоемкость;
трудоемкость изготовления;
невысокая технологичность.
Высокая металлоемкость связана с ослаблением сечения листов отверстиями, необходимостью увеличить толщину листов и с большим весом заклепок, составляющим до 5 % веса конструкции.
Трудоемкость связана с большим числом подготовительных операций, а процесс клепки сложнее сварки.
Материалы и конструкции заклепок
Материал заклепок зависит от материалов соединяемых деталей. При соединении деталей из легких сплавов используют заклепки из алюминиевых сплавов. Иногда во избежание образования гальванических пар алюминиевые заклепки покрывают антикоррозийным покрытием.
Детали из сталей соединяют стальными заклепками соответствующих марок.
Конструкции заклепок разнообразны. Наиболее часто применяют сплошные стержневые заклепки с полукруговой головкой; в авиационной технике и в местах, где требуется обтекаемость, используют заклепки с потайной и полупотайной головками. Соединения из мягких материалов выполняют с пустотелыми заклепками. Заклепки с широкой головкой применяют для соединения тонких листовых материалов (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Основные типы заклепок:
а – с полукруглой головкой; б – с потайной головкой; в – с полупотайной головкой; г – пустотелая; д – с широкой головкой; е – с плоской головкой
Классификация заклепочных соединений
Различают нахлесточные заклепочные соединения, соединения с одной и двумя накладками. Используются однорядные, двухрядные и многорядные соединения. Заклепки могут устанавливаться в шахматном порядке для увеличения прочности и облегчения установки заклепок. Увеличение рядов больше трех незначительно повышает прочность, поэтому многорядные швы применяют редко.
Расчет на прочность элементов заклепочного шва
На основные размеры заклепочных соединений выработаны нормы, геометрические размеры заклепок стандартизованы.
Диаметр заклепки назначают по рекомендации:
, (3.14)
где δ – толщина соединяемых листов, которую уточняют по стандарту.
Расстояние между рядами заклепок
tрз = 2dз + 8; (3.15)
расстояние от центра крайней заклепки до края листа
lкр = 2dз. (3.16)
Обычно заклепочное соединение нагружено продольными силами, стремящимися сдвинуть соединяемые детали относительно друг друга. Расчет заклепок сводится в этом случае к расчету на срез. При центрально действующей силе считают, что внешняя сила распределяется между заклепками соединения равномерно. Трение в стыке не учитывают.
Расчет односрезного соединения (рис. 3.10). Нагрузка на одну заклепку
, (3.17)
где F – нагрузка на соединение;
z – число заклепок.
Рис. 3.10. Схема односрезного заклепочного соединения
Условие прочности на срез (сдвиг):
,
(3.18)
где d3 – диаметр заклепки;
[τc] – допускаемое напряжение среза ([τc] = 0,2σв);
σв – временное сопротивление материала.
Необходимое число заклепок из расчета на срез:
. (3.19)
Расчет двухсрезного соединения (рис. 3.11). Площадь среза заклепки
. (3.20)