Расчет заклепочных швов (стр. 2 из 7)
Работа заклепочных соединений на сдвиг носит промежуточный характер между работой обычных и высокопрочных (сдвигоустойчивых) болтов, так как силы стягивания пакета значительны, но недостаточны для восприятия сил сдвига только трением. Поэтому расчет их аналогичен расчету обычных болтов, а наличие сил трения учитывается повышением расчетных сопротивлений. Однако действующий СНяП 11-23-81 не дает расчетных указаний о заклепочных соединениях, и при усилении существующих клепаных конструкций надо пользоваться нормативными указаниями прошлых лет [1].
2. Заклепки Заклёпка – это цилиндрический металлический стержень с головкой определённой формы. Головка заклёпки, высаженная заранее, т. е. изготовленная вместе со стержнем, называется закладной, а образующаяся во время клёпки из части стержня, выступающего над поверхностью склёпываемых деталей, - замыкающей [25].По форме головок различают заклёпки: (а)- с полукруглой высокой головкой со стержнем диаметром 1…36мм и длиной 2…180мм; (б)- с полукруглой низкой головкой со стержнем диаметром 1…10мм и длиной 4…80мм; (в)- плоской головкой со стержнем диаметром 2…36мм и длиной 4…180мм; (г)- с потайной головкой со стержнем диаметром 1…36мм и длиной 2…180мм; (д)- с полупотайной головкой со стержнем диаметром 2…36мм и длиной 3…210мм.Заклепки изготовляют из материалов с хорошей пластичностью, - сталей (Ст2, Ст3, стали 10 и 15), меди (МЗ, МТ), латуни (Л63), алюминиевых сплавов (АМr5П, Д18, АД1), нержавеющей стали (Х18Н9Т), легированной стали (09Г2) [14].Заклёпки выполняются из того же материала, что и соединяемые детали [9].Взрывные заклёпки имеют в свободном конце стержня углубление (камеру), заполняемую взрывчатым веществом, защищённое от влаги слоем лака.Клёпку взрывными заклёпками осуществляют в тех случаях, когда невозможно сделать замыкающую головку.Клёпка трубчатыми заклёпками заключается в установке заклёпки с полым стержнем в отверстие, затем заклёпку осаживают пистонницей, тем самым подтягивая детали друг к другу и расклёпывают [10].Заклёпки с сердечниками имеют полый стержень (пистон), в который помещён сердечник с утолщённой частью на конце. Процесс клёпки выполняется с помощью клещей или ручного пресса путём протягивания сердечника сквозь пистон и впрессовывания его в стенки отверстия, а при дальнейшем протягивании замыкающая головка входит в пистон и развальцовывает его.Заклёпки ЦАГИ состоят из двух частей – пистона и сердечника (из стали 30ХМА), который закаливается [28]. 2.1 Выбор заклёпок Независимо от применяемых инструментов и приспособлений склёпываемые детали располагают таким образом, чтобы закладные головки заклёпок находились сверху. Это позволяет вставлять заклёпки предварительно [15].Необходимое количество, диаметр и длину заклёпок определяют расчётным путём.Длина l (мм) стержня заклёпки для образования замыкающей потайной головки определяется по формуле l=S+(0,8…1,2)d, где S – толщина склёпываемых листов, мм; d – диаметр заклёпки, мм.Для образования полукруглой замыкающей головки l=S+(1,2…1,5)d.По расчётному значение подбирают ближайшее большее значение из числа длин заклёпок, предусмотренных стандартом [13].Расстояние от центра до края склёпываемых листов должно составлять 1,5d. Диаметр отверстия должен быть больше диаметра заклёпки.Диаметр заклёпки, мм…. 2 2,3 2,6 3 3,5 4 5 6 7 8Диаметр отверстия, мм…2,1 2,4 2,7 3,1 3,6 4,1 5,2 6,2 7,2 8,2
2.2 Виды и методы клёпки Различают два вида клёпки – с двусторонним подходом, когда имеется свободный доступ к замыкающей, так и закладной головке, и с односторонним подходом, когда доступ к замыкающей головке невозможен.Различают два метода клёпки: прямой, когда удары молотком наносятся по стержню со стороны вновь образуемой замыкающей головки; обратный, когда удары молотком наносят по закладной головке. Этот метод применяется при затруднённом доступе к замыкающей головке [2].Способ клёпки Таумель. Головка Таумель, в которой помещается обжимка, вращается вокруг оси заклёпочного стержня, образуя замыкающую головку постепенной деформацией материала.Клёпку крупногабаритных деталей производят механизированным способом или машинным, применяя пневматические молотки или клепальные машины, пресса, как ручные, так и стационарные [26].Способ обработки металла давлением, при котором на заготовку наносят неглубокий рельеф сильным нажатием инструмента (чекана), называется чеканкой. Чеканка применяется для уплотнения швов при клёпке с использованием прокладок из парусины, пропитанной жидким суриком или тонкую стальную сетку, обмазанную специальной замазкой (шеллак и белила на древесном спирте).Чеканы имеют разнообразную форму бойка, плоскую, закруглённую, острокромочную и тупокромочную [11].
