Заклёпочные соединения: виды, способы изготовления, разрушение, расчет и конструирование. Каковы условия прочности заклёпки. По каким зависимостям выполняют проектный и проверочный расчеты заклёпок.

Клепаные соединения –неразъемные соединения помощью заклпок.

Клепаные соединения применяют при изготовлении сложных тонколистовых конструкций,. колонн, ферм, мачт из профильного металла, деталей, состоящих из частей, выполненных из легких сплавов, а также конструкций, подверженных ди­намическим и вибрационным нагрузкам. область применения: самолетостроение, мостостроение, детали транспортных и грузоподъемных машин — крепление тормозных накладок, дисков к барабанам.

Соединяемые детали стягивают заклепкой, круглый стержень 1 с закладной головкой 5. Ее вставляют в совмещенные отверстия соединяемых деталей и, осаживая пуансоном 2 выступающий конец стержня, образуют вторую — замыкающую— головку. Отверстие может быть просверлено или пробито. Процесс образования замыкающей головки называется клепкой. При диаметре стальных заклепок до 12 мм применяют холодную клепку, при большем диаметре — горячую. Клепку выполняют вручную или машинами.

Классификация. В завис-ти от назначения клепаные соединения разделяются на прочные и прочно-плотные. По требо­ваниям, предъявляемым к надежности, их делят на нормальные и от­ветственные, для образования которых применяют соответствующие заклепки нормального и повышенного качества. Различают соединения нахлесточпые и стыковые (с накладками); по расположению заклепок — рядовые и шахматные, однорядные и многорядные. По числу сечений заклепки, испытывающих перерезывающие усилия, соединения делятся на односрезные (нахлесточные и с одной накладкой) и двухсрезные (с двумя накладками).

Достоинства - высокая надежность, удобство и надежность контроля шва, хорошая сопротивляемость вибрационным и ударным нагрузкам.. Недостатки — большой расход металла и повышенная трудоемкость, необходимость применения дополнительного дорогостоящего оборудования. Увеличение металла связано с увеличением толщины соединяемых частей из-за наличия отверстий, ослабляющих рабочие сечения, и большой массой заклепок, которые составляют 3,5...4% от массы конструкций (масса сварных швов составляет 1...1.5 %). Трудоемкость соединения обусловлена дополнительными операциями — разметкой, выполнением отверстий и др.; процесс клепки менее производительный, чем процесс сварки.

Наряду с заклепками со сплошным стержнем применяют полупустотелые и пустотелые. В прочных и прочно-плотных соединениях наиболее распространены заклепки с полу­круглой головкой, размеры которой зависят от диаметра стержня D = (l,5...1,75)d, R= (0,8. .A)d, H = (0,6...0,65)d. Заклепки с по­тайной головкой применяют, если недопустимы выступающие части в шве; с полупотайной – соедин. тонких листов. В прочно-плотных швах для увеличен. плотности шва исп. закл. с низкими головками больших диаметров. Закл. с плоской головкой исп. в коррозионностойкой среде. Пустотел. и полупустотел. исп. при соедин. тонких листов (невозм. формир. замыкающих головок).

Материал д б пластичным для обеспечения возможности формирования головок.Заклепки изготовляют из углеродистых сталей Ст2, 15, 15кп, 30, 35, 45, сталей легированных (09Г2), меди (МЗ), латуни (Л63), алю­миниевых сплавов и других металлов.Их выпускают без покрытия и с покрытием — цинковым, кадмиевым, фосфатным, нике­левым, окисным без термической обработки и отожжен­ными или закаленными.

Рекомендуемые расстояния между заклепками: для односрезного однорядного шва шаг Р — 3d, двух­рядного Р — 4d для двухсрезного (с двумя накладками) однорядного — Р — 3,5 d, двухрядного — Р — 5,5d. Расстояние от оси заклепок до свобод­ной кромки в направлении действующей силы Р₁ рядами заклепок Р₂= (2...3)d.

Нарушение режима работы и виды повреждений. Неудовлетворительные условия работы соединения возникают при перекосе головок относительно стержня заклепки из-за чрезмерной неравномерности' распределения нагрузки между заклепками, при относительном умещении соединенных деталей, когда заклепки установлены с зазором. При нагрузке, действующей вдоль оси заклепки, может произойти смятие или срез головки, а также разрыв стержня. Если сила действует перпендикулярно оси заклепки, то при статическом нагружении соединение разрушается в результате среза стержня. Под воздействием вибрационной нагрузки разрушение заклепок происходит в результате среза или усталости при изгибе или растяжении стержня. Разру­шение соединения может произойти из-за прорезания материала соединяемых деталей по сечениям или смятия тела заклепки.

