7.2 Види пошкоджень і основи розрахунку на міцність

Розглянемо на прикладі силового

з’єднання, яке ще порівняно часто застосовується на практиці.

Припущення при розрахунках.

1. Навантаження розподіляються рівномірно між заклепками.

1. Сили тертя між з’єднаними деталями відсутні.

1. Зазори відсутні.

Вид пошкодження заклепки залежить від способу клепання. І перш за все - є зазор після збирання з’єднання між стержнем та отвором, чи ні.

1) При холодному клепанні зазор відсутній. У цьому випадку характерними видами пошкодження заклепки буде зріз стержня та його зминання на ділянці найтоншої із з’єднаних деталей (рис. 3)

2) При клепанні з нагріванням після охолодження з’єднання між стержнем та отвором виникає зазор, а заклепка зазнає розтягу від пружних сил стиснутих деталей. Якщо при цьому навантаження - з вібраціями, або змінна сила (сіпає), можливий згин стержня з одночасним розтягом і в результаті - руйнування стержня від втомленості при згині (рис. 2).

Крім цього, можливе руйнування з’єднаних листів від розтягу в послабленому отворами перерізі та проріз листа стержнем заклепки, якщо вона розміщена надто близько від кромки (розмір е, рис. 2). Для загального машинобудування - найчастіше використовують холодне клепання, тобто без зазору.

Розрахунок стержня заклепки ведеться, одначе, з припущенням, що зазор між ним та отвором відсутній (це виправдано, бо з одного боку зазор вибирається - див. рис. 2.).

Отже, (7.2.1)

де - кількість заклепок, що можуть водночас зруйнуватися (береться: при з’єднанні внапусток (рис.3) - всі заклепки з’єднання; при з’єднанні у стик - кількість заклепок на одній із з’єднаних деталей (по рис.2:);

- кількість площин зрізу (по рис.2: ; по рис.3:).

(7.2.2)

де - товщина найтоншої із з’єднаних деталей (накладки, рис.2, наприклад)

Розтяг листа й руйнування його в послабленому отворами перерізі

(7.2.3)

Проріз листа стержнем заклепки по довжині (дотична напруга - зріз):

(7.2.4)

З рівняння розрахунку листа на розтяг витікає важливий критерій, з допомогою якого оцінюють міцність з’єднання - коефіцієнт міцності заклепкового з’єднання:

(7.2.5)

Фізична суть його - відношення послабленого отворами перерізу листа на фронті одного кроку до непослабленого. Наприклад якщо , то

(7.2.6)

Тобто, в даному випадку з’єднані деталі послаблені отворами на 33%. Для компенсації цього послаблення, потрібно було б в тому місці, де отвори під заклепки, товщину листа взяти

(7.2.7)

При (на 30% послаблений)

Але листів з таким місцевим потовщенням металургійна промисловість для загального машинобудування не випускає (тільки за спеціальним призначенням). Отже, в більшості випадків конструктори вимушені для компенсації послаблення листів передбачати для з’єднання листи зі збільшеною товщиною () по всій довжині, а не тільки в місцях, де отвори. Це потовщення:. Звідси - величезна перевитрата металу та обважнювання конструкцій.

Промисловістю випускаються стандартні заклепки, і в залежності від діаметру стержня встановлюються рекомендації щодо всіх інших параметрів заклепкового шва:; в свою чергу діаметрвибирається з стандартного ряду залежно від:

;

;

.

Величина для однорядного шва дорівнює (0,58...0,67), для дворядного - (0,66...0,75). В середньому. Кількість заклепок визначається розрахунком на міцність.

Недоліки з’єднання:

Переваги цих з’єднань та область їх застосування освітлені вище .

Недоліки:

1)велика перевитрата матеріалу (із-за послаблення листів отворами; велика маса самих заклепок, що становить (3...4)% від маси конструкції в той час, як маса зварних швів становить відповідно (1,0...1,5)% від необхідності накладок при з’єднанні у стик);

2)трудомісткість виконання з’єднання (допоміжні операції: розмічання, пробивання або свердлення отворів), внаслідок чого процес клепання значно складніший і менш продуктивний, ніж зварювання.

Навіть після машинного пробивання треба свердлити, бо метал при цьому вигинається.