2.3 Понятие о сдвиге. Расчет заклепок на перерезывание
При простом растяжении или простом сжатии две части стержня, разделенные наклонным сечением, стремятся не только оторваться друг от друга, но и сдвинуться одна относительно другой. Растяжению сопротивляются нормальные, а сдвигу — касательные напряжения [4].
На практике целый ряд деталей и элементов конструкций работает в таких условиях, что внешние силы стремятся их разрушить именно путем сдвига [22].
В соответствии с этим при проверке прочности таких элементов на первый план выступают касательные напряжения. Простейшими примерами подобных деталей являются болтовые и заклепочные соединения. Заклепки во многих случаях уже вытеснены сваркой; однако они имеют еще очень большое применение для соединения частей всякого рода металлических конструкций: стропил, ферм мостов, кранов, для соединения листов в котлах, судах, резервуарах и т. п. Для образования заклепочного соединения в обоих листах просверливают или продавливают отверстия. В них закладывается нагретый до красного каления стержень' заклепки с одной головкой; другой конец заклепки расклепывается ударами специального молотка или давлением гидравлического пресса (клепальной машины) для образования второй головки. Мелкие заклепки (малого диаметра — меньше 8 мм) ставятся в холодном состоянии (авиационные конструкции).
Для изучения работы заклепок рассмотрим простейший пример заклепочного соединения (Приложение 2). Шесть заклепок, расположенных в два ряда, соединяют два листа внахлестку. Под действием сил Р эти листы стремятся сдвинуться один по другому, чему препятствуют заклепки, на которые и будет передаваться действие сил P ).
Для проверки прочности заклепок применим общий порядок решения задач сопротивления материалов [17].
На каждую заклепку передаются по две равные и прямо противоположные силы: одна—от первого листа, другая — от второго. Опытные исследования показывают, что одни из заклепок ряда нагружаются больше, другие — меньше. Однако к моменту разрушения усилия, передающиеся на различные заклепки, более или менее выравниваются за счет пластических деформаций. Поэтому принято считать, что все заклепки работают одинаково. Таким образом, при n заклепках в соединении, изображенном на фиг. 1, на каждую из них действуют по две равные и противоположные силы P1=P/n (Приложение 3); эти силы передаются на заклепку путем нажима соответствующего листа на боковую полуцилиндрическую поверхность стержня. Силы P1 стремятся перерезать заклепку по плоскости mk раздела обоих листов [6].
Для вычисления напряжений, действующих по этой плоскости, разделим мысленно заклепочный стержень сечением mk и отбросим нижнюю часть (Приложение 3). Внутренние усилия, передающиеся по этому сечению от нижней части на верхнюю, будут уравновешивать силу P1 т. е. будут действовать параллельно ей в плоскости сечения, и в сумме дадут равнодействующую, равную P1. Следовательно, напряжения, возникающие в этом сечении и действующие касательно к плоскости сечения, это — касательные напряжения 
. Обычно принимают равномерное распределение этих напряжений по сечению. Тогда при диаметре заклепки d на единицу площади сечения будет приходиться напряжение [21]:
Величина допускаемого касательного напряжения 
, или, как говорят, допускаемого напряжения на срез, принято определять в виде:
[ ]=(0,7 
0,8)[ 
].
Зная , мы напишем условие прочности заклепки на перерезывание в таком виде:
т. е. действительное касательное напряжение в материале заклепки должно быть равно допускаемому или меньше его [8].
Из этого условия можно определить необходимый диаметр заклепок, если задаться их числом, и наоборот. Обычно задаются диаметром заклепочных стержней d в соответствии с толщиной t склепываемых частей (обычно d= 
2t ) и определяют необходимое число заклепок n:
Знаменатель этой формулы представляет собой ту силу, которую безопасно может взять на себя каждая заклепка.
Пусть P=720КН d=2см; =100МПа; тогда
3. Виды заклёпочных швов Место соединения деталей заклёпками называется заклёпочным швом, которые делятся на три вида [24].Прочный шов имеет несколько рядов заклёпок и применяется при клёпке балок, колонн, мостов и т. д.Плотный шов применяют для герметических конструкций (резервуаров не подвергающихся высоким давлениям) при небольших нагрузках. Для герметичности шва используют прокладки из пропитанной олифой бумаги или ткани. Выполняют клёпку холодным способом.Прочноплотный шов выполняют горячей клёпкой с помощью клепальных машин с последующей подчеканкой головок заклёпок и кромкой листов. Заклёпочные швы делятся на однорядные, двухрядные и многорядные, а в зависимости от расположения заклёпок – на параллельные и шахматные [20].
В каждом заклепочном соединении заклепки располагают в один, два и более рядов.