РАСЧЕТ КЛЕПАНЫХ СОЕДИНЕНИЙ. Размеры головки заклепки подобраны так, что обеспечивают достаточную прочность на срез их и смятие при выбранном диаметре стержня, то расчет ведут по упрощенной схеме на срез и смятие стержня при использовании допускаемых, напряжений, проверенных практикой конструирования и эксплуатации. Если нагрузка действует в направлении осей заклепок, прочность определяется расчетом на растяжение.

Критерий приближения прочности соединения к прочности сое­диняемых деталей-коэффициент прочности клепаного соединения: отношение напряжений в сечениях, неослабленном и ослабленном отверстиями. При силе F_р = F/z, приходящейся на участок шва, равный шагу Р, φ = σ/σ₀ = (F_P/p)/[FpKσ/(P - d)] = (P — d)/(PKσ) (1) Даже при К₀— 1 для однорядного односрезного шва, например, когда Р = 3d, получим ф = 0,67. Чтобы получить значения ф, стремятся увеличить ширину или толщину деталей в местах постановки заклепок.

Для прочноплотного соединения характеристикой плотности шва служит коэффициент скольжения — сила сопротивления про­скальзыванию листов, условно отнесенная к единице площади попереч­ного сечения заклепок: ξ = 4F_P/(πd²zi) ≤ [ξ]. Допускаемое значение коэффициента скольжения определяется экспериментально

Условие прочности заклепки на срез:

,

где Q-площадь поперченного сечения заклепки, m-число заклепок, n-число поверхностей среза одной заклепки, F-внешнее нагружение

Условие прочности на смятие:

,

где толщина наименьшего листа в соединении.

В прочноплотных соед-ях расчет на смятие не выполняют.

в случае недостат. прочности заклепки:

-увеличить число заклепок,

-увеличить шаг расположения заклепок.

=280…320МПа, =140 МПа, если клепка холодная, допустимые напр. уменьшить на 30%.

Если материал заклепок и детали одинаков, то листы на смятие не проверяют, в противном случае:

, где B-высота листа

В расчеты закладывают минимальное по площади сечение

Q_max=l*δ, Q_min=δ*(l-0,5*d₀)

коэффициент прочности шва

t-шаг

 

Заклепочные соединения: виды, способы изготовления и причины разрушения всех деталей соединения. Конструирование соединений. Запишите условия прочности основного металла и формулы для проверочных расчетов его.

 

Клепаные соединения применяют при из­готовлении сложных тонколистовых конструкций, колонн, ферм, мачт из профильного металла, деталей, состоящих из частей, вы­полненных из легких сплавов, а также конструкций, подверженных ди­намическим и вибрационным нагрузкам. Область применения: самолетостроение, мостостроение, детали транспортных и грузоподъемных машин — крепление тормозных накладок, дисков к барабанам.

Процесс образования замыкающей головки называется клепкой. При диаметре стальных заклепок до 12 мм и из меди, латуни применяют хо­лодную клепку, при большем диаметре — горячую. Клепку выполняют вручную или машинами.

Классификация. В завис-ти от назначения клепаные соедине­ния разделяются на прочные и прочноплотные. По требо­ваниям, предъявляемым к надежности, их делят на нормальные и от­ветственные, для образования которых применяют соответствующие заклепки нормального и повышенного качества. Различают соедине­ния нахлесточпые и стыковые (с накладками); по расположению закле­пок — рядовые и шахматные, однорядные и многорядные. По числу сечений заклепки, испытывающих перерезывающие усилия, соедине­ния делятся на односрезные (нахлесточные и с одной накладкой) и двухсрезные (с двумя накладками).

Достоинства - имеют преимущества при соединении частей, не допус­кающих нагрева при сварке, вследствие возможного отпуска. Недостатки — большой расход металла и повышенная трудоем­кость. Увеличение металла связано с увели­чением толщины соединяемых частей из-за наличия отверстий, ос­лабляющих рабочие сечения, и большой массой заклепок, которые составляют 3,5...4% от массы конструкций (масса сварных швов составляет 1...1.5 %). Трудоемкость соединения обусловлена допол­нительными операциями — разметкой, выполнением отверстий и др.; процесс клепки менее производительный, чем процесс сварки.

Наряду с заклепками со сплошным стержнем применяют полупустотелые и пустотелые. В прочных и прочноплотных соединениях наиболее распространены заклепки с полу­круглой головкой. Заклепки с по­тайной головкой применяют, если недопустимы выступающие части в шве; с полупотайной – соедин. тонких листов. В прочноплотных швах для увеличен. плотности шва исп. закл. с низкими головками больших диаметров. Закл. с плоской головкой исп. в коррозионностойкой среде. Пустотел. и полупустотел. исп. при соедин. тонких листов (невозм. формир. замыкающих головок).

Материал должен быть пластичным для обеспечения возможности формирования головок. Заклепки изготовляют из углеродистых сталей Ст2, 15, 15кп, сталей легированных (09Г2), меди (МЗ), латуни (Л63), алю­миниевых сплавов и других металлов. Их выпускают без покрытия и с покрытием — цинковым, кадмиевым, фосфатным, нике­левым, окисным без термической обработки и отожжен­ными или закаленными.

Конструкцию соединения разрабатывают после определения количества заклепок. Соединение с тре­мя заклепками выполняют, расположив заклепки в один ряд (рис.1,а), что приводит к равномерной нагрузке заклепок, но требует большой ширины соединяемых частей; по линии действия силы (б), что дает узкий стык, но не­равномерное распределение нагрузки между заклепками или треугольником (в) (вы­годно).

Нарушение режима работы и виды повреждений. Неудовлетвори­тельные условия работы соединения возникают при перекосе головок относительно стержня заклепки, из-за чрезмерной неравномерно­сти распределения нагрузки между заклепками, при относительном смещении соединенных деталей, когда заклепки установлены с зазо­ром. При нагрузке, действующей вдоль оси заклепки, может произой­ти смятие или срез головки, а также разрыв стержня. Если сила дей­ствует перпендикулярно оси заклепки, то при статическом нагружении соединение разрушается в результате среза стержня. Под воздействи­ем вибрационной нагрузки разрушение заклепок происходит в резуль­тате среза или усталости при изгибе или растяжении стержня. Разру­шение соединения может произойти из-за прорезания материала сое­диняемых деталей по сечениям или смятия тела заклепки.

Расчет заклепок. Заклепка может быть срезана по поперечному сечению площадью Q или смята по боковой пов-ти, контактирующей с более тонким из соединяемых листов. Условие прочности заклепки на срез: τ_{с зак} = 4F(/πd_зак ²nm) ≤[τ_с]_зак.

Где F –внешняя сила, n – число поверхностей среза одной заклепки, m - число заклепок в соединении.

Минимальная поверхность смятия: Q_min=б_mind_зак., б_min=h_2.

Условие прочности заклепки на смятие: σ_см = F/m(d_зак б_min)≤ [σ_см ]_зак.

В прочноплотных соединениях расчет на смятие не выполняют, только на срез проверяют. В случае недостаточной прочности заклепки необходимо принять конструктивные меры:

-увеличить число заклепок;

-увеличить шаг расположения заклепок.

Расчет соединяемых деталей. Соединенные листы могут не выдержать напряжения смятия, возникающие на пов-ти контакта с заклепками. σ_см = F/m(d_отв б_min)≤ [σ_см ]_л.

Другой причиной разрушения соединения может быть перегрузка листов по напряжениям растяжения, ослабленном отверстиями под заклепки. Условие прочности листов σ_рл = F/m₁б(t-d₀) ≤ [σ_р]_л, где m₁- число заклепок в наиболее ослабленном сечении; d₀ - диаметр отверстия под заклепку, t - шаг расположения заклепок.

Соединяемые листы могут порваться по кромкам при перегрузке по напряжениям среза. У каждой заклепки лист срезается по двум сечениям. Наибольшая площадь одного такого сечения среза равна Q_max=еб, где е – расстояние от заклепки до кромки, б – h1+h2. Минимальная пов-ть среза листа у заклепки равна Q_min=б(е-0,5d₀).

Условие прочности листа на срез: τ_{ср л} = F/m₂2б( е-0,5d₀ ) ≤[τ_с]_л. m₂- число заклепок в кромочном ряду. Чтобы охарактеризовать степень ослабления склепываемых деталей под заклепки, вводят коэф-та прочности шва = (t-d)/t =0,65-0,85. t –шаг расположения заклепок, d – диаметр отверстий соединяемых листов.

Допускаемые напряжения. При расчете соединений допускаемые напряжения принимают в соответствии с рекомендациями. Для заклепок из стали Ст2, СтЗ [τ_ср] =100...140 МПа, [σ_см] = 240...320 МПа, [σ_Р] = 90МПа. Меньшие значения принимают, когда отверстия под заклепки продавлены, большие — для просверленных отверстий.

 

 

51. К какому типу соединений относят резьбовые соединения? что такое чистые, черные и получистые винты? в какой материал глубина завинчивания винта больше: в хрупкий или пластичный? почему?

Все машины, механизмы и их узлы собирают из деталей посредством их соединения. Все соединения деталей могут быть разде­лены на две группы: разъемные и неразъемные. Резьбовые соединения относятся кразъемному неподвижному соединению.

Разъёмные соединения – это соединения деталей, позволяющие осуще­ствлять многократную сборку и разборку соединения без нарушения целостности деталей. Например, резьбовые, шпоночные, штифтовые, шлицевые соединения.

Эти соединения, в свою очередь, могут быть:

· подвижными, т.е. позволяющими относительное движе­ние соединяемых деталей; или

· неподвижными, т.е. не позволяющими относительное движе­ние соединяемых деталей.

В зависимости от способа изготовления винты и шпильки делят на:

а) черные, т.е. полученные горячей или холодной выса­дкой с последующей накаткой резьбы;

б) чистые, т.е. по­дученные точением с последующим нарезанием резьбы;

в) получистые, т.е. черные, но со снятой резанием фаской на резьбо­вом конце.

Глубина завинчивания винтов и шпилек в зависимости от материала детали должна быть не менее [1, с. 97]:

§ (1,00…1,25) ^. d – для стальной детали;

§ (1,25...1,50) ^. d – для чугунной детали;

§ (1,50...2,00) ^. d – для детали из алюминиевых и магниевых сплавов

Глубина завинчивания больше в пластичном, т. к.

Хрупкие материалы (чугун, твердая бронза) в основном деформируются упруго и при незначительных остаточных изменениях разрушаются. Пластичные материалы (стали и большинство цветных металлов) после упругого деформирования способны воспринимать (до разрушения) значительные пластические деформации.

 

52. резьбовые соединения: виды, соотношения основных размеров деталей соединения. расчет болта в предварительно затянутом соединении, нагруженном продольной силой (по отношению к оси болта).

Резьбовыми называют соединения деталей при помощи резьбы. Эти соединения являются разъемными и имеют весьма широкое распространение. Свыше 60% всех деталей машин имеют резьбу благо­даря: высокой нагрузочной способности и надежности; большой номенклатуре резьбовых деталей; удобству сборки и демонтажа со­единений; малой стоимости, обусловленной стандартизацией дета­лей и высокой производительностью изготовления.

К недостат­кам резьбовых соединений следует отнести концентрацию напряжений, вызываемую витками резьбы. при переменных нагрузках концент­рация напряжений приводит к снижению усталостной прочности соединения.

Основные детали резьбового, соединения – это винт, болт, шпилька. В зависимости от способа сборки резьбовые соединения делят на:

1) болтовое, когда винт устанавливают в отверстия соединяемых деталей и на его резьбовой конец навинчивают гайку. Эти соединения наиболее простые и дешевые, т.к. не требуют нарезания резьбы в соединяемых деталях. Применяют болтовые соединения: для скрепления деталей средней толщины или деталей из малопрочных ма­териалов либо при необходимости частой сборки и разборки соедине­ния;

Основные соотношения размеров деталей болтового соединения представлены на рис.

 

2) винтовое, когда винт пропускают сквозь более тонкую деталь и ввинчивают в более массивную деталь соеди­нения (а). Эти соединения применяют при достаточной толщи­не и прочности деталей, при отсутствии места под гайку или при жестких требованиях к металлоемкости конструкции;

 

 

3) шпилечное, когда материал соединяемых деталей не обеспечивает достаточной долговечности резьбы при необходимых частых сборках и разборках соединения. Шпильку ввинчивают в более массивную и прочную деталь, а другую деталь присоединяют к первой детали при по­мощи гайки, навинчиваемой на свободный конец шпильки (б).

В зависимости от способа изготовления винты и шпильки делят на: а) черные, т.е. полученные горячей или холодной выса­дкой с последующей накаткой резьбы; б) чистые, т.е. по­дученные точением с последующим нарезанием резьбы; в) получистые, т.е. черные, но со снятой резанием фаской на резьбо­вом конце.

По форме стержня винты подразделяют на 3 группы: с но­рмальным стержнем (а); с утолщенным и чисто обработанным стержнем для установки без зазоров в развёрнутые отверстия соединяемых деталей (б); со стержнем уменьшенного диаметра (в) с целью сниже­ния концентрации напряжений у резьбы и лучшего восприятия пере­менных и ударных нагрузок на соединение; иногда на таких стержнях выполняют центрирующий поясок (г).

 

Крепежные винты устанавливают в отверстия деталей с зазором в 1 мм при диаметре винта от 10 до 24 мм. При d >24 мм величину зазора выбирают по ГОСТ 11284 –75.

Глубина завинчивания винтов и шпилек в зависимости от материала детали должна быть не менее:

§ (1,00…1,25) ^. d – для стальной детали;

§ (1,25...1,50) ^. d – для чугунной детали;

§ (1,50...2,00) ^. d – для детали из алюминиевых и магниевых сплавов.